Kako se koriste fotoresistori, fotodiodi i fototransistori

Senzori su potpuno različiti. Oni se razlikuju u principu djelovanja, logici svog rada i fizičkim pojavama i količinama na koje su u stanju odgovoriti. Senzori svjetla ne koriste se samo u automatskoj opremi za kontrolu rasvjete, već se koriste u ogromnom broju uređaja, od napajanja do alarma i sigurnosnih sustava.

Glavne vrste fotoelektronskih uređaja. Opće informacije

Fotodetektor u općenitom smislu je elektronički uređaj koji reagira na promjenu pada svjetlosnog toka na njegovom osjetljivom dijelu. Oni se mogu razlikovati i po strukturi i po načelu rada. Pogledajmo ih.

Fotoresistori - mijenjaju otpor prilikom osvjetljenja

Fotoresistor je fotografski uređaj koji mijenja vodljivost (otpor) ovisno o količini svjetlosti koja pada na njegovu površinu. Intenzivnije izloženost svjetlu osjetljivo područje, manji otpor. Evo sheme toga.

Sastoji se od dvije metalne elektrode između kojih se nalazi poluvodički materijal. Kad svjetlosni tok udari u poluvodič, u njemu se oslobode nosači naboja, to pridonosi prolasku struje između metalnih elektroda.

Energija svjetlosnog toka troši se na prevladavanje jaz trake od strane elektrona i njihov prijelaz u provodni pojas. Kao poluvodiči, fotokondukteri koriste materijale kao što su: Kadmijev sulfid, Olovni sulfid, Kadmij Selenit i drugi. Spektralna karakteristika fotoresistera ovisi o vrsti ovog materijala.

Pitam se:

Spektralna karakteristika sadrži podatke o tome koja je valna duljina (boja) svjetlosnog toka najosjetljivija na fotoresistor. U nekim je slučajevima potrebno pažljivo odabrati odašiljač svjetla odgovarajuće valne duljine kako bi se postigla najveća osjetljivost i radna učinkovitost.

Fotoresist nije dizajniran tako da precizno mjeri osvjetljenje, već radi određivanja prisutnosti svjetlosti, a prema njegovim očitanjima okolina se može otkriti svjetlije ili tamnije. Karakteristika strujnog napona fotorespora je sljedeća.

Prikazuje ovisnost struje o naponu za različite vrijednosti svjetlosnog toka: F - tama, i F3 - to je svijetla svjetlost. Ona je linearna. Druga važna karakteristika je osjetljivost, mjeri se u mA (µA) / (Lm * V). Ovo odražava koliko struje teče kroz otpornik, s određenim svjetlosnim tokom i primijenjenim naponom.

Otpornost na tamu je aktivni otpor u potpunoj odsutnosti osvjetljenja, označava se s RT, a karakteristična RT / Rb je stopa promjene otpora iz stanja fotoresistera u potpunoj odsutnosti osvjetljenja do maksimalno osvijetljenog stanja, odnosno minimalnog mogućeg otpora.

Fotoresistori imaju značajan nedostatak - njegovu frekvenciju rezanja. Ova vrijednost opisuje maksimalnu frekvenciju sinusoidnog signala s kojim modelirate svjetlosni tok, pri čemu se osjetljivost smanjuje za 1,41 puta. U referentnim se knjigama to odražava ili pomoću frekvencije, bilo kroz vremensku konstantu. Odražava brzinu uređaja koja obično traje desetak mikrosekundi - 10 ^ (- 5) s. To vam ne dopušta da ga upotrebljavate tamo gdje trebate visoke performanse.

Fododioda - pretvara svjetlost u električni naboj

Fotodioda je element koji svjetlost koja ulazi u osjetljivo područje pretvara u električni naboj. To je zato što se tijekom ozračivanja u pn spajanju događaju različiti procesi povezani s kretanjem nosača naboja.

Ako se vodljivost promijenila na fotoresistoru uslijed gibanja nosača naboja u poluvodiču, tada se ovdje formira naboj na granici pn spojnice. Može raditi u načinu fotokonvertera i generatora fotografija.

U strukturi je isto što i uobičajena dioda, ali na njezinom je kućištu prozor za prolazak svjetlosti. Izvana dolaze u raznim izvedbama.

