Dirençler, elektronik devrelerde akımı sınırlamak, belirli bir seviyede tutmak ve devre elemanlarını aşırı akıma karşı korumak gibi temel görevler üstlenen pasif bileşenlerdir. Bunun yanında gerilim bölme, sinyal seviyelendirme ve elektrik enerjisini ısıya dönüştürme gibi önemli işlevlere de sahiptirler. Ancak dirençler yalnızca sabit değerli elemanlar olarak değil, aynı zamanda çevresel değişimlere tepki verebilen farklı formlarda da karşımıza çıkar. Bu özel direnç türleri, dış ortamdan gelen fiziksel değişimleri algılayarak devrelerde kontrol ve ölçüm yapılmasını kolaylaştırır.
Bu kapsamda, pasif sensör olarak görev yapan direnç türleri arasında termistörler (NTC ve PTC), LDR (ışığa duyarlı direnç) ve VDR (gerilime duyarlı direnç) önemli bir yer tutar. Bu elemanlar, sıcaklık, ışık veya gerilim gibi fiziksel değişkenlere bağlı olarak direnç değerlerini değiştirir ve bu sayede devrelerin çevresel koşullara göre tepki vermesini sağlar.
Termistör, sıcaklığa bağlı olarak direnç değeri değişen yarı iletken devre elemanlarıdır. İsmi, İngilizce “Thermal” (ısı) ve “Resistor” (direnç) kelimelerinin birleşiminden türetilmiştir. Özellikle sıcaklık kontrolü ve ölçümü gerektiren uygulamalarda yaygın olarak kullanılır. Termistörler yalnızca bir sensör gibi çalışmakla kalmaz, aynı zamanda devreden geçen akımı sıcaklığa bağlı olarak düzenleyerek koruma ve dengeleme görevleri de üstlenir.
Termistörler, sıcaklık değişimine verdikleri tepkiye göre iki ana gruba ayrılır: NTC ve PTC. NTC termistörlerde sıcaklık arttıkça direnç değeri azalırken, PTC termistörlerde sıcaklık arttıkça direnç değeri yükselir. Bu özellikleri sayesinde NTC’ler genellikle sıcaklık ölçümü ve hassas algılama uygulamalarında, PTC’ler ise aşırı akım koruması ve devre güvenliği sağlama amacıyla kullanılır.
Sıcaklığa karşı gösterdikleri yüksek hassasiyet sayesinde termistörler; ısı kontrol sistemleri, güç kaynakları, batarya yönetim sistemleri ve otomotiv elektroniği gibi pek çok alanda önemli rol oynar. Bu yönleriyle hem algılama (sensör) hem de koruma elemanı olarak elektronik devrelerin vazgeçilmez bileşenlerinden biridir.
- PTC: Sıcaklık arttıkça direnç değeri artan termistörlerdir. PTC adını “Positive Temperature Coefficient” ifadesinin kısaltmasından alır. Isıyla doğru orantılı olarak direnç değeri değişir.
- NTC: Sıcaklık arttıkça direnç değeri azalan termistörlerdir. NTC adını “Negative Temperature Coefficient” ifadesinin kısaltmasından alır. Isıyla ters orantılı olarak direnç değeri değişir.
NTC ve PTC’lerin sıcaklık(K)-direnç değeri(Ω) karakteristik grafiği şöyledir:
NTC ve PTC termistörlerinin devrelerde yer alan sembol gösterimleri şöyledir:
PTC veya NTC termistörünün bir direnç gibi 2 bağlantı ucu bulunur. Multimetre, Ohmmetre kademesine getirilerek, prob’ları yine bir direncin değerini ölçer gibi bu iki uca tutmak gerekir. Oda sıcaklığında PTC/NTC’nin üzerinde bir direnç değeri okumuş olacağız. Ardından PTC/NTC’yi ısıttığınızda direncinde değişim yaşanacaktır. PTC’lerde bu değer artar, NTC için bu değer azalır. Aksi durumda termistör arızalıdır, diyebiliriz.
Yukarıda yer alan görselde, PTC’nin multimetre ile testinde verdiği tepki gösterilmiştir. NTC’lerde ise durum tersidir. Yani sıcaklık arttıkça direnç değeri düşer.
LDR (Foto Direnç)
LDR (Foto Direnç), ortamın aydınlık seviyesine bağlı olarak direnç değeri değişen yarı iletken bir devre elemanıdır. Işık şiddeti arttıkça direnç değeri azalır, karanlık ortamda ise direnç değeri önemli ölçüde yükselir. LDR ismi, İngilizce “Light Dependent Resistor” (ışığa bağlı direnç) ifadesinin baş harflerinden türetilmiştir. Bu özelliği sayesinde ışık algılama ve buna bağlı kontrol sistemlerinde yaygın olarak kullanılır.
