Giriş Arayüz(Arabirim) Devreleri

Giriş Arabirimi, sensörlerin (Giriş Dönüştürücülerinin) cihazların ve bilgisayarların, mikro denetleyicilerle iletişim kurmasını sağlar.

Arayüzleme, bir cihazı, özellikle bir bilgisayarı(PC), tek kart bilgisayarı(SBC) veya mikro denetleyiciyi diğeriyle bağlama veya birbirine bağlama yöntemi olup, birlikte çalışabilmeleri için iki elektronik cihazın çıkış ve giriş konfigürasyonlarını tasarlamamıza veya uyarlamamıza olanak tanır.

Ancak arayüz oluşturma, bir şeyi kontrol etmek için bilgisayarların ve işlemcilerin yazılım programını kullanmaktan daha fazlasıdır. Bilgisayar arabirimi, çeşitli çevresel aygıtları çalıştırmak için tek yönlü ve çift yönlü giriş ve çıkış bağlantı noktalarını kullanırken, giriş olarak mekanik anahtarlar veya çıkış olarak ayrı LED’ler kullanılarak gerçek dünyayla arabirim oluşturmak için birçok basit elektronik devre kullanılabilir.

giriş arayüz

Bir elektronik veya mikro elektronik devrenin kullanışlı ve etkili olması için bir şeyle arayüz oluşturması gerekir. Giriş arayüz devreleri, op-amp’ler, mantık kapıları vb. elektronik devreleri yeteneklerini genişleterek dış dünyaya bağlar.

Elektronik devreler, giriş bilgisi olarak veya çıkış kontrolü için lambaları, röleleri veya aktüatörleri kontrol etmek için sensörlerden veya anahtarlardan gelen sinyalleri yükseltir, tamponlar veya işler. Her iki durumda da, giriş arabirim devreleri, bir devrenin voltaj ve akım çıkışını diğerinin eşdeğerine dönüştürür.

Giriş sensörleri, bir ortam hakkında bilgi için bir giriş sağlar. Sıcaklık, basınç veya zamanla sürekli değişen sıcaklık, basınç veya konum gibi fiziksel nicelikler, ölçülen fiziksel niceliğe göre bir çıkış sinyali veren çeşitli sensörler ve anahtarlama cihazları kullanılarak ölçülebilir.

Elektronik devrelerimizde ve projelerimizde kullanabileceğimiz sensörlerin birçoğu ölçülen miktarla dirençleri değiştiği için dirençlidir. Örneğin, termistörler, gerinim ölçerler veya ışığa bağımlı dirençler (LDR). Bu cihazların tümü giriş cihazları olarak sınıflandırılır.

Giriş Arayüz Devreleri

En basit ve en yaygın giriş arabirim aygıtı türü, basmalı düğme anahtarı yani butondur. Mekanik AÇMA-KAPAMA geçiş anahtarları, basmalı düğme anahtarları ve reed anahtarları vb., düşük maliyetleri ve herhangi bir devreye giriş arabiriminin kolay olması nedeniyle giriş cihazları olarak popülerdir. Ayrıca operatör, bir anahtarı çalıştırarak, bir düğmeye basarak veya bir manyetik anahtarın üzerinde bir mıknatısı hareket ettirerek bir girişin durumunu değiştirebilir.

Giriş Arabirimi ve Tek Bir Anahtar

giriş arayüz

Anahtarlar ve basmalı düğmeler, iki veya daha fazla elektrik kontağı grubuna sahip mekanik cihazlardır. Anahtar açıkken veya bağlantısı kesildiğinde kontaklar açık devre olur ve anahtar kapatıldığında veya çalıştırıldığında bu kontaklar kısa devre yapar.

Bir anahtarın (veya basmalı düğmenin) bir elektronik devreye giriş arabiriminin en yaygın yolu, gösterildiği gibi besleme voltajına bir çekme direnci pull-out yoluyladır. Anahtar açıkken çıkış sinyali olarak 5 volt veya mantık “1” verilir. Anahtar kapatıldığında çıkış topraklanır ve çıkış olarak 0v veya mantık “0” verilir.

Ardından anahtarın konumuna bağlı olarak bir “yüksek” veya “düşük” çıkış üretilir. Anahtar açıkken çıkış voltaj seviyesini gerekli değerde (bu örnekte +5v) tutmak ve ayrıca anahtarın kapalıyken beslemeyi kısa devre yapmasını önlemek için bir çekme direnci(pull-out/pull-up) gereklidir.

