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Photosensoren und ihre Anwendung

 


Was sind Fotosensoren?

Photosensoren und ihre AnwendungIn verschiedenen elektronischen Geräten, Heim- und Industrieautomationsgeräten, verschiedenen Amateurfunkdesigns Fotosensoren sind sehr weit verbreitet. Jeder, der jemals eine alte Computermaus, wie sie als „Komovskaya“ bezeichnet wurde, mit einer Kugel im Inneren zerlegt hat, muss Räder mit Schlitzen gesehen haben, die sich in den Schlitzen der Fotosensoren drehen.

Diese Fotosensoren werden aufgerufen Fotounterbrecher - den Lichtfluss unterbrechen. Auf einer Seite eines solchen Sensors befindet sich eine Quelle - LEDIn der Regel Infrarot (IR) mit einem anderen Fototransistor (genauer gesagt zwei Fototransistoren in einigen Modellen der Fotodiode, um auch die Drehrichtung zu bestimmen). Wenn ein Rad mit Schlitzen gedreht wird, werden am Ausgang des Photosensors elektrische Impulse erhalten, die Informationen über die Winkelposition dieses Rades selbst sind. Solche Geräte werden Encoder genannt. Darüber hinaus kann der Encoder nur ein Kontakt sein, denken Sie an das Rad einer modernen Maus!

Fotounterbrecher werden nicht nur in "Mäusen" verwendet, sondern auch in anderen Geräten, beispielsweise Geschwindigkeitssensoren eines bestimmten Mechanismus. In diesem Fall wird ein einzelner Photosensor verwendet, da die Drehrichtung nicht bestimmt werden muss.

Wenn aus irgendeinem Grund, meistens zur Reparatur, in andere elektronische Geräte geklettert wird, finden sich Fotosensoren in Druckern, Scannern und Kopierern, in CD-Laufwerken, in DVD-Playern, Videokassettenrekordern, Camcordern und anderen Geräten.


Was sind Fotosensoren und was sind sie? Sehen Sie nur, ohne auf die Physik der Halbleiter einzugehen, die Formeln nicht zu verstehen und keine unverständlichen Wörter (Rekombination, Resorption von Minoritätsträgern) auszusprechen, die als "an den Fingern" bezeichnet werden, wie diese Photosensoren funktionieren.

Photosensoren und ihre Anwendung

Abbildung 1. Fotounterbrecher


Fotowiderstand

Bei ihm ist alles klar. Da ein gewöhnlicher konstanter Widerstand einen ohmschen Widerstand hat, spielt die Verbindungsrichtung in der Schaltung keine Rolle. Nur im Gegensatz zu einem konstanten Widerstand ändert sich der Widerstand unter dem Einfluss von Licht: Wenn er beleuchtet wird, nimmt er mehrmals ab. Die Anzahl dieser "Zeiten" hängt vom Modell des Fotowiderstands ab, hauptsächlich von seinem Dunkelwiderstand.

Strukturell sind die Fotowiderstände ein Metallgehäuse mit einem Glasfenster, durch das eine grau gefärbte Platte mit einer Zick-Zack-Spur sichtbar ist. Spätere Modelle wurden in einem Kunststoffgehäuse mit transparenter Oberseite ausgeführt.

Die Geschwindigkeit von Fotowiderständen ist gering, so dass sie nur bei sehr niedrigen Frequenzen arbeiten können. Daher werden sie bei Neuentwicklungen fast nie eingesetzt. Aber es kommt vor, dass sie sich bei der Reparatur alter Geräte treffen müssen.

Um den Zustand des Fotowiderstands zu überprüfen, reicht es aus, seinen Widerstand mit einem Multimeter zu überprüfen. In Abwesenheit von Beleuchtung sollte der Widerstand groß sein, zum Beispiel hat der Fotowiderstand SF3-1 einen Dunkelwiderstand gemäß den Referenzdaten von 30 MOhm. Wenn es leuchtet, fällt der Widerstand auf einige KOhm. Das Aussehen des Fotowiderstands ist in Abbildung 2 dargestellt.

