Hogyan használjuk a fotorezisztoreket, a fotodiodekat és a fototranzisztorokat

Az érzékelők teljesen különbözőek. Eltérnek a cselekvés elvétől, a munkájuk logikájától és a fizikai jelenségektől és mennyiségektől, amelyekre képesek reagálni. A fényérzékelőket nem csak az automatikus világításvezérlő berendezésekben használják, hanem rengeteg eszközben használják őket, az energiaellátástól a riasztásokig és a biztonsági rendszerekig.

A fotoelektronikai eszközök fő típusai. Általános információk

A fotodetektor általános értelemben egy elektronikus eszköz, amely reagál az érzékeny részén bekövetkező fényáram változására. Eltérhetnek mind szerkezetükben, mind működésük szempontjából. Nézzük rájuk.

Fotómérők - változtassa meg az ellenállást világításkor

A fotorezisztor egy fényképészeti eszköz, amely megváltoztatja a vezetőképességet (ellenállást) a felületén eső fény mennyiségétől függően. Minél intenzívebb fény expozíció érzékeny terület, annál kevesebb az ellenállás. Itt egy vázlat.

Két fém elektródból áll, amelyek között félvezető anyag található. Amikor a fényáram eléri a félvezetőt, töltőhordozók szabadulnak fel benne, ez hozzájárul az áram átjutásához a fém elektródok között.

A fényáram energiáját arra használják, hogy az elektronok legyőzzék a sávrést, és átalakuljanak a vezető sávba. Félvezetőként a fényvezetők olyan anyagokat használnak, mint például: kadmium-szulfid, ólom-szulfid, kadmium-szelenit és mások. A fotorezisztor spektrális tulajdonsága az anyag típusától függ.

Vajon:

A spektrumjellemző információkat tartalmaz arról, hogy a fényáram mely hullámhosszai (színe) a leginkább érzékenyek a fotorezisztorra. Bizonyos esetekben a legnagyobb érzékenység és a munka hatékonysága érdekében gondosan kell kiválasztani a megfelelő hullámhosszú fénykibocsátót.

A fotorezisztort nem a megvilágítás pontos mérésére fejlesztették ki, hanem a fény jelenlétének meghatározására, a leolvasott adatok alapján a környezet világosabb vagy sötétebb lehet. A fotorezisztor áram-feszültség karakterisztikája a következő.

Ábrázolja az áramnak a feszültségtől való függését a fényáram különböző értékeihez: Ф - sötétség, Ф3 - ez erős fény. Lineáris. További fontos jellemző az érzékenység, mA-ban (μA) / (Lm * V) mérve. Ez tükrözi, hogy mekkora áram áramlik át az ellenálláson egy bizonyos fényárammal és egy alkalmazott feszültséggel.

A sötét ellenállás az aktív ellenállás a világítás teljes hiányában, ezt RT-vel jelölik, és a jellemző RT / Rb az ellenállás változásának sebessége a fotorezisztor állapotától a világítás hiányában a maximális megvilágított állapotig, illetve a lehető legkisebb ellenállásig.

A fotorezisztrátoroknak jelentős hátránya van - annak határfrekvenciája. Ez az érték írja le a szinuszos jel maximális frekvenciáját, amellyel modellezi a fényáramot, ahol az érzékenység 1,41-szer csökken. A referenciakönyvekben ezt vagy a frekvenciaérték, vagy egy időállandó tükrözi. Ez az eszközök sebességét tükrözi, amely általában több tíz mikrosekundumot vesz igénybe - 10 ^ (- 5) s. Ez nem teszi lehetővé, hogy ott használja, ahol nagy teljesítményre van szüksége.

Photodiode - a fényt elektromos töltéssé alakítja

A fotodiod olyan elem, amely az érzékeny területre belépő fényt elektromos töltéssé alakítja. Ennek oka az, hogy a töltő hordozók mozgásával kapcsolatos különböző folyamatok zajlanak a pn-csomópont besugárzása során.

Ha a vezetőképesség a fotorezisztoron a töltőhordozók félvezetőben történő mozgása miatt megváltozott, akkor a pn csomópont határán töltés alakul ki. Fényképezőgép és fotógenerátor módban működhet.

Szerkezetében ugyanaz, mint egy hagyományos dióda, de az esetén van egy ablak a fény áthaladására. Külső szempontból különféle kivitelűek.

A fekete test fotodiodai csak infravörös sugárzást fogadnak el. A fekete bevonat olyan, mint a színezés. Az IR spektrumot kiszűri, hogy kizárja az egyéb spektrumok sugárzásának kiváltásának lehetőségét.