Çekme direncinin(pull-out/pull-up) boyutu, anahtar açıkken devre akımına bağlıdır. Örneğin, anahtar açıkken akım, direnç üzerinden V OUT terminaline doğru akacaktır ve Ohm Yasasından bu akım akışı, direnç boyunca bir voltaj düşmesine neden olacaktır.

Daha sonra, bir dijital mantık TTL geçidinin 60 mikro amperlik (60uA) bir giriş “YÜKSEK” akımı gerektirdiğini varsayarsak, bu, direnç boyunca 60uA x 10kΩ = 0.6V’luk bir voltaj düşüşüne neden olur ve giriş “YÜKSEK” voltajı üretir. 5.0 – 0.6 = 4.4V , standart bir dijital TTL geçidinin giriş özellikleri içindedir.

Anahtarın +5V besleme gerilimi ile çıkış arasına bağlanması için anahtar ve direncin ters çevrildiği “aktif yüksek” modda bir anahtar veya basmalı düğme de bağlanabilir. Şimdi aşağı çekme direnci(pull-out) olarak bilinen direnç, çıkış ile 0v toprak arasına bağlanır. Bu konfigürasyonda, anahtar açıkken, çıkış sinyali, V OUT 0v’da veya mantık “0”dadır. Buton çalıştırıldığında çıkış “YÜKSEK” olur ve +5 volt besleme gerilimine veya “1” mantığına gider.

Akımı sınırlamak için kullanılan yukarı çekme(pull-up) direncinden farklı olarak, aşağı çekme(pull-out) direncinin ana amacı, çıkış terminali V OUT’u 0v veya toprağa bağlayarak dalgalanmasını önlemektir. Sonuç olarak, üzerindeki voltaj düşüşü genellikle çok küçük olacağından çok daha küçük bir direnç kullanılabilir. Ancak, çok küçük bir aşağı çekme(pull-out) direnci değeri kullanılması, anahtar kapatıldığında veya çalıştırıldığında dirençte yüksek akımlara ve yüksek güç kaybına neden olur.

DIP Anahtarı Giriş Arabirimi

giriş arayüz

Devrelere ayrı ayrı basmalı düğmeler ve basmalı anahtarlar arasında giriş arabirimi sağlamanın yanı sıra, tuş takımı ve DIP anahtarları biçiminde birkaç anahtarı bir araya getirebiliriz.

DIP veya Dual-in-line Paket anahtarları, tek bir paket içinde dört veya sekiz anahtar olarak gruplandırılmış bağımsız anahtarlardır. Bu, DIP anahtarlarının standart IC soketlerine takılmasına veya doğrudan bir devre veya devre tahtasına(breadboard) bağlanmasına izin verir.

Bir DIP anahtar paketindeki her bir anahtar normalde AÇIK-KAPALI durumuna göre iki koşuldan birini gösterir ve dört anahtarlı bir DIP paketinin gösterildiği gibi dört çıkışı olacaktır. Hem sürgülü hem de döner tip DIP anahtarları birbirine veya iki veya üç anahtarın kombinasyonları halinde bağlanabilir, bu da onları çok çeşitli devrelere giriş arabirimini çok kolay hale getirir.

Mekanik anahtarlar, düşük maliyetleri ve giriş arayüzleme kolaylığı nedeniyle popülerdir. Bununla birlikte, mekanik anahtarların “kontak sekmesi” adı verilen ortak bir sorunu vardır. Mekanik anahtarlar, anahtarı çalıştırdığınızda bir devreyi tamamlamak için birlikte itilen iki parça metal kontaktan oluşur. Ancak, tek bir temiz anahtarlama eylemi üretmek yerine, metal parçalar anahtarın gövdesi içinde birbirine dokunup sıçrayarak anahtarlama mekanizmasının birkaç kez çok hızlı bir şekilde açılıp kapanmasına neden olur.

Mekanik anahtar kontakları hızlı bir şekilde açılıp kapanacak şekilde tasarlandığından, kontakları yaparken veya kırılırken sıçramalarını durdurmak için sönümleme adı verilendirenç vardır. Sonuç, bu sıçrama eyleminin, anahtar sağlam bir temas kurmadan önce bir dizi darbe veya voltaj yükselmesi üretmesidir.