Fotowiderstand SF3-1

Abbildung 2. Fotowiderstand SF3-1


Fotodioden

Sehr ähnlich einer herkömmlichen Gleichrichterdiode, wenn nicht wegen der Eigenschaft, auf Licht zu reagieren. Wenn Sie mit einem Tester „klingeln“, ist es besser, einen aktuellen Schalter zu verwenden. Wenn keine Beleuchtung vorhanden ist, sind die Ergebnisse dieselben wie bei einer herkömmlichen Diode: In Vorwärtsrichtung zeigt das Gerät einen geringen Widerstand, und in die entgegengesetzte Richtung bewegt sich der Pfeil des Geräts kaum.

Sie sagen, dass die Diode in die entgegengesetzte Richtung eingeschaltet ist (dieser Punkt sollte beachtet werden), damit der Strom nicht durch sie fließt. Wenn in diesem Fall die Fotodiode jedoch mit einer Glühbirne beleuchtet wird, springt der Pfeil abrupt zur Nullmarke.Diese Betriebsart der Fotodiode wird Fotodiode genannt.

Die Fotodiode hat auch eine photovoltaische Betriebsart: Wenn Licht auf sie trifft, ist es wie Solarbatterieerzeugt eine schwache Spannung, die, wenn sie verstärkt wird, als nützliches Signal verwendet werden kann. Häufiger wird die Fotodiode jedoch im Fotodiodenmodus verwendet.

Die Fotodioden des alten Designs sind ein Metallzylinder mit zwei Leitungen. Auf der anderen Seite befindet sich eine Glaslinse. Moderne Fotodioden haben ein Gehäuse aus transparentem Kunststoff, genau wie LEDs.

Fotodioden

Abb. 2. Fotodioden


Fototransistoren

Im Aussehen sind sie einfach nicht von LEDs zu unterscheiden, das gleiche Gehäuse besteht aus transparentem Kunststoff oder einem Zylinder mit einem Glas am Ende, und von ihm gibt es zwei Ausgänge - einen Kollektor und einen Emitter. Der Fototransistor scheint keinen Basisausgang zu benötigen, da das Eingangssignal dafür der Lichtfluss ist.

Einige Fototransistoren haben jedoch immer noch einen Basisausgang, wodurch neben Licht auch der Transistor elektrisch gesteuert werden kann. Dies ist in einigen Transistoroptokopplern zu finden, beispielsweise in AOT128 und importiertem 4N35, die im Wesentlichen funktionale Analoga sind. Ein Widerstand ist zwischen der Basis und dem Emitter des Fototransistors angeschlossen, um den Fototransistor leicht abzudecken, wie in 4 gezeigt.

Fototransistor

Abbildung 3. Fototransistor

Unser Optokoppler "hängt" normalerweise 10-100 kΩ, während das importierte "analoge" etwa 1 MΩ hat. Wenn Sie sogar 100K setzen, funktioniert es nicht, der Transistor ist nur fest geschlossen.


So überprüfen Sie einen Fototransistor

Ein Fototransistor kann einfach von einem Tester überprüft werden, auch wenn er keinen Basisausgang hat. Wenn ein Ohmmeter in einer beliebigen Polarität angeschlossen ist, ist der Widerstand des Kollektor-Emitter-Abschnitts ziemlich groß, da der Transistor geschlossen ist. Wenn Licht mit ausreichender Intensität und ausreichendem Spektrum auf die Linse gelangt, zeigt das Ohmmeter einen kleinen Widerstand - der Transistor ist geöffnet, wenn wir natürlich die Polarität der Testerverbindung erraten konnten. Tatsächlich ähnelt dieses Verhalten einem herkömmlichen Transistor, nur öffnet es sich mit einem elektrischen Signal und dieses mit einem Lichtstrom. Neben der Intensität des Lichtflusses spielt seine spektrale Zusammensetzung eine wichtige Rolle. Informationen zu Transistortestfunktionen finden Sie unter hier


Lichtspektrum

Typischerweise sind Photosensoren auf eine bestimmte Wellenlänge der Lichtstrahlung abgestimmt. Wenn es sich um Infrarotstrahlung handelt, reagiert ein solcher Sensor nicht gut auf blaue und grüne LEDs, die gut genug für Rot, eine Glühlampe und natürlich für Infrarot sind. Es akzeptiert auch kein Licht von Leuchtstofflampen. Daher kann der Grund für den schlechten Betrieb des Photosensors einfach ein unangemessenes Spektrum der Lichtquelle sein.

