Fotosenzory a jejich aplikace

Co jsou fotosenzory

V různých elektronických zařízeních, domácích a průmyslových automatizačních zařízeních, různé amatérské rozhlasové designy fotosenzory jsou používány velmi široce. Každý, kdo kdy rozebral starou počítačovou myš, jak se jí říkalo „komovskaya“, s míčem uvnitř, musel vidět kola se štěrbinami, které se točily ve štěrbinách fotosenzorů.

Tyto fotosenzory se nazývají foto přerušovače - přerušit tok světla. Na jedné straně takového senzoru je zdroj - LEDzpravidla infračervené (IR), s dalším fototranzistorem (přesněji, dva fototranzistory, v některých modelech fotodiody, také určují směr otáčení). Když se kolo otáčí drážkami na výstupu fotosenzoru, získají se elektrické impulsy, což je informace o úhlové poloze tohoto kola samotného. Taková zařízení se nazývají kodéry. Kromě toho může být kodér pouze kontaktem, pamatujte na kolo moderní myši!

Foto přerušovače se používají nejen u „myší“, ale také u jiných zařízení, například u snímačů rychlosti nějakého mechanismu. V tomto případě se používá jediný fotosenzor, protože není nutné určovat směr otáčení.

Pokud z nějakého důvodu, nejčastěji pro opravu, vylézt do jiných elektronických zařízení, pak lze fotografické senzory nalézt v tiskárnách, skenerech a kopírkách, v jednotkách CD, v přehrávačích DVD, videorekordérech, videokamerách a dalších zařízeních.

Co jsou to fotosenzory a jaké jsou? Jen se podívejte, aniž by šli do fyziky polovodičů, nerozuměli vzorcům a nevyřčili nepochopitelná slova (rekombinace, resorpce menšinových nosičů), která se nazývá „na prstech“, jak tyto fotosenzory fungují.

Obrázek 1. Foto přerušovač

Fotorezistor

Všechno je s ním jasné. Protože běžný konstantní odpor má ohmický odpor, nehraje směr připojení v obvodu roli. Pouze na rozdíl od konstantního odporu mění odpor pod vlivem světla: když je osvětlen, několikrát klesá. Počet těchto „časů“ závisí na modelu fotorezistoru, především na jeho odporu vůči temnotě.

Strukturálně jsou fotorezistory kovové pouzdro se skleněným oknem, skrz které je vidět šedivě zbarvená deska s klikatou stopou. Pozdější modely byly provedeny v plastovém pouzdře s průhlednou horní částí.

Rychlost fotorezistorů je nízká, takže mohou pracovat pouze při velmi nízkých frekvencích. Proto se v novém vývoji téměř nikdy nepoužívají. Stává se však, že při opravě starých zařízení se budou muset setkat.

Pro kontrolu zdraví fotorezistoru stačí multimetr zkontrolovat jeho odpor. Při nepřítomnosti osvětlení by měl být odpor velký, například fotorezistor SF3-1 má odpor podle tmy podle referenčních dat 30MOhm. Pokud svítí, odpor klesne na několik KOhms. Vzhled fotorezistoru je znázorněn na obrázku 2.

Obrázek 2. Fotorezistor SF3-1

Fotodiody

Velmi podobné konvenční usměrňovací diodě, ne-li kvůli vlastnosti reakce na světlo. Pokud „zazvoníte“ pomocí testeru, je lepší použít aktuální přepínač, pak při absenci osvětlení budou výsledky stejné jako v případě konvenční diody: v dopředném směru bude zařízení ukazovat malý odpor a v opačném směru se bude šipka zařízení stěží pohybovat.

Říká se, že dioda je zapnuta v opačném směru (tento bod je třeba pamatovat), takže proud protéká. Pokud je však v tomto zahrnutí fotodioda osvětlena žárovkou, šipka se náhle spěchá k nulové značce.Tento režim činnosti fotodiody se nazývá fotodioda.

Fotodioda má také fotovoltaický režim: když na něj dopadne světlo, podobně solární baterie, produkuje slabé napětí, které, pokud je posíleno, může být použito jako užitečný signál. Fotodioda se však častěji používá v režimu fotodiod.

Fotodiody starého vzhledu jsou kovový válec se dvěma přívody. Na druhé straně je skleněná čočka. Moderní fotodiody mají pouzdro vyrobené z průhledného plastu, přesně stejné jako LED diody.

Obr. 2. Fotodiody

Fototranzistory

Vzhled jsou jednoduše nerozeznatelné od LED, stejný případ je vyroben z průhledného plastu nebo válce se sklem na konci, az toho jsou dva výstupy - kolektor a emitor. Zdá se, že fototranzistor nepotřebuje základní výstup, protože vstupním signálem pro něj je světelný tok.

Některé fototranzistory však stále mají základní výstup, který kromě světla také umožňuje elektrickou regulaci tranzistoru. To lze nalézt u některých tranzistorových optočlenů, například AOT128 a importovaných 4N35, což jsou v podstatě funkční analogy. Mezi základnou a emitorem fototranzistoru je zapojen odpor, který mírně zakrývá fototranzistor, jak je znázorněno na obrázku 4.

Obrázek 3. Fototranzistor

Náš optočlen obvykle „zablokuje“ 10 - 100 KΩ, zatímco importovaný „analog“ má asi 1 MΩ. Pokud dáte dokonce 100 000, nebude to fungovat, tranzistor je těsně uzavřen.