Buton Sıçraması

giriş arayüz

Sorun, mekanik anahtarın giriş arayüzlü olduğu herhangi bir elektronik veya dijital devrenin, bu çoklu anahtar işlemlerini, yalnızca amaçlanan tek ve pozitif anahtarlama eylemi yerine, birkaç milisaniye süren bir dizi AÇIK ve KAPALI sinyali olarak okuyabilmesidir.

Bu çoklu anahtar kapatma (veya açma) eylemine anahtarlarda Anahtar/Buton Sıçrama denir ve aynı eylem rölelerde Kontak Sıçrama olarak adlandırılır. Ayrıca, hem açma hem de kapama eylemleri sırasında anahtar ve kontak sıçraması meydana geldiğinden, kontaklar boyunca ortaya çıkan sıçrama ve ark aşınmaya neden olur, kontak direncini arttırır ve anahtarın çalışma ömrünü kısaltır.

Bununla birlikte, giriş sinyalini “sektirme” için bir geri dönme devresi biçiminde bazı ekstra devreler kullanarak bu anahtar sıçrama sorununu çözmenin birkaç yolu vardır. En kolay ve en basit yol, anahtarın gösterildiği gibi bir kapasitörü şarj etmesine ve boşaltmasına izin veren bir RC geri sıçrama devresi oluşturmaktır.

RC Buton ile Sıçrama Engelleme

giriş arayüz

Anahtar giriş arabirim devresine ekstra 100Ω direnç ve 1 uF kapasitör eklenmesiyle, anahtar sıçrama sorunları filtrelenebilir. RC zaman sabiti, T , mekanik anahtarlama eyleminin sıçrama zamanından daha uzun olacak şekilde seçilir. DÜŞÜK’ten YÜKSEK’e ve YÜKSEK’ten DÜŞÜK’e keskin bir çıkış geçişi üretmek için bir tersine çeviren Schmitt tetikleme tamponu da kullanılabilir.

Peki bu tip giriş arayüz devresi nasıl çalışır? RC Şarj Etme eğitiminde, bir kapasitörün zaman sabiti T tarafından belirlenen bir hızda şarj olduğunu gördük . Bu zaman sabiti değeri, T = R*C cinsinden ölçülür, burada R , direncin Ohm cinsinden değeri ve C , kapasitörün Farad cinsinden değeridir. Bu daha sonra bir RC zaman sabitinin temelini oluşturur.

Önce anahtarın kapalı olduğunu ve kondansatörün tamamen boşaldığını varsayalım, ardından invertere giriş DÜŞÜK ve çıkışı YÜKSEK olarak bir sinyal gönderelim anahtar açıldığında, kapasitör , RC ağının C(R1+R2) zaman sabiti tarafından belirlenen bir oranda R1 ve R2 olmak üzere iki direnç üzerinden şarj olur .

Kondansatör yavaşça şarj olurken, anahtar kontaklarındaki herhangi bir sıçrama, kondansatör plakalarındaki voltaj tarafından yumuşatılır. Plakalar üzerindeki yük , sürücünün üst giriş voltajının ( V IH ) en düşük değerine eşit veya daha büyük olduğunda, sürücü durum değiştirir ve çıkış DÜŞÜK olur. Bu basit anahtar girişi arayüzü örneğinde, RC değeri yaklaşık 10mS’dir ve anahtar kontaklarına son açık durumlarına yerleşmeleri için yeterli zaman verir.

Anahtar kapatıldığında, şimdi tam olarak şarj olankondansatör, inverterlerin çıkış durumunu DÜŞÜK’ten YÜKSEK’e değiştirerek C(R2) zaman sabiti tarafından belirlenen bir oranda 100Ω üzerinden hızla sıfıra deşarj olur. Bununla birlikte, anahtarın çalışması, kontakların sıçramasına neden olarak,kondansatörün tekrar tekrar şarj olmak ve ardından hızla sıfıra boşalmak istemesine neden olur.

RC şarj süresi sabiti, deşarj süresi sabitinden on kat daha uzun olduğundan, giriş yükselme süresi yavaşladığından, anahtar nihai kapalı konumuna geri dönmeden öncekondansatör yeterince hızlı şarj olamaz, bu nedenle invertör YÜKSEK çıkışı korur. Sonuç olarak, açma veya kapama sırasında anahtar kontakları ne kadar zıplarsa zıplasın yani sıçrama yapsın, invertörden yalnızca tek bir çıkış darbesi alırsınız.

