Как да използвате фоторезистори, фотодиоди и фототранзистори

Сензорите са напълно различни. Те се различават по принцип на действие, логиката на тяхната работа и физическите явления и количества, на които са в състояние да реагират. Светлинните сензори не се използват само в автоматичното оборудване за контрол на осветлението, те се използват в огромен брой устройства - от захранвания до аларми и системи за сигурност.

Основните видове фотоелектронни устройства. Обща информация

Фотоприемникът в общ смисъл е електронно устройство, което реагира на промяна в инцидента на светлинния поток върху чувствителната му част. Те могат да се различават както по структура, така и по принцип на работа. Нека ги разгледаме.

Фоторезистори - променят съпротивлението при осветление

Фоторезисторът е фотографско устройство, което променя проводимостта (съпротивлението) в зависимост от количеството светлина, падаща върху повърхността му. По-интензивното излагане на светлина чувствителна зона, толкова по-малко съпротивление. Ето една схема на това.

Състои се от два метални електрода, между които има полупроводников материал. Когато светлинният поток удари полупроводника, в него се освобождават носители на заряд, това допринася за преминаването на тока между металните електроди.

Енергията на светлинния поток се изразходва за преодоляване на пролуката на лентата от електроните и техния преход в лентата на проводимост. Като полупроводник, фотопроводниците използват материали като: кадмиев сулфид, оловен сулфид, кадмиев селенит и други. Спектралната характеристика на фоторезистора зависи от вида на този материал.

Чудя се:

Спектралната характеристика съдържа информация за това кои дължини на вълната (цвят) на светлинния поток са най-чувствителни към фоторезистора. За някои случаи е необходимо внимателно да изберете светлинен излъчвател с подходяща дължина на вълната, за да се постигне най-голяма чувствителност и работна ефективност.

Фоторезисторът не е предназначен за точно измерване на осветеността, а по-скоро за определяне на наличието на светлина, според показанията му средата може да бъде открита по-светла или по-тъмна. Характеристиката на токовото напрежение на фоторезистора е както следва.

Тя изобразява зависимостта на тока от напрежението за различни стойности на светлинния поток: Ф - тъмнина и Ф3 - това е ярка светлина. Той е линеен. Друга важна характеристика е чувствителността, тя се измерва в mA (μA) / (Lm * V). Това отразява колко ток протича през резистора, с определен светещ поток и приложено напрежение.

Тъмното съпротивление е активното съпротивление при пълно отсъствие на осветеност, то се обозначава с RT, а характерната RT / Rb е скоростта на промяна в съпротивлението от състоянието на фоторезистора при пълно отсъствие на осветление до максимално осветено състояние и минимално възможно съпротивление.

Фоторезисторите имат съществен недостатък - честотата му на прекъсване. Тази стойност описва максималната честота на синусоидалния сигнал, с който моделирате светещия поток, при който чувствителността намалява с 1,41 пъти. В справочниците това се отразява или от честотната стойност, или чрез времева константа. Тя отразява скоростта на устройствата, която обикновено отнема десетки микросекунди - 10 ^ (- 5) s. Това не ви позволява да го използвате там, където се нуждаете от висока производителност.

Фотодиод - преобразува светлината в електрически заряд

Фотодиодът е елемент, който преобразува светлината, влизаща в чувствителна зона, в електрически заряд. Това е така, защото различни процеси, свързани с движението на носители на заряд, се случват по време на облъчване в pn-кръстовището.

Ако проводимостта се промени на фоторезистора поради движението на носители на заряд в полупроводника, тогава на границата на pn прехода се образува заряд. Може да работи в режим на фотоконвертор и фото генератор.

По структура той е същият като конвенционален диод, но върху неговия случай има прозорец за преминаване на светлината. Външно те се предлагат в различни дизайни.

Фотодиодите на черно тяло приемат само инфрачервено лъчение. Черното покритие е нещо като оцветяване. Филтрира IR спектъра, за да изключи възможността за задействане на излъчването на други спектри.

Фотодиодите, подобно на фоторезисторите, имат честота на прекъсване, само тук тя е с порядък по-голяма и достига 10 MHz, което дава възможност за добра производителност. Фотодиодите на P-i-N имат висока скорост - 100 MHz-1 GHz, като диоди, базирани на бариерата на Шотки. Лавиновите диоди имат честота на прекъсване около 1-10 GHz.

В режим на фотоконвертор такъв диод работи като ключ, управляван от светлина, за това той е свързан към веригата в предни отклонения. Тоест катодът до точка с по-положителен потенциал (до плюс), а анодът към по-отрицателен потенциал (до минус).

Когато диодът не е осветен от светлина, протича само обратният тъмен ток Iobrt (единици и десетки мкА), а когато диодът свети, към него се добавя фотострум, който зависи само от степента на осветеност (десетки mA). Колкото повече светлина, толкова по-ток.

Фотопоток Ако е равен:

Iph = Синт * F,

където Sint е интегралната чувствителност, F е светещият поток.

Типична схема за включване на фотодиод в режим на фотоконвертор. Обърнете внимание как е свързано - в обратна посока по отношение на източника на захранване.

Друг режим е генераторът. Когато светлината навлиза във фотодиода, в нейните клеми се генерира напрежение, докато токовете на късо съединение в този режим са десетки ампери. Напомня работа на слънчеви клеткино имат ниска мощност.

Фототранзистори - отворени от количеството падаща светлина

Фототранзисторът е присъщ биполярен транзистор който вместо базовия изход има прозорец в кутията, за да влезе светлина там. Принципът на работа и причините за този ефект са подобни на предишните устройства. Биполярните транзистори се контролират от количеството ток, преминаващ през основата, а фототранзисторите, по аналогия, се контролират от количеството светлина.

