Ako používať fotorezistory, fotodiódy a fototranzistory

Senzory sú úplne odlišné. Líšia sa zásadou konania, logikou ich práce a fyzickými javmi a množstvami, na ktoré sú schopní reagovať. Svetelné senzory sa nepoužívajú iba v automatických zariadeniach na reguláciu osvetlenia, používajú sa vo veľkom počte zariadení, od napájania po alarmy a zabezpečovacie systémy.

Hlavné typy fotoelektronických zariadení. Všeobecné informácie

Fotodetektor vo všeobecnom zmysle je elektronické zariadenie, ktoré reaguje na zmenu dopadu svetelného toku na jeho citlivú časť. Môžu sa líšiť, pokiaľ ide o štruktúru aj princíp činnosti. Pozrime sa na ne.

Fotorezistory - zmeňte odpor pri osvetlení

Fotorezistor je fotografické zariadenie, ktoré mení vodivosť (odpor) v závislosti od množstva svetla dopadajúceho na jeho povrch. Čím intenzívnejšie vystavenie svetlu citlivá oblasť, tým menší odpor. Toto je jeho schéma.

Skladá sa z dvoch kovových elektród, medzi ktorými je polovodičový materiál. Keď svetelný tok narazí na polovodič, uvoľnia sa v ňom nosiče náboja, čo prispieva k priechodu prúdu medzi kovovými elektródami.

Energia svetelného toku sa vynakladá na prekonanie medzery v pásme elektrónmi a na ich prechod do vodivého pásma. Ako polovodič používajú fotovodiče materiály, ako sú: kadmium sulfid, olovo sulfid, kadmium seleničitan a ďalšie. Spektrálna charakteristika fotorezistora závisí od typu tohto materiálu.

Aj zázrak:

Spektrálna charakteristika obsahuje informácie o tom, ktoré vlnové dĺžky (farba) svetelného toku sú najcitlivejšie na fotorezistor. V niektorých prípadoch je potrebné starostlivo zvoliť žiarič s vhodnou vlnovou dĺžkou, aby sa dosiahla najvyššia citlivosť a pracovná efektívnosť.

Fotorezistor nie je navrhnutý tak, aby presne meral osvetlenie, ale skôr aby určoval prítomnosť svetla, podľa jeho odčítania môže byť prostredie detegované svetlejšie alebo tmavšie. Prúdovo-napäťová charakteristika fotorezistora je nasledovná.

Zobrazuje závislosť prúdu od napätia pre rôzne hodnoty svetelného toku: Ф - tma a Ф3 - to je jasné svetlo. Je lineárna. Ďalšou dôležitou charakteristikou je citlivosť, ktorá sa meria v mA (μA) / (Lm * V). Odráža to, koľko prúdu preteká odporom, s určitým svetelným tokom a aplikovaným napätím.

Odolnosť proti tme je aktívny odpor pri úplnej absencii osvetlenia, označuje sa RT a charakteristickým RT / Rb je rýchlosť zmeny odporu zo stavu fotorezistora pri úplnej absencii osvetlenia na maximálny osvetlený stav a minimálny možný odpor.

Fotorezistory majú výraznú nevýhodu - jej medznú frekvenciu. Táto hodnota popisuje maximálnu frekvenciu sínusového signálu, s ktorým modelujete svetelný tok, pri ktorom sa citlivosť znižuje 1,41-krát. V príručkách sa to odráža buď hodnotou frekvencie, alebo časovou konštantou. Odráža rýchlosť zariadení, ktoré zvyčajne trvajú desiatky mikrosekúnd - 10 ^ (- 5) s. To vám neumožňuje používať ho tam, kde potrebujete vysoký výkon.

Fotodióda - prevádza svetlo na elektrický náboj

Fotodióda je prvok, ktorý prevádza svetlo vstupujúce do citlivej oblasti na elektrický náboj. Je to tak preto, že počas ožarovania v križovatke pn sa vyskytujú rôzne procesy spojené s pohybom nosičov náboja.

Ak sa vodivosť na fotorezistore zmenila v dôsledku pohybu nosičov náboja v polovodiči, potom sa na hranici spojenia pn vytvorí náboj. Môže pracovať v režime fotokonvertora a fotogenerátora.

Štruktúra je rovnaká ako pri konvenčnej dióde, na jej prípade je však okno na priechod svetla. Navonok prichádzajú v rôznych prevedeniach.

