Yapay zekadan makale özeti
- Kısa
- Ayrıntılı
- Bu video, bir konuşmacının fotodiyotlar hakkında detaylı bilgiler sunduğu eğitim içeriğidir. Konuşmacı, daha önce çektiği bir kamera projesi için fotodiyotlar hakkında kapsamlı bilgiler vermektedir.
- Video, fotodiyotların ne olduğu, çeşitleri, kılıf yapıları, kuantum verimliliği, duyarlılık, kazanç, doğrusallık ve gürültü gibi temel özelliklerini ele almaktadır. Ardından fotodiyotlardaki gürültü kavramları, dalga boyu bağımlılıkları ve farklı element yapısına sahip fotodiyotların algılama aralıkları incelenmektedir. Son bölümde ise fotodiyotların test programlama ve fotovoltaik kullanım modları detaylı olarak açıklanmaktadır.
- Videoda ayrıca fotodiyotların doğru kullanım koşulları, soğutma yöntemleri, tepki süreleri ve devre üzerindeki kullanım modları hakkında pratik bilgiler de paylaşılmaktadır. Konuşmacı, Almanya'da bir firmaya sattığı analog linescan kamera devresinin etiket matbaalarında kalite kontrolü için nasıl kullanıldığını da göstermektedir.
- 01:28Fotodiyot Nedir ve Kullanım Alanları
- Fotodiyotlar, birim alandaki saniye başına düşen fotonları (foton akısı) akıma ve gerilime dönüştüren yarı iletken optik devre elemanlarıdır.
- Fotodiyotun ışığa duyarlı yüzeyi, ışık maruz kaldığında akım ve voltaj oluşmasına neden olur.
- Fotodiyotlar, optik filtreler, dahili optik lensler, gürültü önleyici ve akım sınırlayıcı devreler içerebilir.
- 03:43Fotodiyot Çeşitleri
- İlk üretilen PN fotodiyotlar düşük performanslı olup günümüzde en yaygın olarak kullanılmaktadır.
- Silikon yapılı çığ fotodiyotlar sürülmesi zordur ve spesifik projelerde kullanılır.
- Single Avalanche Photodiyot (SASP) düşük ışık ortamlarında yüksek kazanç elde etmek için kullanılır, ancak yüksek gürültü ile başa çıkılabilir.
- Shot Bi fotodiyotlar yüksek bant aralığına sahip olup optik iletişim sistemlerinde kullanılır.
- 04:45Fotodiyot Kılıf Yapıları ve Seçimi
- Doğrusal olmayan ışık koşullarında mercek yapılı 3 mm veya 5 mm mercekli fotodiyot tercih edilmelidir.
- Doğrusal ışık koşullarında SMD fotodiyot daha mantıklıdır.
- Bazı fotodiyotlar dahili bandpass filtresi içerir ve spektral salınımlar hazır yapılı paketlerde bulunabilir.
- IR filtre ile bloke edilmiş fotodiyotlar, IR filtre içerisinde zaten filtrelenmiş hazır yapı sunar.
- 07:28Fotodiyotların Sürülmesi ve Soğutulması
- Fotodiyotların sürülmesi sırasında ışığın kırılması, PCB kartın asıl bir noktaya yakın olması ve gürültü oluşturmasına dikkat edilmelidir.
- Fotodiyotların mümkün olduğunca soğutulması gerekir.
- İmaj sensörlerinde alüminyum soğutucu ve kat filtre gibi soğutma yöntemleri kullanılır.
- Termal ısı ile başa çıkmak için PCB'nin yerleşim yapısı ve asemler yapısı hesaplanmalıdır, aksi takdirde verimlilikte ciddi kayıp olur.
- 09:14Fotodiyotlarda Kuantum Verimliliği
- Fotodiyotun kuantum verimliliği, ışık enerjisini elektrik enerjisine dönüştürme kabiliyetidir.
- Fotodiyotun N bölgesindeki serbest elektron ve P bölgesindeki deliklerin (hol) sayısı kuantum verimliliğine en etkin rol oynar.
- Fotodiyotun ışık kaynağı altında serbest elektronların yarı iletkenin üzerindeki delikler ile birleşmesiyle iletken duruma geçmesi sağlanır.
- Fotodiyotların kuantum verimliliğinde etken teşkil eden diğer bir durum fotonların emilim katsayısıdır ve bu emilim substrat gofret katmanlarının kalınlığına göre değişir.