Bu basit anahtar geri tepme devresinin avantajı, anahtar kontaklarının çok fazla sıçraması veya çok uzun süre sıçraması durumunda, RC zaman sabitinin telafi etmek için artırılabilmesidir. Ayrıca, bu RC zaman gecikmesinin, anahtarı tekrar çalıştırmadan önce beklemeniz gerekeceği anlamına geldiğini unutmayın, çünkü anahtarı çok erken çalıştırırsanız, başka bir çıkış sinyali üretmeyecektir.

Bu basit anahtar geri tepme devresi, elektronik ve mikro denetleyici devrelerine giriş arabirimi tekli (SPST) anahtarları için çalışacak olsa da, RC zaman sabitinin dezavantajı, bir sonraki anahtarlama eyleminin gerçekleşmesinden önce bir gecikme getirmesidir. Anahtarlama eylemi hızlı bir şekilde durum değiştirirse veya bir tuş takımında olduğu gibi birden fazla tuş çalıştırılırsa, bu gecikme kabul edilemez olabilir. Bu sorunun üstesinden gelmenin ve daha hızlı bir giriş arabirim devresi üretmenin bir yolu, aşağıda gösterildiği gibi çapraz bağlı 2 girişli NAND veya 2 girişli NOR geçitleri kullanmaktır.

NAND Kapısı ile Sıçramayı Engellemek

giriş arayüz

Bu tip anahtar geri dönme devresi, Sıralı Mantık bölümünde incelediğimiz SR Flip-flop’a çok benzer bir şekilde çalışır. İki dijital mantık kapısı, iki NAND kapısı girişi, gösterildiği gibi iki 1kΩ çekme direnci(pull-out) tarafından YÜKSEK (+5v) tutulduğundan, bir SR Mandal devresi oluşturan aktif DÜŞÜK girişlere sahip bir çift çapraz-bağlı NAND kapısı olarak bağlanır.

Ayrıca, devre bir Set-Reset SR mandalı olarak çalıştığından, devre, önceki RC geri sıçrama devresinin tek kutuplu tek yönlü (SPST) anahtarı yerine tek kutuplu çift yönlü (SPDT) bir geçiş anahtarı gerektirir.

Çapraz kuplajlı NAND geri sıçrama devresinin anahtarı A konumunda olduğunda, NAND kapısı U1 “ayarlanır” ve Q’daki çıkış mantık “1”de YÜKSEK olur. Anahtar konumu taşındığında B , U2 sıfırlar “grubu” olur U1 . Q’daki çıkış şimdi “0” mantığında DÜŞÜK’tür.

Anahtarın A ve B konumları arasında çalıştırılması, Q’daki çıkışı YÜKSEK’ten DÜŞÜK’e veya DÜŞÜK’ten YÜKSEK’e değiştirir.

İki durumlu bir mandallı(latch) giriş arabirim devresi oluşturmak için çapraz bağlı NAND geçitlerini kullanmanın yanı sıra, aşağıda gösterildiği gibi iki direncin konumunu değiştirerek ve değerlerini 100Ω’ye düşürerek çapraz bağlı NOR geçitlerini de kullanabiliriz .

NOR Kapısı ile Sıçramayı Engellemek

giriş arayüz

Çapraz kuplajlı NOR geçidi geri sıçrama devresinin çalışması, anahtar B konumundayken Q çıkışının YÜKSEK ve A konumundayken DÜŞÜK olması dışında NAND devresiyle aynıdır.

Ardından, giriş arabirimi, geri dönme devreleri olarak kullanmak için bir NAND veya bir NOR mandalı kullanan devrelere geçtiğinde, NAND yapılandırmasının durumu değiştirmek için DÜŞÜK veya mantık “0” giriş sinyali gerektirdiğini, NOR yapılandırmasının ise YÜKSEK veya mantık gerektirdiğini belirtmekte fayda var.

Opto Cihazlarla Arayüz Oluşturma

Bir Optocoupler (veya optoizolatör), aynı pakette kaplanmış bir fotodiyot veya fototransistör gibi bir LED ve ışığa duyarlı cihaza sahip elektronik bir bileşendir. Önceki bir öğreticide incelediğimiz Opto-kuplör, ışığa duyarlı bir optik arayüz aracılığıyla iki ayrı elektrik devresini birbirine bağlar. Bu, biri diğerini elektriksel olarak etkilemeden, farklı voltaj veya güç derecelerine sahip iki devreyi etkili bir şekilde arayüzleyebileceğimiz anlamına gelir.

