Işık Kontrollü Ossilatör: LDR+LM 555 Timer

Bu raporda ilk olarak “Işık Kontrollü Ossilatör: LDR+LM 555 Timer” deneyinde kullanılan malzemeler olan LM 555 Timer ve foto-rezistör detaylı olarak açıklanacak, fotorezistörün hangi ışık miktarı-na ne kadar direnç gösterdiği , elde edilen doğrunun denklemi “en küçük kareler” yöntemiyle bulunacak ve multivibratör devreleri hakkında bilgi veri-lecektir. Yapılan deneyde LDR ile LM 555 Timer entegresinin birlikte kullanılmasıyla, çıkış frekansı ışık miktarı ile değişen “astable multivibratör” ossilasyon devresinin nasıl kurulduğu açıklanacak, “Multisim” devre çizim ve simülasyon programında gerçeklenecek ve deney sonunda çeşitli gözlem, ölçüm ve yorumlar yapılacaktır.

Son olarak “Fototransistör Çıkışının Diğer Bir Transistör Kulla-narak Yükseltilmesi” deneyinde yarı duyarlılık açısı, “field of view”, soğuk ayna, sıcak ayna, IR merceğin odak uzaklığı kavramları tartı-şılacak; ışık kaynağının açısının değiştirilmesinin devre çıkışına ne gibi etkileri olduğu gözlemlenecektir.


“Işık Kontrollü Ossilatör: LDR+LM 555 Timer” Deneyi




Kullanılan Malzemeler

“Işık Kontrollü Ossilatör: LDR+LM 555 Timer” deneyinde kullanılan malzemeler:

1 adet LM 555 Timer

1 adet foto-rezistör

1 adet 1 µF değerinde kutuplu kapasitör

1 adet 10 µF değerinde kutuplu kapasitör

1 adet 4,7 kΩ değerinde direnç

İlk olarak deneyde kullanılan devre elemanlarından “Foto-Rezistör”ü inceleyelim:

Foto-Rezistör (LDR)

LDR’nin İngilizce karşılığı “Light Dependent Resistor” olup Türkçe anlamı “Değeri Işıkla Değişen Direnç”tir


Yeterli enerjiye sahip fotonlar, valans bandındaki elektronları iletkenlik bandına yükseltir, böylece LDR’nin R direnci düşerken, LDR temel voltaj bölücü devresinde bulunan RL yük direnci üzerindeki potansiyel fark artar. LDR’nin R direncinin düşmesi bir anlamda, ışık miktarına bağlı olarak iletkenliğini artırır. Başka bir deyişle aydınlıkta LDR’nin üzerinden geçen akım artar, karanlıkta ise azalır.


LDR, direnç yapısında olduğundan dolayı kutuplama voltajı fark etmez (Bkz. Şekil 2). Çünkü LDR, PN eklemi yapısında değildir, tek kristaldir.


LDR, dalga boyu 0,4µ ve 0,7µ dalga boylu görünür ışığa karşı duyarlıdır. LDR direnci R (Ω) ile LDR üzerine düşen ışık miktarı L (Lux) arasında aşağıdaki bağıntı bulunmaktadır:




LDR direncinin ışık miktarı ile değişimi lineer logaritmik bir fonksiyondur. Şimdi belli ışık miktarında değişen LDR direncinin değişen değerlerini Tablo 1’den inceleyelim:
 Lux-R Ölçümleri

Işık Miktarı, L (Lux) LDR Direnci, R (kΩ)
10
100
500
700
1000
5000
10000

84,00
12,60
2,84
2,14
1,54
0,42
0,24

Tablo -daki gibi verilen değerlerin logaritmik ifadelerinin gra-fiği MATLAB programı yardımıyla aşağıdaki script ile çizdirildiğinde grafik elde edilmiştir:


» L=[10,100,500,700,1000,5000,10000];
» R=[84.00,12.60,2.84,2.14,1.54,0.42,0.24]*1000;
» loglog(L,R,'r*-.'),grid;
» xlabel('log lux');
» ylabel('log R');
» title('LDR Direncinin Isik Miktari Ile Degisimi');


Şimdi, “en küçük kareler” yöntemi yardımıyla önce doğrunun eğimini, daha sonra y eksenini kestiği noktayı (yani dark resistance’ı ) ve son olarak bu veriler yardımıyla doğru denklemini bulalım: “En küçük kareler” yöntemine göre

xi: ışık miktarının i. bileşenin logaritmik ifadesi
yi: LDR direncinin ohm cinsinden i. bileşeninin logaritmik ifadesi

olarak bulunur.