- 11:43Fotodiyotlarda Doğrusallık ve Yaşlanma
- Bir fotodiyotta hız, doğrusallık ve kazanç üç önemli faktördür.
- Doğrusallık, fotodiyotun ömrüdür ve optik giriş gücü ile çıkış elektrik akımının orantılı olduğu anlamına gelir.
- Bir miliwatt kazançtan daha fazla çalışma koşullarına maruz kalan bin fotodiyotlar altı yıl sonunda doğrusallıklarını önemli ölçüde yitirir, normal koşullarda ise dokuz yıl sonra doğrusallığını kaybedecektir.
- Fotodiyotların yaşlanması, maruz kaldıkları ışıkla ve kullanım modunda oluşan termal ısı ile doğrudan alakalıdır.
- 13:57Fotodiyotlarda Gürültü
- Fotodiyotlarda gürültü, üretilirkenki kalitesi, çalışma ortamı ve akım harmonikleri gibi etkenlerden kaynaklanabilir.
- Gürültü, kontrol edilebilen ve kontrol edilemeyen birçok faktörden oluşabilir.
- Endüstri ortamında düşük verimlilikte sistemler kullanılırken, yüksek verimli sistemler daha çok uzay ve havacılıkta kullanılır.
- 15:10Fotodiyotlarda Gürültü Türleri
- Fotodiyotlarda optik yoğunluk gürültüsü, ilk ışınım absorlamasından foton ile elektron ayrı bulunduğu kuantum etkisi gürültüsüdür.
- Karanlık akım gürültüsü, fotodiyotlarda karanlık ortamlarda bile ters yönde akan bir akım değeri oluşmasından kaynaklanır ve foto-iletken mod kullanımında tersten verilen voltaj ve fotodiyot ısısı üzerinde büyük etkisi vardır.
- Termal gürültü (Johnson veya Nikos gürültüsü), elektron yoğunluğuna bağlı tema dalgalanmalardan kaynaklanır ve daha fazla ışığa maruz kalma veya tersten akım geçirme durumunda artar.
- 16:31Üretim ve Kombinasyon Gürültüsü
- Pin foto diyotlarda ışık kaynağı ile birlikte fotonlar, n tipi yarı iletkenlerdeki serbest elektronlar ve p tipi yarı iletkenlerdeki boşluklar birleşerek yayılım bölgesindeki donör atomları pozitif iyon, akseptör atımları ise negatif iyonuna dönüşür.
- Bu birleşme sürecinin sürekli başlayıp bitmesi üretim rekombinasyon gürültüsüne sebep olur ve asıl sebebi spektral salınımlar ve dalgalanmalardır.
- Fotodiyotlardaki gürültü kaynakları iki kısma ayrılır: optik gürültü kaynakları ve fotodiyodun iç yapısı, çalışma koşulları ile alakalı gürültüler.
- 17:30Ölçüm Sistemleri ve Fotodiyot Üretimi
- Gürültü kaynaklarına sebep olan etkenleri tespit etmek zordur çünkü ölçme sistemleri makro yapıya indirgenecek kadar gelişmemiştir.
- Fotodiyot üretilirken p-n bölgelerinin ayrı ayrı üretilip birleştirilmediği, zıt çalışma koşulları istendiği ve farklı üretim teknikleri ile aynı anda üretilip farklı görevlerinin verilmesi sonucu gürültüye sebep olan bir etken olabilir.
- Fotodiyotların dalga boyu bağımlılıkları, spektral salınımların farklılık göstermesinden kaynaklanabilir; örneğin bulutlu havada bir yüzeyin UV, IR ve visible ışık dalgalanmalarına maruz kalması stabil değildir.
- 21:00Fotodiyotların Dalga Boyu Bağımlılıkları
- Fotodiyotların dalga boyu bağımlılığı, ışık kaynakları ile meydana getirdiği elektro-foton akımları değişkendir ve bu değişikliğe sebep olan iki faktör vardır: doğrusallık ve dalga boyu.
- Fotodiyotların dalga boyu duyarlılığını etkileyen en önemli faktör p-n levhalarının kalınlığı ve ona yakınlığıdır.
