Işık Yayan Diyot: LED

“Işık Yayan Diyot”u konu alan bu raporda ilk olarak LED’ler hak-kında genel bilgiler verilecektir. Daha sonra da “LED için Temel DC Devre”, “LED Çıkışının Transistör ile Kontrolü” ve “LED İçin Temel AC Devre” deneyleri; her bir deneyde kullanılan malzemelere, deneylerin yapılışına ve deney sonucunda elde edilen gözlemlere/sonuçlara göre incelenecektir. Ayrıca deneylerde board üzerine kurulan devre elemanları, bilgisayar ortamındaki “Multisim” devre çizim ve simülasyon programında tekrardan ele alınarak gözlemler yapılacak ve özellikle “LED İçin Temel AC Devre” deneyi için giriş sinyalinin çıkış sinyaline göre nasıl değiştiği araştırılacaktır.



“LED İçin Temel DC Devre” Deneyi



Kullanılan Malzemeler

“LED İçin Temel DC Devre” deneyinde kullanılan malzemeler:

1 Adet 180 Ωluk direnç

1 Adet Kırmızı LED

Deney genel olarak LED’leri kapsadığından dolayı LED’ler hak-kında genel bilgi verelim:

LED: Light Emitting Diode (Işık Yayan Diyot)

Işık yayan diyotlar, doğru yönde gerilim uygulandığı zaman yani anoduna pozitif, katoduna negatif gerilim uygulandığında (ileri kutuplama) ışıyan, diğer bir deyimle elektriksel enerjiyi ışık enerjisi haline dönüştüren özel katkı maddeli PN diyotları ve “transducer”lardır (Bkz. Şekil 1).

Kutuplama güç kaynağından N tarafına elektron enjekte edilir. Aşırı elektronların kristaldeki hole’ler ile birleşmesi sonucu foton ya-yınlanır. Yayınlanan ışıma, LED’in malzeme yapısına bağlı olarak gö-rünür ışık bölgesinde olduğu gibi infrared (IR) bölgesinde de olabilir.


LED’in ışık şiddeti, içinden geçen akım ile doğru orantılı olarak artar. Ancak bu artış;akımın belirli bir de-ğerine kadar doğrusaldır. Daha sonra bükülür.

Eğer diyoda verilen akım, eşik değeri adı verilen doğrusallığın bozulduğu noktayı aşarsa diyot aşırı ısınarak bozulur. Bu nedenle di-yotlar kullanılırken, firmalarınca verilen karakteristik eğrilerine uy-gun olarak çalıştırılmalıdır veya LED’ler seri bağlı direnç ile kullanılır.


LED’lerin genel olarak özellikleri şunlardır:
• LED’ler tıpkı zener diyotlar gibi üzerine sabit gerilim dü-şürür.
• Çalışma gerilimi ortalama olarak 1.5-2.5V arasındadır. (Kataloğunda belirtilmiştir.)
• Çalışma akımı ortalama olarak 10-50mA arasındadır. (Kataloğunda belirtilmiştir.)
 Kırmızı LED yaklaşık 1,8V-15mA
 Sarı LED yaklaşık 2V-15mA
 Yeşil LED yaklaşık 2,2V-15mA
 Mavi ve Beyaz LED yaklaşık 3,6V-20mA'de çalışır.
NOT: Günümüzde kullanılan LED'ler arasında en popüleri kırmızı olanıdır. Bu tip LED'ler GaAs0,6P0,4 formülü ile yapılmaktadır. Yani As:P oranı 6:4'tür. Kırmızı LED'ler yapımı en kolay; dolayısıyla en ucuz, bunun yanında da verimi en yüksek olanlarıdır. Yeşil LED'ler ise verimi en düşük LED çeşididir. Ancak bu dezavantajı insan gözü-nün yeşile kırmızıdan daha hassas olması nedeniyle ortadan kalk-maktadır. Herhangi bir uygulama için renk seçimi yaparken bazı hu-suslara dikkat edilmelidir. Kırmızı, genellikle ikaz devreleri için tercih edilmelidir. Ancak sarı, turuncu ve yeşil LED'ler, diğer bazı amaçlar için daha estetik olabilmektedir.
• Uzun ömürlüdür (ortalama 105 saat).
• Darbeye ve titreşime karşı dayanıklıdır.
• Kullanılacağı yere göre çubuk şeklinde veya dairesel ya-pılabilir.
• Çalışma zamanı çok kısadır (nanosaniye).
• Diğer diyotlara göre doğru yöndeki direnci çok daha kü-çüktür.
• Işık yayan diyotların gövdeleri tamamen plastikten ya-pıldığı gibi, ışık çıkan kısmı optik mercek, diğer kısımları metal olarak da yapılır.