Fotodiodi crnog tijela prihvaćaju samo infracrveno zračenje. Crni premaz je nešto poput nijansiranja. Filtrira IR spektar kako bi se isključila mogućnost pokretanja zračenja drugih spektra.

Fotodiode, kao i fotoresistori, imaju prekidnu frekvenciju, samo što je ovdje redoslijed veće i doseže 10 MHz, što omogućava dobre performanse. P-i-N fotodiodi imaju veliku brzinu - 100 MHz-1 GHz, kao i diode koje se temelje na Schottky-ovoj barijeri. Lavine diode imaju prekidnu frekvenciju od oko 1-10 GHz.

U režimu fotokonvertera, takva dioda djeluje poput ključa koji se kontrolira svjetlošću, za to je spojena na krug prema naprijed. To jest, katoda do točke s pozitivnijim potencijalom (do plus), a anoda do negativnijeg potencijala (do minus).

Kada dioda nije osvijetljena svjetlošću, teče samo povratna tamna struja Iobrt (jedinice i desetine µA), a kada dioda svijetli, u nju se dodaje fototok koji ovisi samo o stupnju osvjetljenja (deseci mA). Što više svjetla, to je više struje.

Foto struja Ako je jednaka:

Iph = Sint * F,

gdje je Sint integralna osjetljivost, F je svjetlosni tok.

Tipična shema za uključivanje fotodioda u režimu fotokonvertera. Obratite pažnju na to kako je spojen - u suprotnom smjeru s obzirom na izvor napajanja.

Drugi način je generator. Kad svjetlost uđe u fotodiodu, napon se generira na njenim terminalima, dok struje kratkog spoja u ovom načinu djeluju u desetinama ampera. Podsjeća rad solarnih ćelijaali imaju malu snagu.

Fototransistori - otvaraju se količinom upadne svjetlosti

Fototransistor je svojstven bipolarni tranzistor koji umjesto osnovnog izlaza ima prozor u slučaju da tamo ulazi svjetlost. Princip rada i razlozi ovog učinka slični su prethodnim uređajima. Bipolarnim tranzistorima kontrolira se količina struje koja teče kroz bazu, a fototransistori, po analogiji, kontroliraju količinom svjetlosti.

Ponekad UGO još uvijek prikazuje izlaz baze. Općenito, napon se napaja u fototransistoru kao i u uobičajenom, a druga opcija se uključuje s plutajućom bazom, kada osnovni izlaz ostane neiskorišten.

U krug su također uključeni i fototransistori.

Ili zamijenite tranzistor i otpornik, ovisno o tome što točno trebate. U nedostatku svjetlosti, kroz tranzistor teče tamna struja, koja je formirana od osnovne struje, koju možete postaviti sami.

Postavljanjem potrebne osnovne struje možete postaviti osjetljivost fototransistora odabirom njegovog osnovnog otpornika. Na taj se način može uhvatiti i najsitnija svjetlost.

U sovjetska vremena radioamateri su napravili fototransistore vlastitim rukama - napravili su prozor za svjetlost, odrezujući dio kućišta s uobičajenim tranzistorom. Za ovo su tranzistori poput MP14-MP42 izvrsni.

Iz karakteristika napona struje vidljiva je ovisnost fototoka o osvjetljenju, dok to praktički ne ovisi o naponu kolektora i emitora.

Osim bipolarnih fototransistatora, postoje i terenski. Bipolarni djeluju na frekvencijama od 10-100 kHz, a tada su terenski osjetljiviji. Njihova osjetljivost doseže nekoliko ampera po lumenu, a više „brza“ - do 100 MHz. Tranzistori s efektom polja imaju zanimljivu karakteristiku: pri maksimalnim vrijednostima svjetlosnog toka napon vrata gotovo ne utječe na struju odvoda.

Opseg fotoelektronskih uređaja

Prije svega, trebali biste razmotriti poznatije mogućnosti za njihovu primjenu, na primjer, automatsko uključivanje svjetla.

Dijagram, prikazan gore, najjednostavniji je uređaj za uključivanje i isključivanje tereta u određenom svjetlosnom stanju. Fododioda FD320 Kada uđe svjetlost, otvori se određeni napon i R1 padne određeni napon kada je njegova vrijednost dovoljna da otvori tranzistor VT1 - on otvara i otvara drugi tranzistor - VT2. Ova dva tranzistora su dvostupanjsko pojačalo struje, neophodno za napajanje svitka releja K1.