Понякога UGO все още допълнително изобразява изхода на базата. По принцип напрежението се подава към фототранзистора, както и към обичайния, а вторият вариант се включва с плаваща основа, когато основният изход остава неизползван.

В схемата са включени и фототранзисторите.

Или сменете транзистора и резистора, в зависимост от това от какво точно се нуждаете. При липса на светлина през транзистора протича тъмен ток, който се формира от основния ток, който можете да настроите сами.

Като зададете необходимия базов ток, можете да зададете чувствителността на фототранзистора, като изберете неговия основен резистор. По този начин може да се улови дори най-слабата светлина.

В съветските времена радиолюбителите правеха фототранзистори със собствените си ръце - направиха прозорец за светлина, като отрязаха част от корпуса с конвенционален транзистор. За това транзисторите като MP14-MP42 са отлични.

От характеристиката на токовото напрежение се вижда зависимостта на фототока от осветлението, докато на практика не зависи от напрежението колектор-емитер.

Освен биполярни фототранзистори, има и полеви. Биполярните работят на честоти 10-100 kHz, а след това полевите са по-чувствителни. Чувствителността им достига няколко ампера на лумен, а по-бързите - до 100 MHz. Полевите транзистори имат интересна характеристика: при максимални стойности на светещия поток напрежението на затворите почти не влияе на тока на източване.

Обхват на фотоелектронните устройства

На първо място, трябва да помислите за по-познати опции за тяхното приложение, например, автоматично включване на светлината.

Диаграмата, показана по-горе, е най-простото устройство за включване и изключване на товара в определено светлинно състояние. Фотодиод FD320 Когато светлината влезе в него, се отваря определено напрежение и R1 пада определено напрежение, когато стойността му е достатъчна за отваряне на транзистора VT1 - той се отваря и отваря друг транзистор - VT2. Тези два транзистора са двустепенен усилвател на тока, необходим за захранване на релейната намотка K1.

Диод VD2 - необходим за потискане на самоиндукцията на ЕМП, който се образува при превключване на бобината. Един от проводниците от товара е свързан към входния терминал на релето, горният в съответствие със схемата (за променлив ток - фаза или нула).

Обикновено имаме затворени и отворени контакти, те са необходими или за избор на веригата, която ще бъде включена, или за избор, за да включите или изключите товара от мрежата, когато се достигне необходимата осветеност. Потенциометърът R1 е необходим, за да настроите устройството да работи при необходимото количество светлина. Колкото по-голямо е съпротивлението, толкова по-малко светлина е необходима за включване на веригата.

Варианти на тази схема се използват в повечето подобни устройства, като при необходимост се добавя определен набор от функции.

В допълнение към включването на лекото натоварване такива фотодетектори се използват в различни системи за управление, например фоторезисторите често се използват на метро турникети за откриване на неразрешено (зайце) пресичане на турникета.

В печатница, когато лентата хартия се счупи, светлината навлиза във фотодетектора и по този начин дава сигнал на оператора за това. Излъчвателят е от едната страна на хартията, а фотодетекторът е от задната страна. Когато хартията се разкъса, светлината от излъчвателя достига до фотодетектора.

При някои видове аларми емитер и фотодетектор се използват като сензори за влизане в помещението, а инфрачервените устройства се използват, така че излъчването не се вижда.

Относно IR спектъра, не можете да споменете телевизионния приемник, който приема сигнали от IR светодиода в дистанционното управление, когато превключвате канали. Информацията е кодирана по специален начин и телевизорът разбира от какво се нуждаете.

Така информацията по-рано се предава чрез инфрачервени портове на мобилни телефони. Скоростта на предаване е ограничена както от метода на последователно предаване, така и от принципа на работа на самото устройство.

Компютърните мишки също използват технология, свързана с фотоелектронните устройства.

Заявление за предаване на сигнал в електронни схеми

Оптоелектронните устройства са устройства, които комбинират предавател и фотодетектор в същия корпус, като описаните по-горе. Те са необходими за свързване на две вериги на електрическата верига.

Това е необходимо за галванична изолация, бързо предаване на сигнала, както и за свързване на вериги постоянен и променлив ток, както в случая на триаково управление в 220 V 5 V верига със сигнал от микроконтролера.

Те имат графично обозначение, което съдържа информация за типа елементи, използвани в оптрона.

Помислете няколко примера за използването на такива устройства.

Контрол на триак с помощта на микроконтролер

Ако проектирате тиристорен или триаков преобразувател, ще се сблъскате с проблем. Първо, ако преходът на контролния изход пробие - към щифта на микроконтролера висок потенциал ще падне и последният ще се провали. За това са разработени специални драйвери, с елемент, наречен оптосимистор, например, MOC3041.

Обратна връзка

При стабилизирани комутационни източници е необходима обратна връзка. Ако изключим галванична изолация в тази верига, тогава в случай на повреда на някои компоненти в схемата на ОС, висок потенциал ще се появи на изходната верига и свързаното оборудване ще се провали, не говоря за факта, че можете да бъдете шокирани.

В конкретен пример виждате реализацията на такава ОС от изходната верига до намотката за обратна връзка (управление) на транзистора, използвайки оптрон със серийното обозначение U1.

данни

Фото и оптоелектрониката са много важни секции в електрониката, които значително подобриха качеството на оборудването, неговата цена и надеждност. С помощта на оптрон е възможно да се изключи използването на изолационен трансформатор в такива вериги, което намалява общите размери. Освен това някои устройства са просто невъзможни за изпълнение без такива елементи.