Kā izmantot fotorezistorus, fotodiodes un fototransistorus

Sensori ir pilnīgi atšķirīgi. Viņi atšķiras pēc darbības principa, sava darba loģikas un fiziskajām parādībām un daudzumiem, uz kuriem viņi spēj reaģēt. Gaismas sensori tiek izmantoti ne tikai automātiskās apgaismojuma vadības iekārtās, tie tiek izmantoti ļoti daudzās ierīcēs, sākot ar barošanas avotiem un beidzot ar trauksmēm un drošības sistēmām.

Galvenie fotoelektronisko ierīču veidi. Vispārīga informācija

Fotodetektors vispārīgā nozīmē ir elektroniska ierīce, kas reaģē uz gaismas plūsmas izmaiņām tās jutīgajā daļā. Tās var atšķirties gan pēc struktūras, gan pēc darbības principa. Apskatīsim viņus.

Fotorezistori - mainiet pretestību apgaismojot

Fotorezistors ir fotoierīce, kas maina vadītspēju (pretestību) atkarībā no gaismas daudzuma, kas nokļūst uz tā virsmas. Jo intensīvāks gaismas iedarbība jutīgā zona, jo mazāka pretestība. Šeit ir shematiski.

Tas sastāv no diviem metāla elektrodiem, starp kuriem ir pusvadītāju materiāls. Kad gaismas plūsma nonāk pusvadītājā, tajā tiek atbrīvoti lādiņu nesēji, tas veicina strāvas pāreju starp metāla elektrodiem.

Gaismas plūsmas enerģija tiek tērēta elektronu joslas spraugas pārvarēšanai un to pārejai vadītspējas joslā. Kā pusvadītāju fotovadītāji izmanto tādus materiālus kā: kadmija sulfīds, svina sulfīds, kadmija selenīts un citi. Fotorezistora spektrālais raksturojums ir atkarīgs no šī materiāla veida.

Interesanti:

Spektrālais raksturojums satur informāciju par to, kuri gaismas plūsmas viļņu garumi (krāsa) ir visjutīgākie pret fotorezistoru. Dažos gadījumos ir nepieciešams rūpīgi izvēlēties atbilstoša viļņa garuma gaismas izstarotāju, lai sasniegtu visaugstāko jutību un darba efektivitāti.

Fotorezistors nav paredzēts precīzi izmērīt apgaismojumu, bet gan lai noteiktu gaismas klātbūtni, saskaņā ar tā rādījumiem vidi var noteikt gaišāku vai tumšāku. Fotorezistora strāvas-sprieguma raksturlielumi ir šādi.

Tas attēlo strāvas atkarību no sprieguma dažādām gaismas plūsmas vērtībām: Ф - tumsa un Ф3 - tā ir spilgta gaisma. Tas ir lineārs. Vēl viena svarīga īpašība ir jutība, to mēra mA (μA) / (Lm * V). Tas atspoguļo to, cik liela strāva plūst caur rezistoru ar noteiktu gaismas plūsmu un pielietoto spriegumu.

Tumšā pretestība ir aktīvā pretestība pilnīgā apgaismojuma neesamības gadījumā, to apzīmē ar RT, un raksturīgais RT / Rb ir attiecīgi pretestības maiņas ātrums no fotorezistora stāvokļa pilnīgā apgaismojuma neesamības gadījumā uz maksimāli apgaismoto stāvokli un minimālo iespējamo pretestību.

Fotorezistoriem ir ievērojams trūkums - tā izslēgšanas biežums. Šī vērtība raksturo sinusoidālā signāla maksimālo frekvenci, ar kuru jūs modelējat gaismas plūsmu, pie kuras jutība samazinās 1,41 reizes. Uzziņu grāmatās to atspoguļo vai nu frekvences vērtība, vai arī laika konstante. Tas atspoguļo ierīču ātrumu, kas parasti prasa desmitiem mikrosekundi - 10 ^ (- 5) s. Tas neļauj to izmantot tur, kur nepieciešama augsta veiktspēja.

Fotodiode - pārvērš gaismu elektriskajā lādiņā

Fotodiode ir elements, kas jutīgā apgabalā iekļuvušo gaismu pārvērš elektriskā lādiņā. Tas notiek tāpēc, ka, apstarojot pn krustojumā, notiek dažādi procesi, kas saistīti ar lādiņu nesēju kustību.

Ja pusvadītājā lādiņnesēju kustības dēļ mainījās fotorezistora vadītspēja, tad uz pn krustojuma robežas veidojas lādiņš. Tas var darboties fotokonvertora un foto ģeneratora režīmā.

Pēc struktūras tas ir tāds pats kā parasto diode, bet uz tā korpusa ir logs gaismas pārejai. Ārēji tie ir dažādi dizaini.