Optik Anahtarlar (veya opto anahtarlar), giriş arabirimi için kullanılabilecek başka bir optik (foto) anahtarlama cihazı türüdür. Buradaki avantaj, optik anahtarın, mikrodenetleyicilerin, PIC’lerin ve diğer bu tür dijital devrelerin giriş pinlerine zararlı voltaj seviyelerinin giriş arabirimi için veya iki bileşen elektriksel olarak ayrı olduğu, ancak yüksek bir derece sağlayan optik olarak birleştiği için ışık kullanarak nesneleri tespit etmek için kullanılabilmesidir.

Optik anahtarlar, çok çeşitli arabirim uygulamalarında kullanım için çeşitli farklı tür ve tasarımlarda gelir. Opto-anahtarların en yaygın kullanımı, hareketli veya sabit nesnelerin algılanmasıdır. Fototransistör ve fotodarlington konfigürasyonları, foto-anahtarlar için gereken özelliklerin çoğunu sağlar ve bu nedenle en yaygın olarak kullanılanlardır.

Oluklu Optik Anahtar

giriş arayüz

Giriş sinyalini kızılötesi ışık enerjisine dönüştüren bir ışık yayan diyotu (LED) sürmek için genellikle bir DC voltajı kullanılır. Bu ışık, izolasyon aralığının diğer tarafındaki fototransistör tarafından yansıtılır ve toplanır ve bir çıkış sinyaline geri dönüştürülür.

Normal opto-anahtarlar için, LED’in ileri voltaj düşüşü, 5 ila 20 miliamperlik normal giriş akımında yaklaşık 1,2 ila 1,6 volttur. Bu, 180 ile 470Ω arasında bir seri direnç değeri verir.

Oluklu Opto-anahtar Devresi

giriş arayüz

Döner ve oluklu disk optik sensörler, konumsal kodlayıcılarda, şaft kodlayıcılarda ve hatta bilgisayar farenizin döner tekerleğinde yaygın olarak kullanılır ve bu nedenle mükemmel giriş arabirim aygıtları oluşturur. Döner disk, dönme derecesi başına çözünürlüğü temsil eden eşit aralıklı yuvaların sayısı ile opak bir tekerlekten kesilmiş bir dizi yuvaya sahiptir. Tipik kodlanmış diskler, dönüş başına 256 darbeye veya 8 bit çözünürlüğe sahiptir.

Diskin bir dönüşü sırasında, LED’den gelen kızılötesi ışık, yuvadan fototransistöre çarpar ve daha sonra disk dönerken bloke olur, transistörü yuvanın her geçişinde “AÇIK” ve ardından “KAPALI” hale getirir. Direnç R1 LED akımını ayarlar ve çekme direnci(pull-out) R2 besleme gerilimini sağlar, Vcc, transistör “KAPALI” olduğunda DÜŞÜK, mantık “0” çıkışı üreten Schmitt invertörünün girişine bağlanır.

Disk açık bir kesime döndüğünde, LED’den gelen kızılötesi ışık fototransistöre çarpar ve Toplayıcı-Verici terminallerini toprağa kısa devre yapar ve Schmitt invertörüne DÜŞÜK bir giriş üretir ve bu da sırayla YÜKSEK veya mantık “1” verir. İnverter çıkışı bir dijital sayaca veya kodlayıcıya bağlıysa, millerin konumunu belirlemek veya millerin dakikadaki dönüşlerini (rpm) vermek için birim zamandaki mil devir sayısını saymak mümkün olacaktır.

Giriş arabirim anahtarları olarak oluklu opto cihazları kullanmanın yanı sıra, bir nesneyi algılamak için bir LED ve foto cihaz kullanan yansıtıcı optik sensör adı verilen başka bir optik cihaz türü vardır. Yansıtıcı opto anahtarı, algılanan yansıtıcı nesnenin LED’lerinin kızılötesi ışığını yansıtarak (dolayısıyla adı) bir nesnenin yokluğunu veya varlığını algılayabilir. Yansıtıcı bir opto sensörün temel düzeni aşağıda verilmiştir.