A fotodiodok, mint a fotorezisztrátorok is, határfrekvenciával rendelkeznek, csak itt nagyságrenddel nagyobb és 10 MHz-ig eléri a jó teljesítményt. A P-i-N fotodiodok nagysebességűek - 100 MHz-1 GHz, ugyanúgy, mint a Schottky-akadályon alapuló diódák. A lavina diódák küszöbfrekvenciája körülbelül 1-10 GHz.

Fotokonverter módban egy ilyen dióda úgy működik, mint egy fény által vezérelt kulcs, mert ehhez előremenetileg csatlakozik az áramkörhöz. Vagyis a katód pozitív potenciállal (pluszig), az anód pedig negatív potenciállal (mínuszig) van.

Ha a diódát nem világítja meg a fény, csak az Iobrt fordított sötét árama áramlik (egységek és tíz μA), és amikor a dióda világít, fényáram kerül hozzá, amely csak a megvilágítás mértékétől (tíz mA) függ. Minél több fény, annál aktuálisabb.

Fényáram, ha egyenlő:

Iph = Sint * F,

ahol Sint az integrált érzékenység, Ф a fényáram.

Egy tipikus séma a fotodiod bekapcsolására fotokonverter módban. Vigyázzon a csatlakoztatás módjára - az áramforrással szemben ellentétes irányban.

Egy másik mód a generátor. Amikor a fény belép a fotodiodba, feszültséget generál annak végén, míg a rövidzárlati áram ebben a módban tíz amper. Emlékeztet napelemek működésede alacsony fogyasztásúak

Fototranzisztorok - nyitva a beeső fény mennyiségével

A fototranzisztor eredendő bipoláris tranzisztor amelynek az alapkimenet helyett egy ablaka van, ahol a fény beléphet. A működés elve és ennek oka hasonló a korábbi eszközökhöz. A bipoláris tranzisztorokat az alapon átáramló áram mennyisége, a fototranzisztorokat pedig analógia útján a fény mennyisége szabályozza.

Az UGO néha mégis ábrázolja az alap kimenetét. Általában a fototranzisztorhoz és a szokásoshoz is feszültséget kell bevezetni, és a második opciót úszó alappal kell bekapcsolni, amikor az alapkimenet kihasználatlan marad.

A fototranzisztorok szintén szerepelnek az áramkörben.

Vagy cserélje át a tranzisztort és az ellenállást, attól függően, hogy mire van szüksége. Fény hiányában egy sötét áram áramlik át a tranzisztoron, amely az alapáramból alakul ki, amelyet Ön beállíthat.

A kívánt alapáram beállításával beállíthatja a fototranzisztor érzékenységét az alap ellenállásának kiválasztásával. Ily módon a leggyengébb fény is rögzíthető.

A szovjet időkben a rádióamatőrök saját kezükben készítettek fénytranzisztorokat - fényképernyőt készítettek, az eset egy részét egy hagyományos tranzisztorral levágva. Ehhez kiválóak az olyan tranzisztorok, mint az MP14-MP42.

Az áram-feszültség karakterisztikától látható, hogy a fényáram függ a világítástól, míg gyakorlatilag független a kollektor-emitter feszültségétől.

A bipoláris fototranzisztorokon kívül vannak mezők is. A bipoláris egységek 10-100 kHz frekvencián működnek, akkor a terepi érzékenyebbek. Érzékenységük több amper / lumen értéket ér el, és „gyorsabb” - akár 100 MHz-ig. A terepi tranzisztorok érdekes tulajdonsággal bírnak: a fényáram maximális értékénél a kapu feszültsége szinte nem befolyásolja a lefolyó áramot.

A fotoelektronikai eszközök köre

Mindenekelőtt mérlegelnie kell az alkalmazásuk ismert módjait, például a fény automatikus bevonását.

A fenti ábra a legegyszerűbb eszköz a rakomány be- és kikapcsolására bizonyos fényviszonyok között. FD320 fotodiode Amikor a fény belép, egy bizonyos feszültség kinyílik, és az R1 csökken egy bizonyos feszültséget, amikor az értéke elegendő a VT1 tranzisztor kinyitásához - kinyit, és nyit egy másik tranzisztort - VT2. Ez a két tranzisztor egy kétlépcsős áramerősítő, amely a K1 relétekercs táplálásához szükséges.