LED’leri ileri kutuplamak için hangi ucun artı uç (veya anot) ve hangi ucun eksi uç (yani katot) olduğunu belirlemek gereklidir. Katalog bilgilerine başvurarak bağlantı ucu tanıma yapılabilirken, aynı zamanda uzun uç anot kısmıdır. Ancak çoğu zaman hangi ucun artı uç hangi ucun eksi uç olduğunu da kestirmek mümkün olmayabilir. Bunun için de multimetre ile direnç ölçümü yapılır. Yapılan direnç ölçümünde yüksek direnç ters kutuplamayı, düşük direnç de ileri kutuplamayı yani aradığımız cevabı bize gösterir. Bir diğer yöntem de LED’in yapısı incelenerek bağlantı ucu tanıma yapılabilmesidir.LED yapısını incelediğimizde görüyoruz ki sağ taraftaki çıkıntı bize LED’in artı ucunu göstermektedir.


Işık yayan diyotların en yaygın kullanılma alanı, dijital ölçü aletleri, dijital ekranlı bilgisayarlar, hesap makineleri, göstergeler, TV cihazının açık/kapalı olduğunu belirten yeşil/kırmızı LED, TV kumandası (IR ışıma veren LED olarak) ve yazıcı elektronik sis-temlerdir. Bu kullanma şeklinde, çoklu ışık yayan diyotlardan yararlanılmaktadır. Bazı hallerde ışık yayan diyotlardan işaret lambası ve ışık kaynağı olarak da yararlanılır. Optoelektronik kuplör de bir LED uygulamasıdır.

Deneyin Yapılışı

• Birinci deneyde Şekil 5’te görülen devre kuruldu.
• LED üzerinde oluşan voltaj multimetre ile ölçüldü. Ölçülen voltaj aynı zamanda LED’in çalışması için gereken minimum voltaj değeri-dir:
Ölçülen Voltaj1 = 2,22 V
• R1 direnci üzerinde oluşan voltaj da multimetre ile ölçüldü. LED üzerinden aşırı akım geçmesini engellemek için LED’e seri olarak bağlanan direnç üzerindeki voltaj beklendiği gibi
Ölçülen Voltaj2 = 2,75 V
olarak belirlenmiştir.
• Board üzerinden akım yolu kesilip multimetrenin devreye seri olarak bağlanması ile LED üzerinden akan akım
Ölçülen Akım Değeri = 14,51mA
olarak belirlenmiştir.
Bu akım teorik olarak hesaplandığında ise

elde edilmiştir.

Yorum

devrenin board üzerine kurulması ile ileri kutupla-nan kırmızı LED’in yandığı gözlemlenmiştir. Devreye uygulanan 5V’luk gerilim, LED’in çalışması için gerekli olan voltaj değerinden yüksek olduğu için – ki bu değer, devre çalıştığında LED’in uçları arasındaki potansiyel farktır – devrenin çalışmasında sorun yaşan-mamıştır. Bu sırada R1 direnci üzerindeki voltaj da ölçülmüş ve seri bağlı devre elemanlarının üzerindeki potansiyel fark toplamlarının gerçekten de uygulanan gerilime eşit olduğu gözlemlenmiştir:

Hem direnç hem de LED üzerinde oluşan gerilim değerlerinin toplamının, uygulanan gerilim değerine tam olarak eşit olmamasının sebepleri direncin veya LED direncinin (LED, diyot yapısında olduğu için bir direnci vardır) tolerans değerleri olabilir.