Es wurde oben geschrieben, wie man eine Fotodiode und einen Fototransistor klingelt. Hier sollten Sie auf eine scheinbar Kleinigkeit wie den Typ des Messgeräts achten. In einem modernen Digitalmultimeter befindet sich plus im Modus der Halbleiterkontinuität an derselben Stelle wie beim Messen der Gleichspannung, d.h. auf dem roten Draht.

Das Ergebnis der Messung ist der Spannungsabfall in Millivolt am pn-Übergang in Vorwärtsrichtung. Dies sind in der Regel Zahlen im Bereich von 500 bis 600, was nicht nur vom Typ des Halbleiterbauelements, sondern auch von der Temperatur abhängt. Mit zunehmender Temperatur nimmt diese Zahl für jeden Grad Celsius um 2 ab, was auf den Temperaturkoeffizienten des Widerstands des TCS zurückzuführen ist.

Bei Verwendung eines Zeigertesters muss beachtet werden, dass im Widerstandsmessmodus der positive Ausgang im Spannungsmessmodus auf dem Minus liegt. Bei solchen Überprüfungen ist es besser, die Fotosensoren mit einer Glühlampe aus nächster Nähe zu beleuchten.


Koppeln des Fotosensors mit einem Mikrocontroller

In letzter Zeit haben sich viele Radioenthusiasten sehr für die Entwicklung von Robotern interessiert. Meistens ist dies etwas Primitives, wie eine Box mit Batterien auf Rädern, aber schrecklich klug: hört alles, sieht alles und geht um Hindernisse herum.Er sieht alles nur aufgrund von Fototransistoren oder Fotodioden und vielleicht sogar aufgrund von Fotowiderständen.

Hier ist alles sehr einfach. Wenn es sich um einen Fotowiderstand handelt, reicht es aus, ihn wie im Diagramm angegeben und im Fall eines Fototransistors oder einer Fotodiode anzuschließen, um die Polarität nicht zu verwechseln. Rufen Sie sie zuerst an, wie oben beschrieben. Es ist besonders nützlich, diesen Vorgang durchzuführen. Wenn die Teile nicht neu sind, stellen Sie sicher, dass sie geeignet sind. Anschließen verschiedener Fotosensoren an Mikrocontroller in Abbildung 4 gezeigt.

Schemata zum Anschließen von Photosensoren an einen Mikrocontroller

Abbildung 4. Schemata zum Anschließen von Photosensoren an einen Mikrocontroller


Lichtmessung

Fotodioden und Fototransistoren weisen eine geringe Empfindlichkeit, eine hohe Nichtlinearität und ein sehr enges Spektrum auf. Die Hauptanwendung dieser Fotogeräte besteht darin, im Tastenmodus zu arbeiten: Ein - Aus. Daher ist die Erstellung von Belichtungsmessern auf ihnen ziemlich problematisch, obwohl früher in allen analogen Belichtungsmessern genau diese Photosensoren verwendet wurden.

Glücklicherweise steht die Nanotechnologie nicht still, sondern schreitet sprunghaft voran. Um die Beleuchtung "dort zu messen", haben sie einen speziellen Chip TSL230R entwickelt, der ein programmierbarer Wandler für die Beleuchtungsfrequenz ist.

Äußerlich ist das Gerät ein Chip in einem DIP8-Gehäuse aus transparentem Kunststoff. Alle Eingangs- und Ausgangssignale im Pegel sind mit der TTL-CMOS-Logik kompatibel, wodurch der Konverter problemlos mit jedem Mikrocontroller gekoppelt werden kann.

Mithilfe externer Signale können Sie die Empfindlichkeit der Fotodiode und die Skala des Ausgangssignals jeweils 1, 10, 100 und 2, 10 bzw. 100 Mal ändern. Die Abhängigkeit der Frequenz des Ausgangssignals von der Beleuchtung ist linear und reicht von Bruchteilen eines Hertz bis zu 1 MHz. Skalierungs- und Empfindlichkeitseinstellungen werden durchgeführt, indem nur 4 Eingänge mit Logikpegeln versorgt werden.