iken y eksenini kesim noktası yani “dark resistance” değeri aşağıdaki formül yardımıyla bulunabilir:

Rd: dark resistance olmak üzere elde edilir.
Son olarak doğru denklemini, bulduğumuz değerle oluşturalım:

LDR’lerin uygulama alanları; endüstriyel kumanda sistemleri, otomatik gece lâmbaları, dijital sayıcılar (counter), kanın renk yo-ğunluğunu belirleyen tıbbî cihazlar, flâşlı fotoğraf makineleri, hare-ket dedektörleri, zil butonları vb. yerlerdir.

LM 555 Timer

LM 555 Timer (zamanlayıcı) entegresi en önemli ve en çok kullanılan entegrelerden biridir. Zamanlamanın olduğu bütün elektronik kartlarda (dijital kartların çoğunda) rahatlıkla görülebilir.

LM 555 Timer sayesinde istenen frekansa sahip kare dalga oluşturmak mümkündür


Kare Dalga Üretmek

Görüldüğü gibi LM 555 Timer entegresinin çalışması için 1 ve 8 uçlarına Vs voltajı uygulanmaktadır. R1 ve R2 dirençleri, C1 kapasitörünün dolma süresini belirlediğinden dolayı (Vs tarafından C1 kapasitörü dolmaya başlayacak) bu dolma süresi çıkış sinyalinin Vs olarak kalma süresidir. Kapasitör belli bir değerden sonra R2 üzerinden boşalmakta ve bu değer de çıkış sinyalinin 0 V olma süresini belirler. Sonuç olarak RC devre karakteristiğinden şunları çıkarabiliriz:


Yapılan deneyde R1 direnci LDR direnci olarak kullanılmıştır.

LM 555 Timer entegre devresinin uygulama alanları daha çok sayısal devrelerde görülmektedir. Çünkü 555 Timer, dijital anlamda 0 ve 1’leri üreten çok önemli bir entegredir. Örneğin, çıkış sinyali saniyede bir yapılırsa bu dijital saat (saatin saniye kısmını) yapımında kullanılabilir. Çıkış sinyali dakikada bir yapılırsa, dijital saatin dakika kısmı yönetilebilir. Başka bir örnek olarak merdiven lambasının açık kalma süresinin istenildiği gibi ayarlanması verilebilir.

Multivibratörler

Dijital elektronik devrelerinde çok kullanılan devrelerdir. Bunlar işaret üreteci (kare, üçgen, dikdörtgen vb), zamanlayıcı (timer) ve hafıza elemanı (Memory Unit) gibi amaçlarla kullanılır. Multivibratörler, transistörlü devrelerle gerçekleştirilebileceği gibi, lojik kapılarla veya özel amaçlı entegrelerle de gerçekleştirilebilir.

Multivibratörler genel olarak üçe ayrılır:

 Monostable (Tek Kararlı) Multivibratör

 Bistable (İki Kararlı) Multivibratör

 Astable (Kararsız) Multivibratör

Monostable (Tek Kararlı) Multivibratör

Girişlerine tetikleme sinyali uygulandığında konum değiştirip zamanlama elemanlarının belirledikleri süre boyunca bu konumda kalan ve süre sonunda tekrar ilk konumlarına dönen devrelerdir. Yani, monostable multivibratör, bir transistör iletimde ve diğeri yalı-tımda olduğundan tek bir sabit konuma sahip olan bir devredir. Devrenin konum değiştirebilmesi için yani kesimde olan transistörün iletime geçebilmesi için bir tetikleme palsının devreye tatbiki şarttır.

Bistable (İki Kararlı) Multivibratör

Bistable multivibratörler dışarıdan bir tetikleme sinyali gelmediği sürece sonsuza dek durumlarını koruyan ve dışarıdan uygulanacak her tetikleme sinyaliyle durum değiştiren devrelerdir. Bistable multivibratörler, bir anlamda hafıza elemanı olan flip-flop'ların temelidir. İki istikrarlı duruma sahiptir. Devreye tetikleme palsı tatbik edilinceye kadar devre sabit konumunu korur. Tetikleme palsı uygulandıktan sonra devre diğer sabit duruma girer ve önceki sabit duruma dönebilmesi için tekrar tetikleme palsına ihtiyaç vardır.