Yansıtıcı Optik Anahtar

giriş arayüz

Fototransistör, LED’den tabanına çarpan ışık miktarıyla kontrol edilen çok yüksek bir “KAPALI” direncine (karanlık) ve düşük bir “AÇIK” direncine (ışık) sahiptir. Sensörün önünde herhangi bir nesne yoksa, LED’lerin kızılötesi ışığı tek bir ışın olarak ileri doğru parlayacaktır. Sensörün yakınında bir nesne olduğunda, LED’lerin ışığı geri yansıtılır ve fototransistör tarafından algılanır. Fototransistör tarafından algılanan yansıyan ışığın miktarı ve transistörün doygunluk derecesi, nesnenin ne kadar yakın veya yansıtıcı olduğuna bağlı olacaktır.

Diğer Opto Cihaz Türleri

Devrelerin giriş arabirimi için yarıklı veya yansıtıcı foto anahtarları kullanmanın yanı sıra, foto dirençli ışık dedektörleri, PN bağlantı fotodiyotları ve hatta güneş pilleri gibi diğer yarı iletken ışık dedektörlerini de kullanabiliriz. Tüm bu ışığa duyarlı cihazlar, cihazı etkinleştirmek için güneş ışığı veya normal oda ışığı gibi ortam ışığını kullanır ve bu sayede her türlü elektronik devre ile kolayca arayüz oluşturulabilir.

Normal sinyal ve güç diyotları, hem güvenlik hem de ışık fotonlarının çarpmasını önlemek için plastik bir gövde içinde PN bağlantılarına sahiptir. Bir diyot ters kutuplandığında, yüksek dirençli bir açık anahtar gibi davranarak akımın akışını engeller. Ancak, bu PN bağlantısına bir ışık tutacak olursak, ışık fotonları bağlantıyı açar ve bağlantıdaki ışığın yoğunluğuna bağlı olarak akımın akmasına izin verir.

Fotodiyotlar, ışığın PN bağlantılarına çarpmasına izin veren küçük şeffaf bir pencereye sahip olarak, fotodiyodu son derece ışığa duyarlı hale getirerek bundan yararlanır. Yarı iletken dopingin tipine ve miktarına bağlı olarak, bazı fotodiyotlar görünür ışığa ve bazıları da kızıl ötesi (IR) ışığa tepki verir. Gelen ışık olmadığında, ters akım neredeyse yok denecek kadar azdır ve “karanlık akım” olarak adlandırılır. Işık yoğunluğunun miktarındaki bir artış, ters akımda bir artışa neden olur.

O zaman bir fotodiyotun, ters akımın yalnızca standart bir doğrultucu diyotun tersi olan bir yönde akmasına izin verdiğini görebiliriz. Bu ters akım sadece fotodiyot, karanlık koşullar altında çok yüksek empedanslar ve parlak ışık koşulları altında düşük empedans cihazları olarak hareket eden belirli bir miktarda ışık aldığında akar ve bu nedenle fotodiyot birçok uygulamada yüksek hızlı ışık dedektörü olarak kullanılabilir.

Arayüz Fotodiyotları

giriş arayüz

Soldaki iki temel devrede, fotodiyot, seri direnç boyunca alınan çıkış voltajı sinyali ile direnç üzerinden basitçe ters kutuplanır. Bu direnç, genellikle 10kΩ ila 100kΩ aralığı arasında veya gösterildiği gibi değişken bir 100kΩ potansiyometre olarak sabit bir değerde olabilir. Bu direnç, fotodiyot ile 0v toprak arasına veya fotodiyot ile pozitif Vcc beslemesi arasına bağlanabilir.

BPX48 gibi fotodiyotlar, ışık seviyesindeki değişikliklere çok hızlı tepki verirken, Kadmiyum Sülfit LDR hücresi gibi diğer foto-cihazlara kıyasla daha az hassas olabilirler, bu nedenle bir transistör veya op-amp şeklinde bir çeşit amplifikasyon şekli vardır. Daha sonra fotodiyotun, bağlantısına düşen ışık miktarıyla kontrol edilen değişken dirençli bir cihaz olarak kullanılabileceğini gördük. Fotodiyotlar “AÇIK”tan “KAPALI” duruma geçebilir ve bazen nano saniyeler içinde veya 1 MHz’in üzerindeki frekanslarda çok hızlı bir şekilde geri dönebilir ve bu nedenle optik kodlayıcılarda ve fiber optik iletişimde yaygın olarak kullanılır.