Melnā ķermeņa fotodiodes pieņem tikai infrasarkano starojumu. Melnais pārklājums ir kaut kas līdzīgs tonēšanai. Filtrē IR spektru, lai izslēgtu iespēju izraisīt citu spektru starojumu.

Fotodiodēm, tāpat kā fotorezistoriem, ir izslēgšanas frekvence, tikai šeit tas ir par lielumu, kas lielāks un sasniedz 10 MHz, kas ļauj sasniegt labu sniegumu. P-i-N fotodiodēm ir liels ātrums - 100 MHz-1 GHz, tāpat kā diodēm, kuru pamatā ir Šotka barjera. Lavīnu diožu izslēgšanas frekvence ir aptuveni 1-10 GHz.

Fotokameras režīmā šāda diode darbojas kā atslēga, kuru kontrolē gaisma, tāpēc tā ir savienota ar ķēdi, virzoties uz priekšu. Tas ir, katodu līdz punktam ar pozitīvāku potenciālu (līdz plus) un anodu līdz negatīvākam potenciālam (līdz mīnusam).

Kad diode netiek apgaismota ar gaismu, plūst tikai apgrieztā tumšā strāva Iobrt (vienības un desmiti μA), un, kad diode tiek iedegta, tai tiek pievienota foto strāva, kas ir atkarīga tikai no apgaismojuma pakāpes (desmitiem mA). Jo vairāk gaismas, jo strāvas stiprums.

Fotokamera, ja vienāda:

Iph = Sint * F,

kur Sint ir neatņemama jutība, Ф ir gaismas plūsma.

Tipiska fotodiodes ieslēgšanas shēma fotokonvertora režīmā. Pievērsiet uzmanību tam, kā tas ir savienots - pretējā virzienā attiecībā pret enerģijas avotu.

Vēl viens režīms ir ģenerators. Kad gaisma iekļūst fotodiodē, tā spailēs tiek radīts spriegums, savukārt īsslēguma strāvas šajā režīmā ir desmitiem ampēru. Tas atgādina saules bateriju darbībabet tām ir maza jauda.

Fototransistori - atvērti pēc krītošās gaismas daudzuma

Fototransistoram ir raksturīgs raksturs bipolārs tranzistors kam bāzes izejas vietā ir logs, lai tur varētu iekļūt gaisma. Darbības princips un šāda efekta iemesli ir līdzīgi iepriekšējām ierīcēm. Bipolāros tranzistorus kontrolē ar strāvas daudzumu, kas plūst caur pamatni, un fototransistorus pēc analoģijas kontrolē gaismas daudzums.

Dažreiz UGO joprojām attēlo bāzes izvadi. Parasti spriegums tiek piegādāts fototransistoram, kā arī parastajam, un otrā opcija tiek ieslēgta ar peldošu pamatni, kad pamata izeja paliek neizmantota.

Shēmā ir iekļauti arī fototransistori.

Vai arī nomainiet tranzistoru un rezistoru atkarībā no tā, kas tieši jums nepieciešams. Ja nav gaismas, caur tranzistoru plūst tumša strāva, kas veidojas no bāzes strāvas, kuru jūs pats varat iestatīt.

Iestatot nepieciešamo bāzes strāvu, jūs varat iestatīt fototransistora jutīgumu, izvēloties tā pamatrezistoru. Tādā veidā var uztvert pat vistālāko gaismu.

Padomju laikos radioamatieri ar savām rokām izgatavoja fototransistorus - izgatavoja logu gaismai, daļu no lietas nogriežot ar parasto tranzistoru. Tam lieliski noder tranzistori, piemēram, MP14-MP42.

No strāvas sprieguma raksturlielumiem ir redzama fotoakumulatora atkarība no apgaismojuma, kamēr tā praktiski nav atkarīga no kolektora-emitētāja sprieguma.

Papildus bipolāriem fototransistoriem ir arī lauka. Bipolārie darbojas ar frekvenci 10–100 kHz, tad lauka signāli ir jutīgāki. Viņu jutība sasniedz vairākus ampērus uz lūmenu, bet “ātrāku” - līdz 100 MHz. Lauka efekta tranzistoriem ir interesanta īpašība: pie gaismas plūsmas maksimālajām vērtībām vārtu spriegums gandrīz neietekmē kanalizācijas strāvu.

Fotoelektronisko ierīču darbības joma

Pirmkārt, jums jāapsver pazīstamākas to piemērošanas iespējas, piemēram, automātiska gaismas iekļaušana.

Iepriekš parādītā diagramma ir vienkāršākā ierīce kravas ieslēgšanai un izslēgšanai noteiktā apgaismojumā. Fotodiode FD320 Kad gaisma iekļūst tajā, tiek atvērts noteikts spriegums un R1 nokrīt noteikts spriegums, kad tā vērtība ir pietiekama, lai atvērtu tranzistoru VT1 - tas atveras un atver citu tranzistoru - VT2. Šie divi tranzistori ir divpakāpju strāvas pastiprinātāji, kas nepieciešami releja spoles K1 darbināšanai.