Temel bistable multivibratör devresi Şekil 9’da gösterilmiştir. Bir transistör iletimde iken diğeri yalıtımdadır. Örneğin, Q1 transistörü iletimde Q2 transistörü yalıtımda olduğunu düşünelim. Devreye dışa-rıdan herhangi bir etkide bulunulmadığı sürece transistörler bu ko-numunu korurlar. Dışarıdan uygulanacak bir tetikleme ile yalıtımda olan Q2 iletime, iletimde olan Q1 ise yalıtıma girecektir. Yani, dışarı-dan uygulanacak bir tetikleme palsı ile devre konum değiştirecektir.

Astable (Kararsız) Multivibratör

Astable multivibratörler, devreye çalışma gerilimi verildiği an-dan itibaren, monostable ve bistable multivibratörlerin aksine dışarı-dan herhangi bir tetikleme sinyaline gerek kalmadan devredeki za-manlama elemanlarının belirledikleri zaman aralıkları ile devamlı du-rum değiştiren devrelerdir.
LM 555 Timer, astable multivibratör devresinde kullanıldığın-da; LED ve lamba yanıp söndürme, darbe üretme, logic clock, gü-venlik alarmları, darbe pozisyon modülasyonu gibi uygulama alanları vardır.
Deneyde kullanılan malzemeler ile ilgili detaylı olarak verilen bilgilerden sonra toparlamak gerekirse; bu deney sayesinde, LDR ile LM 555 Timer entegresi birlikte kullanılarak, çıkış frekansı ışık miktarı ile değişen astable multivibrator ossilasyon devresinin kurulması ve çeşitli gözlem ve ölçümlerin yapılması sağlanacaktır.

Deneyin Yapılışı

• Devrenin kurulumu gerçekleştirilmeden önce ilk olarak, kutuplu kapasitörlerin board üzerine yerleştirilmesi ve LM 555 Timer enteg-resinin bağlantı uçlarının tanımı gerçekleştirildi.
• LDR ile LM 555 Timer entegresinin birlikte oluşturduğu ossilasyon devresi board üzerine kuruldu ve çeşitli ışık miktarları ile çıkış sinya-linin frekansı/periyodu gözlemlendi. Multisim devre çizim ve simü-lasyon programında LDR’yi temsil eden direnç değerleri, Tablo 1’deki çeşitli ışık miktarlarına göre değişen LDR dirençleri olarak belirlenmiştir.
• Bu durumda karanlığa yakın ya da alacakaranlık ortamının ışık şid-deti olan 10 Lux’te LDR’nin direnci, LDR yapısı gereği oldukça yük-sek değer olan 84 kΩ’a karşılık gelmektedir. Bu ışık şiddeti altında LDR’yi temsil eden dirençle kurulu ossilasyon devresi ve çıkışta gözlenen sinyal sırasıyla Şekil 10 ve Şekil 11’deki gibi elde edilmiştir.
• Ortamın ışık miktarı biraz artırılarak gün batışı ortamının ışık şiddeti-ni temsil eden 100 Lux’te LDR’nin direnci; LDR yapısı gereği bir ön-ceki ışık şiddetine göre daha da azalmıştır ve 12,6 kΩ’a karşılık gel-mektedir. Bu ışık şiddeti altında LDR’yi temsil eden dirençle kurulu ossilasyon devresi ve çıkışta gözlenen sinyal sırasıyla Şekil 12 ve Şekil 13’teki gibi elde edilmiştir (Çıkış sinyalleri arasındaki farkı gör-mek amacıyla osiloskop 100 ms/div ve 2 V/div’e ayarlanmıştır.).

• Ortamın ışık miktarı daha da artırılarak bulutlu gündüz ışık şiddetini temsil eden 500 Lux’te LDR’nin direnci; LDR yapısı gereği iletkenliği artarak bir önceki ışık şiddetine göre daha da azalmakta ve 2,84 kΩ’a karşılık gelmektedir. Bu ışık şiddeti altında LDR’yi temsil eden dirençle kurulu ossilasyon devresi

• Ortamın ışık miktarı 700 Lux’e artırıldığında LDR’nin direnci beklenil-diği üzere daha da azalarak 2,14 kΩ’a karşılık gelmektedir. Bu ışık şiddeti altında LDR’yi temsil eden dirençle kurulu ossilasyon devresi ve çıkışta gözlenen sinyal sırasıyla Şekil 16 ve Şekil 17’deki gibi elde edilmiştir.