Die Mikroschaltung kann in den Mikroverbrauchsmodus (5 μA) eingeführt werden, für den es eine separate Schlussfolgerung gibt, obwohl sie im Betriebsmodus nicht besonders unersättlich ist. Bei einer Versorgungsspannung von 2,7 ... 5,5 V beträgt der Stromverbrauch nicht mehr als 2 mA. Für den Betrieb des Chips ist keine externe Umreifung erforderlich, außer dass der Sperrkondensator für die Stromversorgung.

Tatsächlich reicht es aus, einen Frequenzmesser an die Mikroschaltung anzuschließen und Beleuchtungswerte zu erhalten, anscheinend in einigen UEs. Bei Verwendung des Mikrocontrollers, der sich auf die Frequenz des Ausgangssignals konzentriert, können Sie die Beleuchtung im Raum oder einfach nach dem Prinzip "Ein- und Ausschalten" steuern.

TSL230R ist nicht der einzige Belichtungsmesser. Noch fortschrittlicher sind die Sensoren Maxim MAX44007-MAX44009. Ihre Abmessungen sind kleiner als die des TSL230R, der Stromverbrauch ist der gleiche wie bei anderen Sensoren im Schlafmodus. Der Hauptzweck solcher Lichtsensoren ist die Verwendung in batteriebetriebenen Geräten.


Photosensoren steuern die Beleuchtung

Eine der Aufgaben, die mit Hilfe von Fotosensoren ausgeführt werden, ist Lichtsteuerung. Solche Schemata werden genannt FotorelaisMeistens ist dies eine einfache Einbeziehung der Beleuchtung im Dunkeln. Zu diesem Zweck haben viele Amateure viele Schaltkreise entwickelt, von denen wir einige im nächsten Artikel betrachten werden.

Fortsetzung des Artikels: Fotorelais für die Lichtsteuerung

Siehe auch auf i.electricianexp.com:

  • Verwendung von Fotowiderständen, Fotodioden und Fototransistoren
  • Fotorelais für die Lichtsteuerung
  • So überprüfen Sie den Transistor
  • So wählen, konfigurieren und schließen Sie ein Fotorelais für den Außen- oder Innenbereich an ...
  • So messen Sie Spannung, Strom und Widerstand mit einem Multimeter, prüfen Dioden und ...

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    Kommentare:

    # 1 schrieb: Alexander | [Zitat]

     
     

    Vielen Dank! Ich habe viel über mich selbst für Fotosensoren gelernt! Im Internet werden Fotosensoren normalerweise nur als Fotorelais verstanden, und es gibt praktisch keine Informationen über ihr Gerät. Weitere Informationen zur Verwendung des Fotorelais zum automatischen Einschalten des Lichts. Aber niemand schreibt, wie alles funktioniert. Ich freue mich auf den zweiten Teil des Artikels!

     
    Kommentare:

    # 2 schrieb: Aliona | [Zitat]

     
     

    Der Artikel ist sehr nützlich, alles ist so klar gesagt, genau wie bei "Hausfrauen" !!! zwinkerte lächeln Ich stimme Alexander voll und ganz zu, da im Internet grundsätzlich Oberflächeninformationen gegeben werden, aber hier ist tieferes Material!

     
    Kommentare:

    # 3 schrieb: | [Zitat]

     
     

    Der Artikel ist interessant, über Fotosensoren, die sehr detailliert geschrieben wurden.
    Meiner Meinung nach ist es möglich, den Umfang der Photosensoren zu erweitern und sie nicht nur als Lichtpegelsensoren zu betrachten.

     
    Kommentare:

    # 4 schrieb: Anatoly | [Zitat]

     
     

    Respekt vor dem Autor! Sie haben eine gute Serie von Popularisierer! Dies ist eine Art Geschenk, um einfach über den Komplex sprechen zu können.
    Vielen Dank!

     
    Kommentare:

    # 5 schrieb: Maxime | [Zitat]

     
     

    Großartig! Alles ist einfach und klar.