Diode VD2 - nepieciešama, lai nomāktu EML pašindukciju, kas veidojas, pārslēdzot spoli. Viens no vadiem no slodzes ir savienots ar releja ieejas spaili, augšējais - saskaņā ar shēmu (maiņstrāvai - fāze vai nulle).

Mums parasti ir slēgti un atvērti kontakti, tie ir nepieciešami vai nu, lai izvēlētos ieslēdzamo ķēdi, vai arī lai izvēlētos ieslēgt vai izslēgt slodzi no tīkla, kad tiek sasniegts nepieciešamais apgaismojums. Potenciometrs R1 ir nepieciešams, lai ierīci pielāgotu darbībai pareizajā gaismas daudzumā. Jo lielāka pretestība, jo mazāk gaismas ir nepieciešams, lai ieslēgtu ķēdi.

Šīs shēmas varianti tiek izmantoti lielākajā daļā līdzīgu ierīču, vajadzības gadījumā pievienojot noteiktu funkciju kopu.

Papildus gaismas slodzes ieslēgšanai šādus fotodetektorus izmanto dažādās vadības sistēmās, piemēram, metro pagriezienos bieži tiek izmantoti fotorezistori, lai atklātu turniketa neatļautu (zaķu) šķērsošanu.

Tipogrāfijā, kad saplīst papīra josla, gaismas detektorā iekļūst gaisma un tādējādi operatoram dod signālu par to. Izstarotājs atrodas vienā papīra pusē, un fotodetektors ir aizmugurē. Kad papīrs ir saplēsts, emitētāja gaisma sasniedz fotodetektoru.

Dažos trauksmes veidos kā sensors telpā ieešanai tiek izmantots emiters un fotodetektors, un infrasarkanās ierīces tiek izmantotas tā, lai starojums nebūtu redzams.

Attiecībā uz IR spektru nevar nepieminēt TV uztvērēju, kurš, pārslēdzot kanālus, saņem signālus no tālvadības pults IR LED. Informācija tiek kodēta īpašā veidā, un televizors saprot nepieciešamo.

Informācija, kas iepriekš tika pārsūtīta caur mobilo tālruņu infrasarkanajiem portiem. Pārraides ātrumu ierobežo gan secīgas pārraides metode, gan pašas ierīces darbības princips.

Arī datoru peles izmanto tehnoloģiju, kas saistīta ar fotoelektroniskām ierīcēm.

Pieteikums signāla pārraidei elektroniskās shēmās

Optoelektroniskās ierīces ir ierīces, kas vienā raidījumā apvieno raidītāju un fotodetektoru, piemēram, iepriekš aprakstītos. Tie ir nepieciešami, lai savienotu divas elektriskās ķēdes shēmas.

Tas ir nepieciešams galvaniskai izolācijai, ātrai signāla pārraidei, kā arī līdzstrāvas un maiņstrāvas ķēžu savienošanai, tāpat kā triac vadības gadījumā 220 V 5 V ķēdē ar signālu no mikrokontrollera.

Viņiem ir grafisks apzīmējums, kas satur informāciju par optoelementa iekšpusē izmantotajiem elementiem.

Apsveriet dažus šādu ierīču izmantošanas piemērus.

Triac kontrole, izmantojot mikrokontrolleri

Ja jūs projektējat tiristoru vai triac pārveidotāju, jums radīsies problēma. Pirmkārt, ja pāreja vadības izejā iziet cauri - uz mikrokontrollera tapu kritīsies liels potenciāls, un pēdējais neizdosies. Šim nolūkam ir izstrādāti īpaši draiveri ar elementu, ko sauc par optosimistoru, piemēram, MOC3041.

Atsauksmes par optopāriem

Par stabilizētiem komutācijas barošanas avotiem ir nepieciešama atgriezeniskā saite. Ja mēs izslēdzam galvanisko izolāciju šajā ķēdē, tad dažu OS ķēdes komponentu atteices gadījumā izvades ķēdē parādīsies augsts potenciāls un pievienotais aprīkojums neizdosies, es nesaku, ka jūs varat būt šokēts.

Konkrētā piemērā jūs redzat šādas OS ieviešanu no izejas ķēdes līdz tranzistora atgriezeniskajam tinumam (vadībai), izmantojot optoelementu ar sērijas apzīmējumu U1.

Secinājumi

Foto un optoelektronika ir ļoti svarīgas sadaļas elektronikā, kas ir ievērojami uzlabojušas aprīkojuma kvalitāti, tā izmaksas un uzticamību. Izmantojot optoelementu, šādās shēmās ir iespējams izslēgt izolācijas transformatora izmantošanu, kas samazina kopējos izmērus. Turklāt dažas ierīces vienkārši nav iespējams realizēt bez šādiem elementiem.