LDR’ler üzerine düşen ışık miktarına göre oldukça geniş bir direnç aralığında çalışır. Yoğun ışık altında direnç değeri genellikle 5Ω–10Ω seviyelerine kadar düşebilirken, tamamen karanlık ortamda bu değer 200MΩ gibi çok yüksek seviyelere çıkabilir. Ancak bu değişim lineer değildir; yani ışık şiddeti arttıkça direnç değeri sabit bir oranda değil, daha karmaşık bir eğriye bağlı olarak azalır. Bu durum, hassas ölçüm uygulamalarında kalibrasyon ihtiyacını ortaya çıkarabilir.
Bu özellikleri sayesinde LDR’ler; otomatik sokak aydınlatmaları, gece lambaları, ekran parlaklık kontrol sistemleri, güvenlik devreleri ve ışığa duyarlı anahtarlama uygulamalarında sıkça tercih edilir. Basit yapıları, düşük maliyetleri ve kolay uygulanabilir olmaları, LDR’leri elektronik projelerde oldukça popüler bir sensör haline getirmektedir. LDR’nin devre şemalarında yer alan sembolü şöyledir:
LDR’lerin ortamdaki ışığın şiddetine göre değişen direnç değeri grafiği ise şöyledir:
LDR’nin yapısında genellikle yarı iletken olarak kadmiyum sülfür (CdS) kullanılır. Yapısı itibariyle yüksek direnç değerine sahip malzemeden üretilen LDR’ler, üzerine düşen enerjili fotonlar değerlik elektron bandında bulunan elektronlara enerjilerini aktarırlar. Böylece bu enerjili elektronların iletken bölgeye geçmelerini sağlarlar.
LDR’ler ışıkla kontrol yapılan elektronik projelerinde ve otomasyon sistemlerinde kullanılır. En çok aydınlatma sektöründe (sokak lambaları vs) kendine yer bulur.
LDR’ler termistörler gibi iki uca sahiptir. LDR’lerin sağlamlık testini gerçekleştirirken multimetreyi ohm kademesine getirmeliyiz. Multimetrenin prop’larını LDR’nin iki ucuna temas ettiririz. Böylece LDR üzerine ışık tutarak, okunan direnç değeri üzerinden sağlamlık tespitini gerçekleştiririz. Özetle LDR’nin ışığı algılayan yüzeyini bir cisimle kapattığınızda sonsuz bir direnç değeri okuyorsanız LDR çalışıyor demektir.
VDR (Gerilime Duyarlı Direnç – Varistör)
VDR’ler, devredeki gerilim dalgalanmalarına karşı korumak için kullanılır. İsmini İngilizce gerilime duyarlı direnç anlamına gelen “Voltage Dependent Resistor” ifadesinin baş harflerinden alır. VDR’nin devrelerdeki sembolü şöyledir:
VDR’ler devreye paralele bağlanır. Gerilim yani voltaj arttığında VDR’nin direnci azaltır. Gerilim düştüğünde ise VDR direncini arttırarak dalgalanmaları sönümler. VDR’ler bu işlemi şu şekilde gerçekleştirir:
Öncelikle VDR gerilimi diye ifade edilen ve ürün üzerinde yazan gerilimin altında VDR hiç akım çekmez. Fakat üzerinde yazan VDR gerilimi aşıldığında direnç özelliği devreye girer. Böylece devreye uygulanan yüksek gerilim sönümlenir. Burada ana hedef devreyi korumaktır. VDR’lere maksimum gerilimin üzerinde bir gerilim verildiğinde patlayabilir.
Aşağıda yer alan grafik, VDR’nin akım-gerilim (Amper-Volt) karakteristiğini göstermektedir:
Grafikte görüldüğü üzere sıkıştırma işlemine kadar gerilime ulaşıldığında, VDR iletken halde değildir. Gerilim ve akım arasında doğrusal bir ilişki olduğunu belirtebiliriz. Bu anda yüksek direnç değeri nedeniyle çok düşük değerli bir kaçak akım VDR’nin içinden geçmektedir. Sıkıştırma geriliminden sonra, iletkenlik durumu VDR’ler tarafından sağlanır. Direncin çok düşük olduğu ve anma geriliminden sonra gerilim sınırlanmaktır. Öte yandan büyük akımın geçiş sağladığını söyleyebiliriz.
Yukarıda yer alan devrede, VDR paralel bağlanmıştır. VDR’ler düşük gerilimde yüksek direnç özelliği gösterdiğinden ötürü, akımı kendi üzerinden geçirmez. Akım devre üzerinden geçer. Yüksek bir gerilim geldiğinde VDR direncini düşürür.
Böylece akım bölünür ve devreye fazla akım geçmesini önleyerek, devreyi korur.