• Ortamın ışık miktarı 1000 Lux’e artırıldığında iletkenliğinin artmasıy-la LDR’nin direnci, azalarak 1,54 kΩ’a karşılık gelmektedir. Bu ışık şiddeti altında LDR’yi temsil eden dirençle kurulu ossilasyon devresi ve çıkışta gözlenen sinyal sırasıyla Şekil 18 ve Şekil 19’daki gibi elde edilmiştir.


• Ortamın ışık miktarı, güneşli gündüz ortamına yakın bir değer olan 5000 Lux’e artırıldığında iletkenliğinin artmasıyla LDR’nin direnci azalarak, bu sefer 420 Ω’a karşılık gelmektedir. Bu ışık şiddeti altın-da LDR’yi temsil eden dirençle kurulu ossilasyon devresi ve çıkışta gözlenen sinyal sırasıyla Şekil 20 ve Şekil 21’deki gibi elde e-dilmiştir.


Şekil 20: LM555+LDR Ossilasyon Devresi (5000 Lux  420 Ω)


Şekil 21: 5000 Lux Işık Miktarı ile Elde Edilen Çıkış Sinyali

• Son olarak ortamın ışık miktarı güneşli gündüz ortamını temsil eden 10000 Lux’e kadar çıkarıldığında LDR’nin direnci, 240 Ω’a kadar düşmektedir. Bu ışık şiddeti altında LDR’yi temsil eden dirençle kurulu ossilasyon devresi ve çıkışta gözlenen sinyal sırasıyla Şekil 22 ve Şekil 23’teki gibi elde edilmiştir.


Şekil 22: LM555+LDR Ossilasyon Devresi (10000 Lux  240 Ω)


Şekil 23: 10000 Lux Işık Miktarı ile Elde Edilen Çıkış Sinyali


• Alınan çıkış sinyallerinin frekans değerleri ölçülmüş ve Thigh-Tlow peri-yotları gözlemlenmiştir. Yapılan gözlemler sonucu, ortamın ışık mik-tarı azaldığında Thigh süresinin arttığı, Tlow süresinin değişmediği ve dolayısıyla elde edilen darbenin toplam periyodunun arttığı gözlem-lenmiştir (Bkz. Şekil 24). Buna ek olarak periyot ile frekans ters orantılı olduğu için darbenin frekansının azaldığı da incelenmiştir (Bkz. Şekil 25). Ortamın ışık miktarı artırıldığında ise Thigh süresinin azaldığı, Tlow değerinin yine değişmediği ve dolayısıyla elde edilen darbenin toplam periyodunun azaldığı gözlemlenmiştir (Bkz. Şekil 24). Dolaylı olarak da darbenin frekansının arttığı fark edilmiştir (Bkz. Tablo 2 ve Şekil 25).

Tablo : Işık Miktarının, Çıkış Sinyalinin
Toplam Periyoduna ve Frekansına Etkisi

Işık Miktarı (Lux) LDR Direnci (kΩ) Thigh (ms) Tlow (ms) T (ms) Frekans (Hz)
10 84 615,0 32,9 648,0 1,54
100 12,6 120,2 32,9 153,2 6,53
500 2,84 52,6 32,9 85,5 11,69
700 2,14 47,7 32,9 80,7 12,40
1000 1,54 43,6 32,9 76,5 13,07
5000 0,42 35,8 32,9 68,7 14,55
10000 0,24 34,6 32,9 67,5 14,82


Şekil 24: Değişen Işık Miktarının, Çıkış Sinyalinin
Toplam Periyoduna Etkisi


Şekil 25: Değişen Işık Miktarının, Çıkış Sinyalinin Frekansına Etkisi


Yorum

Yapılan deneyde görüldü ki, R1 ve R2 dirençleri (R2 direnci LDR direncini temsil etmek üzere), C2 kapasitörünün dolma süresini belirlediğinden dolayı (Vs tarafından C2 kapasitörü dolmaya başlayacak) bu dolma süresi çıkış sinyalinin Vs olarak kalma süresi yani Thigh süresidir. Kapasitör belli bir değerden sonra R1 üzerinden boşalmakta ve bu değer de çıkış sinyalinin 0 V olma süresini yani Tlow süresini belirlemektedir.
Sonuç olarak ortamın ışık miktarının artması, LDR’nin iletkenli-ğinin artarak direncinin azalmasını sağlamış, dolayısıyla LDR diren-cinden bağımsız olan Tlow süresi değişmemiş, ancak Thigh süresi azal-mıştır. Çünkü düşük zaman sabiti ile C2 kapasitörü daha çabuk dol-muştur. Ortamın ışık miktarının azalması ile de, LDR’nin iletkenliği-nin azalmış, bu da direncinin artmasını sağlamıştır. Bu nedenle LDR direncinden bağımsız olan Tlow süresi yine değişmemiş, ancak Thigh süresi artmıştır. Çünkü bu sefer yüksek zaman sabiti ile C2 kapasitörünün daha çabuk boşalmasına izin verilmemiştir.