Fotodiyot veya fototransistör gibi PN bağlantı foto cihazlarının yanı sıra, bir PN bağlantısı olmadan çalışan ve ışık yoğunluğundaki değişiklikler veya varyasyonlarla direnç özelliklerini değiştiren başka tür yarı iletken ışık dedektörleri de vardır. Bu cihazlara Işık Bağımlı Dirençler veya LDR’ler denir.

Kadmiyum sülfür (CdS) fotosel olarak da bilinen LDR, görünür ışık yoğunluğuna göre değişen direnci olan pasif bir cihazdır. Hiç ışık olmadığında, iç dirençleri mega-ohm (MΩ) mertebesinde çok yüksektir. Ancak, aydınlatıldığında, güçlü güneş ışığında dirençleri 1kΩ’un altına düşer. Daha sonra ışığa bağımlı dirençler, potansiyometrelere benzer şekilde çalışır, ancak ışık yoğunluğu direnç değerlerini kontrol eder.

LDR Fotodirençlerin Arayüzlenmesi

giriş arayüz

Işığa bağımlı dirençler, ışık şiddetiyle orantılı olarak direnç değerlerini değiştirir. Daha sonra LDR’ler , besleme boyunca bir voltaj bölücü ağ oluşturmak için bir seri direnç R ile kullanılabilir. Karanlıkta LDR’nin direnci, direncin direncinden çok daha büyüktür, bu nedenle LDR’yi beslemeden dirence veya dirençten toprağa bağlayarak, gösterildiği gibi bir ışık dedektörü veya karanlık bir dedektör olarak kullanılabilir.

NORP12 gibi LDR’ler, direnç değerlerine göre değişken bir voltaj çıkışı ürettiğinden, analog giriş arayüz devreleri için kullanılabilirler. Ancak LDR’ler, bir op-amp voltaj karşılaştırıcısının girişi olarak bir Wheatstone Bridge düzenlemesinin parçası olarak veya dijital ve mikro denetleyici giriş devrelerine arabirim oluşturmak için dijital bir sinyal üretmek üzere bir Schmitt tetikleme devresi olarak da bağlanabilir.

Işık seviyesi, sıcaklık veya gerilim için basit eşik dedektörleri, doğrudan bir mantık devresine veya dijital giriş portuna arayüz oluşturmaya uygun TTL uyumlu çıkışlar üretmek için kullanılabilir. Bir op-amp karşılaştırıcısına dayalı ışık ve sıcaklık seviyesi eşik dedektörleri, ölçülen seviye eşik ayarını aştığında veya altına düştüğünde bir mantık “1” veya bir mantık “0” girişi üretir.

Giriş Arabirim Özeti

Giriş ve çıkış cihazlarıyla ilgili bu eğitim bölümünde gördüğümüz gibi, bir veya daha fazla fiziksel özelliği daha sonra uygun bir elektronik, mikro kontrolör veya kontrolör tarafından kullanılabilecek ve işlenebilecek bir elektrik sinyaline dönüştürmek için kullanılabilecek birçok farklı sensör türü vardır.

Sorun, ölçülen hemen hemen tüm fiziksel özelliklerin doğrudan işleme veya yükseltme devresine bağlanamamasıdır. Daha sonra, çok çeşitli farklı analog giriş voltajlarını ve akımlarını bir mikroişlemci dijital devresine arayüzlemek için bir tür giriş arabirim devresi gereklidir.

Günümüzde modern PC’ler, mikrodenetleyiciler, PIC’ler ve bu tür diğer mikroişlemci tabanlı sistemlerle, giriş arabirim devreleri, bu PC tabanlı cihazların çoğunda dahili giriş – çıkış portları bulunduğundan, bu düşük voltajlı, düşük güçlü cihazların dış dünya ile kolayca iletişim kurmasını sağlar.

Sensörlerin, bir tür özelliği elektrik sinyaline dönüştüren ve böylece giriş cihazları olarak işlev gören elektrik bileşenleri olduğunu gördük. Bir elektronik devreye giriş sensörleri eklemek, çevredeki ortam hakkında bilgi sağlayarak yeteneklerini genişletebilir. Ancak sensörler kendi başlarına çalışamazlar ve çoğu durumda arayüz adı verilen bir elektrik veya elektronik devre gereklidir.