Fotodiódy čierneho tela prijímajú iba infračervené žiarenie. Čierny povlak je niečo ako tónovanie. Filtruje IČ spektrum, aby sa vylúčila možnosť spustenia žiarenia iných spektier.

Fotodiódy, ako fotorezistory, majú medznú frekvenciu, iba tu je rádovo väčší a dosahuje 10 MHz, čo umožňuje dobrý výkon. Fotodiódy P-i-N majú vysokú rýchlosť - 100 MHz - 1 GHz, ako diódy založené na Schottkyho bariére. Lavínové diódy majú medznú frekvenciu asi 1-10 GHz.

V režime fotokonvertora takáto dióda funguje ako kľúč ovládaný svetlom, preto je zapojená do obvodu v predsunutom predpätí. To znamená, katóda k bodu s pozitívnejším potenciálom (plus) a anóda k negatívnejšiemu potenciálu (mínus).

Ak dióda nie je osvetlená svetlom, tečie iba reverzný prúd Iobrt tmavého prúdu (jednotky a desiatky μA) a keď svieti dióda, pridá sa k nej fotoprúd, ktorý závisí iba od stupňa osvetlenia (desiatky mA). Čím viac svetla, tým viac prúdu.

Fotoprúd, ak sa rovná:

Iph = Sint * F,

kde Sint je integrálna citlivosť, Ф je svetelný tok.

Typická schéma na zapnutie fotodiódy v režime fotokonvertora. Venujte pozornosť tomu, ako je pripojené - v opačnom smere vzhľadom na zdroj energie.

Ďalším režimom je generátor. Keď svetlo vstúpi do fotodiódy, na jeho svorkách sa generuje napätie, zatiaľ čo skratové prúdy v tomto režime sú desiatky ampér. Pripomína to prevádzka solárnych článkovale majú nízky výkon.

Fototranzistory - otvorené podľa množstva dopadajúceho svetla

Fototranzistor je neoddeliteľnou súčasťou bipolárny tranzistor ktoré má namiesto základného výstupu okno, do ktorého má svetlo vstúpiť. Princíp činnosti a dôvody tohto účinku sú podobné ako pri predchádzajúcich zariadeniach. Bipolárne tranzistory sú riadené množstvom prúdu, ktorý tečie cez základňu, a fototranzistory, analogicky, sú riadené množstvom svetla.

UGO niekedy ešte stále zobrazuje výstup zo základne. Všeobecne je napätie dodávané do fototranzistora, ako aj do zvyčajného, ​​a druhá možnosť sa zapína s plávajúcou základňou, keď základný výstup zostane nevyužitý.

Do obvodu sú tiež zahrnuté fototranzistory.

Alebo vymeňte tranzistor a odpor v závislosti od toho, čo presne potrebujete. V neprítomnosti svetla tečie cez tranzistor tmavý prúd, ktorý sa vytvára zo základného prúdu, ktorý si môžete sami nastaviť.

Po nastavení požadovaného základného prúdu môžete nastaviť citlivosť fototranzistora výberom jeho základného odporu. Týmto spôsobom je možné zachytiť aj najmenšie svetlo.

V sovietskych časoch rádioamatéri vyrábali fototranzistory vlastnými rukami - urobili okno na svetlo a časť puzdra prerušili konvenčným tranzistorom. Z tohto dôvodu sú tranzistory ako MP14-MP42 vynikajúce.

Z charakteristiky prúd-napätie je viditeľná závislosť fotoprúdu od osvetlenia, zatiaľ čo prakticky nezávisí od napätia kolektor-emitor.

Okrem bipolárnych fototranzistorov existujú aj poľné. Bipolárne kmitočty pracujú pri frekvenciách 10 - 100 kHz, potom tie poľné sú citlivejšie. Ich citlivosť dosahuje niekoľko ampérov na lúmen a rýchlejšia - až do 100 MHz. Tranzistory s poľným efektom majú zaujímavú vlastnosť: pri maximálnych hodnotách svetelného toku, hradlové napätie takmer neovplyvňuje odtokový prúd.

Rozsah fotoelektronických zariadení

Najprv by ste mali zvážiť známe možnosti ich použitia, napríklad automatické zahrnutie svetla.

Schéma znázornená vyššie je najjednoduchším zariadením na zapínanie a vypínanie bremena za určitých svetelných podmienok. Fotodióda FD320 Keď do nej vstúpi svetlo, určité napätie sa otvorí a R1 klesne o určité napätie, keď jeho hodnota je dostatočná na otvorenie tranzistora VT1 - otvorí a otvorí ďalší tranzistor - VT2. Tieto dva tranzistory sú dvojstupňový prúdový zosilňovač, potrebný na napájanie relé cievky K1.

