Jak používat fotorezistory, fotodiody a fototranzistory

Senzory jsou zcela odlišné. Liší se zásadou jednání, logikou své práce a fyzickými jevy a množstvími, na které jsou schopni reagovat. Světelné senzory se nepoužívají pouze v automatických zařízeních pro ovládání osvětlení, ale také ve velkém počtu zařízení, od napájecích zdrojů po alarmy a zabezpečovací systémy.

Hlavní typy fotoelektronických zařízení. Obecné informace

Fotodetektor v obecném smyslu je elektronické zařízení, které reaguje na změnu v dopadu světelného toku na jeho citlivou část. Liší se jak strukturou, tak způsobem, jakým pracují. Podívejme se na ně.

Fotorezistory - změňte odpor při osvětlení

Fotorezistor je fotografické zařízení, které mění vodivost (odpor) v závislosti na množství dopadajícího světla na jeho povrch. Čím intenzivnější světelná expozice citlivá oblast, menší odpor. Zde je jeho schéma.

Skládá se ze dvou kovových elektrod, mezi nimiž je polovodičový materiál. Když světelný tok narazí na polovodič, uvolní se v něm nosiče náboje, což přispívá k průchodu proudu mezi kovovými elektrodami.

Energie světelného toku je utracena na překonání mezery v pásmu elektronů a jejich přechodu do vodivého pásma. Jako polovodič používají fotovodiče materiály jako: kadmium sulfid, olovo sulfid, kadmium selenit a další. Spektrální charakteristika fotorezistoru závisí na typu tohoto materiálu.

Zajímavé:

Spektrální charakteristika obsahuje informace o tom, které vlnové délky (barva) světelného toku jsou nejcitlivější na fotorezistor. V některých případech je nutné pečlivě vybrat světelný zdroj vhodné vlnové délky, aby se dosáhlo co největší citlivosti a efektivity práce.

Fotorezistor není určen k přesnému měření osvětlení, ale spíše k určení přítomnosti světla, podle jeho odečtů může být prostředí detekováno světlejší nebo tmavší. Proud-napěťová charakteristika fotorezistoru je následující.

Zobrazuje závislost proudu na napětí pro různé hodnoty světelného toku: Ф - tma a Ф3 - toto je jasné světlo. Je lineární. Další důležitou charakteristikou je citlivost, která se měří v mA (μA) / (Lm * V). To odráží, jak velký proud protéká rezistorem, s určitým světelným tokem a přivedeným napětím.

Tmavý odpor je aktivní odpor při úplné absenci osvětlení, je označován RT a charakteristickým RT / Rb je rychlost změny odporu ze stavu fotorezistoru při úplné absenci osvětlení na maximální osvětlený stav a minimální možný odpor.

Fotorezistory mají výraznou nevýhodu - její mezní frekvenci. Tato hodnota popisuje maximální frekvenci sinusového signálu, s nímž modelujete světelný tok, při kterém se citlivost snižuje 1,41krát. V referenčních knihách se to odráží buď podle hodnoty frekvence, nebo prostřednictvím časové konstanty. Odráží rychlost zařízení, která obvykle trvá desítky mikrosekund - 10 ^ (- 5) s. To vám neumožňuje použít jej tam, kde potřebujete vysoký výkon.

Fotodioda - přeměňuje světlo na elektrický náboj

Fotodioda je prvek, který přeměňuje světlo vstupující do citlivé oblasti na elektrický náboj. Je tomu tak proto, že během ozařování v pn křižovatce dochází k různým procesům spojeným s pohybem nosičů náboje.

Pokud se vodivost na fotorezistoru změnila v důsledku pohybu nosičů náboje v polovodiči, vytvoří se na hranici pn křižovatky náboj. Může pracovat v režimu fotokonvertoru a generátoru fotografií.

Struktura je stejná jako běžná dioda, ale na jejím případě je okno pro průchod světla. Navenek přicházejí v různých provedeních.

Fotodiody černého těla přijímají pouze infračervené záření. Černý povlak je něco jako tónování. Filtruje IČ spektrum, aby se vyloučila možnost spuštění záření jiných spekter.