Dioda VD2 - potrebna za suzbijanje EMF samoindukcije, koja nastaje pri prebacivanju zavojnice. Jedna od žica iz opterećenja spojena je na ulazni terminal releja, gornja prema shemi (za izmjeničnu struju - fazu ili nulu).

Obično imamo zatvorene i otvorene kontakte, potrebni su ili za odabir kruga za uključivanje ili za odabir ili uključivanje ili isključivanje opterećenja s mreže kada se postigne potrebno osvjetljenje. Potenciometar R1 potreban je za podešavanje uređaja da radi na pravu svjetlost. Što je veći otpor, manje je svjetla potrebno za uključivanje kruga.

Varijacije ove sheme koriste se na većini sličnih uređaja, dodajući po potrebi određeni skup funkcija.

Osim uključivanja svjetlosnog opterećenja, takvi se fotodetektori koriste u raznim upravljačkim sustavima, na primjer, fotorezistori se često koriste na metro turbeticima kako bi se otkrilo neovlašteno (zec) prelazak kormila.

U tiskari, kada se slomi papir, svjetlost ulazi u fotodetektor i time daje rukovatelju signal o tome. Emiter se nalazi na jednoj strani papira, a fotodetektor na stražnjoj strani. Kada se papir rastrga, svjetlost iz emitera dopire do fotodektora.

U nekim se vrstama alarma koristi emiter i fotodetektor kao senzori za ulazak u sobu, a koriste se infracrveni uređaji tako da zračenje nije vidljivo.

Što se tiče IR spektra, ne možete spomenuti TV prijemnik koji na daljinskom upravljaču prima signale s IR LED-a prilikom prebacivanja kanala. Informacije se kodiraju na poseban način i televizor razumije što vam treba.

Podaci tako ranije preneseni putem infracrvenih portova mobilnih telefona. Brzina prijenosa ograničena je kako postupnim postupkom prijenosa, tako i principom rada samog uređaja.

Računalni miševi također koriste tehnologiju povezanu s fotoelektronskim uređajima.

Primjena za prijenos signala u elektroničkim krugovima

Optoelektronski uređaji su uređaji koji kombiniraju odašiljač i fotodetektor u istom kućištu, poput onih gore opisanih. Potrebni su za spajanje dva kruga električnog kruga.

To je potrebno za galvansku izolaciju, brzi prijenos signala, kao i za povezivanje istosmjernih i izmjeničnih krugova, kao u slučaju trostrukog upravljanja u 220 V 5 V krugu sa signalom iz mikrokontrolera.

Imaju grafičko označavanje koje sadrži podatke o vrsti elemenata koji se koriste u optoparu.

Razmotrimo nekoliko primjera upotrebe takvih uređaja.

Upravljanje triakom pomoću mikrokontrolera

Ako dizajnirate tiristor ili trojanski pretvarač, naići ćete na problem. Prvo, ako se prijelaz na kontrolnom izlazu probije - na pin mikrokontrolera visoki potencijal će pasti i potonji neće uspjeti. Za to su razvijeni posebni pokretači s elementom koji se naziva optosimistor, na primjer, MOC3041.

Povratne informacije

U stabiliziranim preklopnim napajanjem potrebne su povratne informacije. Ako u ovom krugu isključimo galvansku izolaciju, u slučaju kvara nekih komponenti u OS krugu, na izlaznom krugu će se pojaviti visoki potencijal, a spojena oprema neće uspjeti, ne govorim o činjenici da možete biti šokirani.

U konkretnom primjeru vidite implementaciju takvog OS-a iz izlaznog kruga u povratno navijanje (upravljanje) tranzistora pomoću optoelektro-spojnice sa serijskom oznakom U1.

nalazi

Foto i optoelektronika vrlo su važni dijelovi elektronike koji su značajno poboljšali kvalitetu opreme, njezinu cijenu i pouzdanost. Korištenjem optoelektora moguće je isključiti uporabu izolacijskog transformatora u takvim krugovima, što smanjuje ukupne dimenzije. Pored toga, neke je uređaje jednostavno nemoguće implementirati bez takvih elemenata.