VD2 dióda - ahhoz szükséges, hogy elnyomja az EMF önindukciót, amely a tekercs kapcsolásakor jön létre. A terhelés egyik vezetéke a relé bemeneti csatlakozójához van csatlakoztatva, a felső a séma szerint (váltakozó áram - fázis vagy nulla).

Általában zárt és nyitott érintkezők vannak, ezekre vagy a bekapcsolandó áramkör kiválasztásához, vagy a hálózati terhelés be- vagy kikapcsolásához van szükség, amikor a kívánt megvilágítás eléri. Az R1 potenciométerre van szükség az eszköz beállításához, hogy a megfelelő fénymennyiséggel működjön. Minél nagyobb az ellenállás, annál kevesebb fényre van szükség az áramkör bekapcsolásához.

Ennek a sémanak a variációit a legtöbb hasonló eszközben használják, szükség esetén egy bizonyos funkciókkal kiegészítve.

A fényterhelés bekapcsolása mellett az ilyen fotodetektorokat különféle vezérlőrendszerekben is használják, például a fotoérzékelőket gyakran használják a metró forgóvilláin a forgótányér jogosulatlan (mezei nyúl) áthaladásának észlelésére.

A nyomdában, amikor egy papírcsík eltörik, fény jut be a fényérzékelőbe, és ezzel jelet ad a kezelőnek erről. Az emitter a papír egyik oldalán, a fotodetektor a hátoldalán található. Ha a papír szakadt, az emitter fénye eljut a fotodetektorhoz.

Bizonyos típusú riasztásokban egy emitter és egy fotodetektor szolgál érzékelőként a helyiségbe való belépéshez, és infravörös eszközöket használnak, hogy a sugárzás ne legyen látható.

Az IR spektrumot illetően nem említheti a TV-vevőt, amely a csatornák váltásakor a távirányítón lévő IR LED-jektől veszi a jeleket. Az információkat különleges módon kódolja, és a TV megérti, amire szüksége van.

Az így korábban mobiltelefonok infravörös portjain továbbított információk. Az átviteli sebességet mind a szekvenciális átviteli módszer, mind a készülék működési elve korlátozza.

A számítógépes egerek a fotoelektronikai eszközökhöz kapcsolódó technológiákat is használnak.

Jelentés továbbítása elektronikus áramkörökben

Az optoelektronikai eszközök olyan eszközök, amelyekben egy adó és a fotodetektor ugyanabban a házban van, például a fentiekben leírtak. Szükségük van az elektromos áramkör két áramkörének csatlakoztatására.

Erre a galvanikus leválasztáshoz, a gyors jelátvitelhez, valamint az egyenáramú és a váltakozó áramú áramkörök csatlakoztatásához van szükség, mint például a triacvezérlés esetén egy 220 V-os 5 V-os áramkörben a mikrovezérlő jelével.

Grafikus megjelöléssel rendelkezik, amely információkat tartalmaz az optocsatolóban használt elemek típusáról.

Nézzünk meg néhány példát az ilyen eszközök használatára.

A triac ellenőrzése mikrovezérlővel

Tirisztor vagy triac átalakító tervezésekor probléma merül fel. Először is, ha az átmenet a vezérlő kimenetén áttörik - a mikrovezérlő tűjéhez nagy potenciál esni fog, és ez utóbbi kudarcot vall. Ehhez speciális illesztőprogramokat fejlesztettek ki, például egy optosymistor néven, például MOC3041.

Optocsatoló visszacsatolás

A stabilizált kapcsoló tápegységekben visszajelzésre van szükség. Ha kizárjuk a galvanikus leválasztást ebben az áramkörben, akkor az operációs rendszer áramkörének egyes alkatrészeinek meghibásodása esetén nagy potenciál jelenik meg a kimeneti áramkörön, és a csatlakoztatott berendezések meghibásodnak, nem arról beszélek, hogy sokkoló lehet.

Egy adott példában egy ilyen operációs rendszer megvalósítását látja a kimeneti áramkörtől a tranzisztor visszacsatoló tekercséig (vezérléséig) egy U1 sorozatszámú optocsatolóval.

megállapítások

A foto- és az optoelektronika az elektronika nagyon fontos szakasza, amely jelentősen javította a berendezés minőségét, költségét és megbízhatóságát. Optocsatolóval kizárható az ilyen áramkörökben egy leválasztó transzformátor használata, ami csökkenti az általános méreteket. Ezen felül néhány eszközt egyszerűen lehetetlen megvalósítani ilyen elemek nélkül.