Dióda VD2 - potrebná na potlačenie vlastnej indukcie EMF, ktorá sa vytvára pri prepínaní cievky. Jeden z drôtov zo záťaže je pripojený na vstupnú svorku relé, horný podľa schémy (pre striedavý prúd - fázový alebo nulový).

Normálne máme zatvorené a otvorené kontakty, ktoré sú potrebné buď na výber obvodu, ktorý sa má zapnúť, alebo na výber, či sa má zapnúť alebo vypnúť záťaž zo siete, keď sa dosiahne požadované osvetlenie. Potenciometer R1 je potrebný na nastavenie zariadenia tak, aby pracovalo na správnom množstve svetla. Čím väčší je odpor, tým menej svetla je potrebné na zapnutie obvodu.

Variácie tejto schémy sa používajú vo väčšine podobných zariadení av prípade potreby pridávajú určitú skupinu funkcií.

Okrem zapínania svetelného zaťaženia sa takéto fotodetektory používajú v rôznych riadiacich systémoch, napríklad sa na turniketoch metra často používajú fotorezistory na detekciu neoprávneného (zajacého) kríženia turniketu.

Keď sa v tlačiarni zlomí pás papiera, svetlo vstúpi do fotodetektora, a preto o tom vydá operátorovi signál. Emitor je na jednej strane papiera a fotodetektor je na zadnej strane. Keď je papier roztrhaný, svetlo z emitora dosiahne fotodetektor.

V niektorých typoch alarmov sa ako senzory pre vstup do miestnosti používajú emitor a fotodetektor a infračervené zariadenia sa používajú tak, aby žiarenie nebolo viditeľné.

Pokiaľ ide o IČ spektrum, nemôžete spomenúť televízny prijímač, ktorý pri prepínaní kanálov prijíma signály z IR LED na diaľkovom ovládači. Informácie sú kódované špeciálnym spôsobom a televízor chápe, čo potrebujete.

Informácie, ktoré sa predtým prenášali cez infračervené porty mobilných telefónov. Prenosová rýchlosť je obmedzená spôsobom postupného prenosu, ako aj princípom činnosti samotného zariadenia.

Počítačové myši tiež používajú technológiu spojenú s fotoelektronickými zariadeniami.

Žiadosť o prenos signálu v elektronických obvodoch

Optoelektronické zariadenia sú zariadenia, ktoré kombinujú vysielač a fotodetektor v rovnakom puzdre, ako sú zariadenia opísané vyššie. Sú potrebné na pripojenie dvoch obvodov elektrického obvodu.

Je to potrebné na galvanické oddelenie, rýchly prenos signálu, ako aj na pripojenie jednosmerných a striedavých obvodov, napríklad v prípade riadenia triaku v obvode 220 V 5 V so signálom z mikrokontroléra.

Majú grafické označenie, ktoré obsahuje informácie o type prvkov použitých vo vnútri optočlenu.

Zvážte niekoľko príkladov použitia takýchto zariadení.

Ovládanie triaku pomocou mikrokontroléra

Ak navrhujete tyristor alebo triak prevodník, narazíte na problém. Po prvé, ak prechod na riadiacom výstupe preruší - ku kolíku mikroradiča vysoký potenciál klesne a druhý zlyhá. Na tento účel boli vyvinuté špeciálne ovládače s prvkom nazývaným optosymistor, napríklad MOC3041.

Spätná väzba optočlánov

Pri stabilizovaných spínacích zdrojoch je potrebná spätná väzba. Ak vylúčime galvanické oddelenie v tomto obvode, potom v prípade zlyhania niektorých komponentov v obvode OS sa na výstupnom obvode objaví vysoký potenciál a pripojené zariadenie zlyhá, nehovorím o tom, že môžete byť šokovaní.

V konkrétnom príklade vidíte implementáciu takého OS z výstupného obvodu do vinutia (riadenia) spätnej väzby tranzistora pomocou optočlenu so sériovým označením U1.

zistenie

Foto a optoelektronika sú veľmi dôležité oddiely v elektronike, ktoré výrazne zlepšili kvalitu zariadenia, jeho náklady a spoľahlivosť. Použitím optočlenu je možné vylúčiť použitie izolačného transformátora v takýchto obvodoch, čo znižuje celkové rozmery. Niektoré zariadenia sa navyše jednoducho nedajú implementovať bez týchto prvkov.