Fotodiody, stejně jako fotorezistory, mají mezní frekvenci, pouze zde je řádově větší a dosahuje 10 MHz, což umožňuje dobrý výkon. Fotodiody P-i-N mají vysokou rychlost - 100 MHz-1 GHz, jako diody založené na Schottkyho bariéře. Lavinové diody mají mezní frekvenci asi 1-10 GHz.

V režimu fotokonvertorů funguje taková dioda jako klíč ovládaný světlem, proto je připojena k obvodu v předpětí. To znamená, katoda k bodu s pozitivnějším potenciálem (plus) a anoda k negativnějšímu potenciálu (mínus).

Pokud není dioda osvětlena světlem, proudí pouze zpětný proud Iobrt v temném proudu (jednotky a desítky μA), a když svítí dioda, přidá se k ní fotoproud, který závisí pouze na stupni osvětlení (desítky mA). Čím více světla, tím více proudu.

Fotoproud Pokud se rovná:

Iph = Sint * F,

kde Sint je integrální citlivost, Ф je světelný tok.

Typické schéma pro zapnutí fotodiody v režimu fotokonvertoru. Věnujte pozornost tomu, jak je připojeno - v opačném směru vzhledem ke zdroji energie.

Dalším módem je generátor. Když světlo vstoupí do fotodiody, generuje se na jeho svorkách napětí, zatímco zkratové proudy v tomto režimu jsou desítky ampér. Připomíná to provoz solárních článkůale mají nízkou sílu.

Fototranzistory - otevřené podle množství dopadajícího světla

Fototranzistor je ze své podstaty bipolární tranzistor které místo základního výstupu má okno pro případ, že tam světlo vstoupí. Princip činnosti a důvody tohoto účinku jsou podobné jako u předchozích zařízení. Bipolární tranzistory jsou řízeny množstvím proudu protékajícího základnou a fototranzistory analogicky jsou řízeny množstvím světla.

Někdy UGO stále ještě zobrazuje výstup základny. Obecně je napětí dodáváno do fototranzistoru i do obvyklého a druhá varianta se zapíná s plovoucí základnou, když základní výstup zůstává nevyužitý.

Do obvodu jsou rovněž zahrnuty fototranzistory.

Nebo vyměňte tranzistor a rezistor v závislosti na tom, co přesně potřebujete. V nepřítomnosti světla protéká tranzistor tmavý proud, který je tvořen základním proudem, který si můžete sami nastavit.

Nastavením požadovaného základního proudu můžete nastavit citlivost fototranzistoru výběrem jeho základního odporu. Tímto způsobem lze zachytit i nejslabší světlo.

V sovětských dobách radioamatéři vyráběli fototranzistory vlastníma rukama - vytvořili okno na světlo a část skříňky odřízli konvenčním tranzistorem. Z tohoto důvodu jsou tranzistory jako MP14-MP42 vynikající.

Z charakteristiky proud-napětí je patrná závislost fotoproudu na osvětlení, zatímco je prakticky nezávislá na napětí kolektor-emitor.

Kromě bipolárních fototranzistorů existují i ​​polní. Bipolární fungují při frekvencích 10 - 100 kHz, poté jsou pole citlivější. Jejich citlivost dosahuje několik ampér na lumen a více „rychlejší“ - až do 100 MHz. Tranzistory s efektem pole mají zajímavou vlastnost: při maximálních hodnotách světelného toku, hradlové napětí téměř neovlivňuje odtokový proud.

Rozsah fotoelektronických zařízení

Nejprve byste měli zvážit známější možnosti jejich aplikace, například automatické začlenění světla.

Výše uvedený diagram je nejjednodušším zařízením pro zapnutí a vypnutí zátěže za určitých světelných podmínek. Fotodioda FD320 Když světlo vstoupí, určité napětí se otevře a R1 klesne o určité napětí, když jeho hodnota je dostatečná pro otevření tranzistoru VT1 - otevře a otevře další tranzistor - VT2. Tyto dva tranzistory jsou dvoustupňový proudový zesilovač, který je nezbytný pro napájení relé cívky K1.