Jak zkontrolovat fototranzistor

Fototranzistor může být jednoduše zkontrolován testerem, i když nemá základní výstup. Když je ohmmetr připojen v jakékoli polaritě, odpor sekce kolektor - emitor je poměrně velký, protože tranzistor je uzavřen. Když se na čočku dostane světlo s dostatečnou intenzitou a spektrem, ohmmetr ukáže malý odpor - tranzistor se otevřel, pokud bylo samozřejmě možné uhodnout polaritu připojení testeru. Ve skutečnosti se toto chování podobá konvenčnímu tranzistoru, otevírá se pouze elektrickým signálem a toto se světelným tokem. Kromě intenzity světelného toku hraje důležitou roli i jeho spektrální složení. Vlastnosti testů tranzistorů viz zde. 

Světelné spektrum

Fotosenzory jsou obvykle vyladěny na specifickou vlnovou délku světelného záření. Pokud je to infračervené záření, pak takový senzor nereaguje dobře na modré a zelené LED diody, dostatečně dobrý na červenou, žárovku a samozřejmě na infračervené záření. Také nepřijímá světlo z zářivek. Důvodem špatného fungování fotosenzoru proto může být jednoduše nevhodné spektrum světelného zdroje.

Výše bylo napsáno, jak zvonit fotodiodou a fototranzistorem. Zde byste měli věnovat pozornost zdánlivě maličkosti, jako je typ měřicího zařízení. V moderním digitálním multimetru je v režimu polovodičové kontinuity plus na stejném místě jako při měření stejnosměrného napětí, tj. na červeném drátu.

Výsledkem měření bude úbytek napětí v milivoltech na křižovatce p-n ve směru vpřed. Zpravidla se jedná o čísla v rozmezí 500 - 600, která závisí nejen na typu polovodičového zařízení, ale také na teplotě. S rostoucí teplotou toto číslo klesá o 2 pro každý stupeň Celsia, což je způsobeno teplotním koeficientem odporu TCS.

Při použití ukazatele zkoušečky je třeba mít na paměti, že v režimu měření odporu je kladný výstup na mínus v režimu měření napětí. Při takových kontrolách je lepší osvětlit fotografické senzory žárovkou v blízkém dosahu.

Spárování fotosenzoru s mikrokontrolérem

V poslední době se mnoho rádiových nadšenců velmi zajímalo o navrhování robotů. Nejčastěji se jedná o něco primitivního, jako krabička s bateriemi na kolech, ale strašně inteligentní: slyší všechno, vidí vše a překonává překážky.Všechno vidí jen kvůli fototranzistorům nebo fotodiodám a možná i fotorezistorům.

Všechno je zde velmi jednoduché. Pokud se jedná o fotorezistor, stačí jej připojit, jak je znázorněno na obrázku, a v případě fototranzistoru nebo fotodiody, aby nedošlo k záměně polarity, nejprve je „zazvonte“, jak je popsáno výše. Je obzvláště užitečné provést tuto operaci, pokud díly nejsou nové, ujistěte se, že jsou vhodné. Připojení různých fotografických senzorů k mikrokontrolér znázorněno na obrázku 4.

Obrázek 4. Schémata pro připojení fotosenzorů k mikrokontroléru

Měření světla

Fotodiody a fototranzistory mají nízkou citlivost, vysokou nelinearitu a velmi úzké spektrum. Hlavní aplikací těchto fotografických zařízení je práce v klíčovém režimu: zapnuto - vypnuto. Vytváření světlometů na nich je tedy docela problematické, ačkoli dříve u všech analogových měřičů světla byly použity právě tyto fotosenzory.

Nanotechnologie však naštěstí nestojí v klidu, ale jde vpřed přeskakováním. Pro měření osvětlení „tam vytvořili“ vytvořili specializovaný čip TSL230R, což je programovatelný převodník osvětlení - frekvence.

Externě je zařízením čip v pouzdru DIP8 z průhledného plastu. Všechny vstupní a výstupní signály na úrovni jsou kompatibilní s logikou TTL - CMOS, což usnadňuje spárování převodníku s jakýmkoli mikrokontrolérem.

Pomocí externích signálů můžete změnit citlivost fotodiody a stupnice výstupního signálu, 1, 10, 100 a 2, 10 a 100krát. Závislost frekvence výstupního signálu na osvětlení je lineární, od frakcí hertzů po 1 MHz. Nastavení měřítka a citlivosti se provádí dodáním logických úrovní pouze na 4 vstupy.

Mikroobvod může být zaveden do režimu mikro spotřeby (5 μA), pro který existuje samostatný závěr, i když v provozním režimu není nijak zvlášť nenápadný. Při napájecím napětí 2,7 ... 5,5 V není spotřeba proudu větší než 2 mA. Pro provoz čipu nevyžaduje žádné externí páskování, kromě toho, že blokovací kondenzátor pro napájení.

Ve skutečnosti stačí připojit mikro měřič k mikroobvodu a získat hodnoty osvětlení, zřejmě v některých UE. V případě použití mikrokontroléru, se zaměřením na frekvenci výstupního signálu, můžete ovládat osvětlení v místnosti, nebo jednoduše pomocí principu „zapnutí - vypnutí“.

TSL230R není jediný měřič světla. Ještě pokročilejší jsou senzory Maxim MAX44007-MAX44009. Jejich rozměry jsou menší než rozměry TSL230R, spotřeba energie je stejná jako u ostatních senzorů v režimu spánku. Hlavním účelem těchto světelných senzorů je použití v zařízeních napájených z baterií.

Fotosenzory řídí osvětlení

Jedním z úkolů prováděných pomocí fotosenzorů je ovládání osvětlení. Taková schémata se nazývají foto relé, nejčastěji jde o jednoduché zahrnutí osvětlení ve tmě. Za tímto účelem mnoho amatérů vyvinulo mnoho obvodů, z nichž některé budeme zvažovat v dalším článku.

Pokračování článku: Schémata foto relé pro ovládání osvětlení