NOT: C2 kapasitörünün değeri, osiloskopla yapılan AC ölçümdeki rise time-fall time süresini etkilemektedir. Dolayısıyla C2 kapasitörünün değeri ne kadar düşük değerde olursa AC ölçümü daha sağlıklı gerçekleştirilecektir. Yine de her ihtimale karşı deneyde yapılan ölçümler, osiloskop DC konumundayken yapılmış ve AC konumundaki pürüzler görülmeden gözlemler rahatlıkla yapılabilmiştir.

2 yorum:

  1. 555 timer çalışmıyor,
    555 devresi board üzeri
    555 timer tetikleme
    dijital elektronikte kullanılan kaç çeşit tetikleme vardır
    elektronik timer
    kararsız ldr devresi
    lm 555 periyodunu degistirme
    lm555
    rezistör yapısı
    timer devresi
    www. 555 ir kumanda
    ısık kontrollu ldr devrelerı
    ışık timer
    ışıkta yanan ldr devre

    YanıtlaSil
  2. Gıcık oluyorum şu 555 e. teşekkürler yardım için.

    YanıtlaSil

Etiketler

3G 7-segment 7805 7812 Amplifier Analiz Analog iletişim Arduino AVR Axiom Aristos baskı devre Bellek Beslemeli Kenetleyici Biased Limiters Bird Strike Biyomedikal blog butterworth CCD dedektörler Cep Telefonu CMOS Common Base Amplifier Çarpma DAC0800 DC Motor Decoder Dedektör deney deney timer Devre Diode Clampers Diode Limiters Direnç Diyot Diyot kenetleyici devreler Diyot Limiter DO-178B Doğrudan Sıfırlamalı Doğrultucular Dolaylı Sıfırlamalı Döngüsel Sayıcılar Düzlem-Panel Dedektörler Elektrik Elektronik Projeler Entegre Devreler Fiber Optik filtreler flipflop Flora foruier serileri Fototransistör fourier dönüşümü FPGA Frekans Counter Function Generato gereksinim analizi Görüntü görünür ışığa dönüştürme GP810 GPS Grid Güç Ölçümleri Half-wave Rectifiers indüktör infrared fotodiyot JOHNSON SAYICISI kalite Kalite Standartları kapasitör karanlık algılayıcı Kaymalı Yazmaç Kenetleme Devreleri Kenetleyiciler Kırpıcılar Kolimasyon Laser Darbelerinin Algılanması Laser Darbelerinin Oluşumu Laser Diyod ldr led lineer sistem analizi lm324 LM358 lm555 timer lm741 MATLAB matlab çizim matlab kodları Maximite Mikrodenetleyiciler Mirocontroller MSP430 Mühendis Staj Mühendislik OP-AMP Optik Film Optik-Fiber Zayıflama Ölçümleri opto-coupler osilatör Osiloskop Paralel – Seri Dönüşüm paralel devreler PIC PIC16F877 PIC16F877A PIC16F886 PIC32MX Plaka Okuma PLC Proje pwm Radiology Radyasyon Radyoaktivite Radyografi Radyoloji Rectifiers Register RFID RL devreleri RL FİLTRELERİ RLC Filtre Robot Robotics röntgen Röntgen Cihazları sayıcılar Sayısal Dedektör Sayısal iletişim Selenyum Dedektör sensor network sensör seri devreler seven-segment sıcak ayna sistem mühendisliği soğuk ayna Solid State Staj svf Swot Analizi Tam Dalga Doğrultucu temel AC devre temel DC devre termistör Test Tez transistor Transistör Bacaklarının Testi transistör yükseltgeç ULN2803 Ultrason Video Kodlama volt Wireless X-ışını Yarım Dalga Doğrultucuları yazmaçlar Yüz tanıma