- Piyasada fotodiyotlardan dört tane beklenti olabilir: 400 nanometrenin altını algılamak için galyum arsenid fotodiyotlar, 380-1100 nanometre arasında algılama için silikon yapılı fotodiyotlar, 1700 nanometreyi görmek için indium galyum arsenit fotodiyotlar ve 2,20-3,60 mikron (3600 nanometre) aralığında indium arsenik fotodiyotlar.
- 25:00Fotodiyotların Işık Duyarlılığı ve Tepki Süreleri
- Fotodiyot, maruz kaldığı ışığa duyarlı alanda maruz kaldığı zaman bir yükselme meydana gelir ve bu ilk reaksiyonda gösterdiği tepki süresidir.
- Fotodiyotun ışığın gücüne cevap verme süresi, ışığın spektral dalga boyu ile bağlantılıdır ve ışığa duyarlı bölgede depresyon region her bir fotona maruz kalma sonucunda meydana getirdiği elektro-foton üretim hızıdır.
- Fotodiyotların tepki süreleri nano saniye cinsindendir, genelde silikon yapılı pin foto diyotlarda 20 nano saniyedir, ancak ADC, opampa ve komparatör gibi devrelerin hızı bu tepki süresini karşılayamayabilir.
- 28:44Foto Diyotların Kullanım Modları
- Foto diyotlar test programlama test piyasası altında kullanılmakta ve fotovoltaik kullanım modu da bulunmaktadır.
- Fotovoltaik modda foto diyot ışığa maruz kaldığında PN uçlarında gerilim üretilir; P ucunda pozitif, N ucunda negatif voltaj oluşur.
- Fotovoltaik mod, ışık kaynağının gücüne bağımlılığı doğrusal olmamakla birlikte hız performansı düşüktür ve düşük ışık yoğunluğu bulunan uygulamalarda tercih edilir.
- 29:33Foto İletken Mod
- Foto iletken modda fototekte ters bir gerilim uygulanır ve ortaya çıkan foto akım geçirgenliği ölçülür.
- Bu yöntem diğerinden daha doğrusaldır ve foto direnç kullanımına benzer, ancak ışık ile birlikte fotodiyotun iç direnci azalır ve iletken duruma geçer.
- Uygulanan test voltajı ve test PS akımın fotodiyotun kazancı üzerinde hiçbir etkisi yoktur.
- 30:52Foto Diyotların Özellikleri
- Foto diyotun ışık algılama yüzeyi geniş ise hızı düşük olacaktır, daha fazla ısınmasına ve daha geç boşalmasına sebep olur.
- Foto iletken modda verilen ters voltajın oranı, kullanılan foto diyotun yapısına göre spektral dalga boyundaki spektrumun başlangıç ve bitiş spektral alanlarına doğrudan etki eder.
- Aynı seri üretim hattındaki hiçbir fotodiyo birebir aynı çıktıyı vermez, çok küçük sapmalar gözlemlenebilir.
- 32:16Foto Diyotların Bağlantıları
- Foto diyotların çoklu kombine bağlantısı önemlidir; seri kombinasyonda bağlanır ise çıkış gerilimi artar, paralel kombinasyonda ise akım değeri artar.
- Foto iletken bağlantılı fotokondüktif modda kullanılacak opamp işlemsel kuvvetlendiricinin parametreleri ve kullanılan fotodiyotun karakteristikleri sonuç üzerinde etkili bir rol oynar.
- 32:55Pratik Uygulama
- ADC-804 dijital konverter ile fotodiyot bağlantısı yapılarak, potansiyometre ile ayarlanarak ışığa duyarlı bir sistem oluşturulmuştur.
- Bu sistem, ışığa duyarlı alanı geniş olsa da hızı düşüktür, ancak pratikte bu hız farkı röle gibi cihazların reaksiyon süresini karşılayacak seviyede değildir.
- Bu devre, etiket matbaalarda etiketlerin kesilme kalitesini kontrol etmek için bir firma tarafından satın alınmıştır.
- 38:22Sistem Çalışma Prensibi
- Sistemde LED çıkışlarından alınan veriler pot ile ayarlanır ve BPW-34 foto diyotu ile ışık algılama yapılır.
- Ortam, ışık koşulları ve farklı açılardan gelen ışığın kırılması gibi ayarlamalar kullanıcı tarafından yapılır.
- Sistem, etiketin olmadığı kısımda çıkış işlemini gerçekleştirir ve etiketin olduğu kısımlarda ve araları bile algılar.