Dioda VD2 - potřebná k potlačení vlastní indukce EMF, která se vytváří při přepínání cívky. Jeden z vodičů ze zátěže je připojen ke vstupní svorce relé, horní podle schématu (pro střídavý proud - fáze nebo nula).

Normálně máme uzavřené a otevřené kontakty, které jsou potřebné buď k výběru obvodu, který má být zapnut, nebo k výběru zapnutí nebo vypnutí zátěže ze sítě, když je dosaženo požadovaného osvětlení. Potenciometr R1 je potřebný k nastavení zařízení tak, aby pracovalo na správném množství světla. Čím větší je odpor, tím méně světla je potřeba k zapnutí obvodu.

Varianty tohoto schématu se používají ve většině podobných zařízení a v případě potřeby přidávají určitou sadu funkcí.

Kromě zapnutí světelného zatížení se takové fotodetektory používají v různých řídicích systémech, například se na turniketech metra často používají fotorezistory k detekci neoprávněného (zajíce) křížení turniketu.

V tiskárně, když se pruh papíru rozbije, světlo vstoupí do fotodetektoru, a tím dává operátorovi signál o tom. Emitor je na jedné straně papíru a fotodetektor je na zadní straně. Když je papír roztrhán, světlo z emitoru dosáhne fotodetektoru.

V některých typech poplachů se jako senzory pro vstup do místnosti používají emitor a fotodetektor a infračervená zařízení se používají tak, aby záření nebylo vidět.

Pokud jde o IČ spektrum, nelze zmínit televizní přijímač, který při přepínání kanálů přijímá signály z IR LED na dálkovém ovladači. Informace jsou kódovány zvláštním způsobem a televizor chápe, co potřebujete.

Informace dříve přenášené přes infračervené porty mobilních telefonů. Přenosová rychlost je omezena jak sekvenčním způsobem přenosu, tak principem činnosti samotného zařízení.

Počítačové myši také používají technologii spojenou s fotoelektronickými zařízeními.

Aplikace pro přenos signálu v elektronických obvodech

Optoelektronická zařízení jsou zařízení, která kombinují vysílač a fotodetektor ve stejném pouzdru, jako jsou zařízení popsaná výše. Jsou potřeba k propojení dvou obvodů elektrického obvodu.

To je nezbytné pro galvanické oddělení, rychlý přenos signálu a také pro připojení stejnosměrných a střídavých obvodů, jako je tomu v případě triakové regulace v obvodu 220 V 5 V se signálem z mikrokontroléru.

Mají grafické označení, které obsahuje informace o typu prvků použitých uvnitř optočlenu.

Zvažte několik příkladů použití takových zařízení.

Ovládání triaku pomocí mikrokontroléru

Pokud navrhujete tyristor nebo triak konvertor, narazíte na problém. Za prvé, pokud přechod na ovládacím výstupu prorazí - na čep mikrokontroléru vysoký potenciál klesne a druhý selže. Za tímto účelem byly vyvinuty speciální ovladače s prvkem nazývaným optosymistor, například MOC3041.

Zpětná vazba optočlánů

U stabilizovaných spínacích zdrojů je vyžadována zpětná vazba. Pokud vyloučíme galvanické oddělení v tomto obvodu, pak v případě selhání některých komponent v obvodu OS se na výstupním obvodu objeví vysoký potenciál a připojené zařízení selže, nemluvím o skutečnosti, že můžete být šokováni.

V konkrétním příkladu vidíte implementaci takového OS z výstupního obvodu do zpětného vinutí (řízení) tranzistoru pomocí optočlenu se sériovým označením U1.

Závěry

Foto a optoelektronika jsou velmi důležité sekce v elektronice, které výrazně zlepšily kvalitu zařízení, jeho náklady a spolehlivost. Pomocí optočlenu je možné vyloučit použití izolačního transformátoru v takových obvodech, což snižuje celkové rozměry. Některá zařízení jsou navíc bez takových prvků jednoduše implementovatelná.