Cara menggunakan photoresistors, photodiodes dan phototransistors

Sensor sangat berbeza. Mereka berbeza dari segi tindakan, logik kerja mereka dan fenomena fizikal dan kuantiti yang mereka dapat bertindak balas. Sensor cahaya tidak hanya digunakan dalam peralatan kawalan pencahayaan automatik, ia digunakan dalam sejumlah besar peranti, dari bekalan kuasa ke penggera dan sistem keselamatan.

Jenis utama peranti fotoelektronik. Maklumat am

Photodetector secara umum adalah peranti elektronik yang merespon perubahan dalam kejadian fluks cahaya pada bahagian sensitifnya. Mereka mungkin berbeza, baik dalam struktur dan prinsip operasi. Mari lihat mereka.

Photoresistors - menukar rintangan apabila lampu

Photoresistor adalah peranti fotografi yang mengubah kekonduksian (rintangan) bergantung kepada jumlah kejadian cahaya pada permukaannya. Lebih sengit pendedahan cahaya kawasan sensitif, rintangan kurang. Inilah skema itu.

Ia terdiri daripada dua elektrod logam, di antaranya terdapat bahan semikonduktor. Apabila fluks cahaya menyentuh semikonduktor, pembawa caj dikeluarkan di dalamnya, ini menyumbang kepada laluan arus antara elektrod logam.

Tenaga dari fluks cahaya dibelanjakan untuk mengatasi jurang band oleh elektron dan peralihan mereka ke dalam jalur konduksi. Sebagai semikonduktor, fotokonduktor menggunakan bahan-bahan seperti: Sulfida Kadmium, Sulfida Sulfida, Cadmium Selenite dan lain-lain. Ciri spektrum fotoresistor bergantung kepada jenis bahan ini.

Menarik:

Ciri spektral mengandungi maklumat tentang panjang gelombang (warna) dari fluks cahaya yang paling sensitif terhadap photoresistor. Bagi sesetengah keadaan, perlu memilih dengan teliti pemancar cahaya dengan panjang gelombang yang sesuai, untuk mencapai kepekaan yang tinggi dan kecekapan kerja.

Photoresistor tidak direka untuk mengukur pencahayaan secara tepat, tetapi untuk menentukan kehadiran cahaya, menurut bacaannya, alam sekitar dapat dikesan lebih ringan atau lebih gelap. Ciri-ciri voltan semasa photoresistor adalah seperti berikut.

Ia menggambarkan pergantungan arus pada voltan untuk pelbagai nilai fluks cahaya: F - kegelapan, dan Ф3 - ini adalah cahaya terang. Ia adalah linear. Ciri penting lain adalah kepekaan, ia diukur dalam mA (μA) / (Lm * V). Ini mencerminkan berapa aliran semasa melalui perintang, dengan fluks bercahaya tertentu dan voltan yang digunakan.

Rintangan gelap adalah rintangan aktif dalam ketiadaan sepenuhnya pencahayaan, ia dilambangkan oleh RT, dan ciri RT / Rb adalah kadar perubahan rintangan dari keadaan photoresistor dalam ketiadaan lengkap pencahayaan kepada keadaan yang diterangi maksimum dan rintangan minimum yang mungkin masing-masing.

Photoresistors mempunyai kelemahan yang ketara - frekuensi cutoffnya. Nilai ini menerangkan kekerapan maksimum isyarat sinusoidal dengan mana anda membuat model fluks bercahaya, di mana sensitiviti berkurangan sebanyak 1.41 kali. Dalam buku rujukan, ini ditunjukkan sama ada dengan nilai frekuensi, atau melalui pemalar masa. Ia mencerminkan kelajuan peranti, yang biasanya mengambil puluhan mikrodetik - 10 ^ (- 5) s. Ini tidak membenarkan anda menggunakannya di mana anda memerlukan prestasi tinggi.

Photodiode - menukarkan cahaya ke dalam cas elektrik

Photodiode adalah elemen yang menukar cahaya memasuki kawasan sensitif ke dalam cas elektrik. Ini adalah kerana pelbagai proses yang berkaitan dengan pergerakan pembawa caj berlaku semasa penyinaran di simpang pn.

Jika kekonduksian berubah pada photoresistor disebabkan oleh gerakan pembawa caj di semikonduktor, maka caj dibentuk di sempadan persimpangan pn. Ia boleh beroperasi dalam mod fotokonverter dan penjana foto.

Dalam strukturnya, ia adalah sama seperti diod konvensional, tetapi dalam kesnya ada tingkap untuk laluan cahaya. Secara luar, mereka datang dalam pelbagai reka bentuk.

Fotodiodi badan hitam hanya menerima sinaran inframerah. Salutan hitam adalah seperti warna. Menyaring spektrum IR untuk mengecualikan kemungkinan mencetuskan radiasi spektrum lain.

Photodiod, seperti photoresistors, mempunyai frekuensi cutoff, hanya di sini ia adalah pesanan magnitud yang lebih besar dan mencapai 10 MHz, yang membolehkan prestasi yang baik. Foto-foto P-i-N mempunyai kelajuan tinggi - 100 MHz-1 GHz, seperti dioda berdasarkan halangan Schottky. Diod avalanche mempunyai kekerapan pada kira-kira 1-10 GHz.

Dalam mod photoconverter, seperti diod berfungsi seperti kunci yang dikawal oleh cahaya, kerana ini disambungkan kepada litar dalam kecenderungan ke hadapan. Iaitu, katod ke titik dengan potensi yang lebih positif (ke tambah), dan anod ke potensi yang lebih negatif (to minus).

Apabila diod tidak diterangi oleh cahaya, hanya arus Iobrt arus gelap terbalik (unit dan puluhan μA), dan apabila diod dinyalakan, suatu fotostat ditambah kepadanya, yang hanya bergantung pada tahap pencahayaan (puluhan mA). Semakin banyak cahaya, lebih banyak saat ini.

Fotokimia Jika sama dengan:

Iph = Sint * F,

di mana Sint adalah kepekaan integral, F adalah fluks bercahaya.

Skim tipikal untuk menukar photodiode dalam mod fotoconverter. Beri perhatian kepada bagaimana ia disambungkan - dalam arah yang bertentangan dengan sumber kuasa.

Mod lain ialah penjana. Apabila cahaya memasuki fotodiode, voltan dihasilkan di terminalnya, manakala arus litar pintas dalam mod ini adalah puluhan amperes. Ia mengingatkan operasi sel solartetapi mempunyai kuasa yang rendah.

Phototransistor - dibuka dengan jumlah cahaya insiden

Phototransistor adalah semulajadi transistor bipolar yang bukannya output asas mempunyai tetingkap dalam hal cahaya untuk masuk ke sana. Prinsip operasi dan sebab-sebab kesan ini serupa dengan peranti sebelumnya. Transistor bipolar dikawal oleh jumlah arus mengalir melalui pangkalan, dan phototransistors, oleh analogi, dikawal oleh jumlah cahaya.

Kadang-kadang UGO masih menggambarkan output pangkalannya. Secara umum, voltan dibekalkan kepada phototransistor dan juga yang biasa, dan opsyen kedua dihidupkan dengan pangkalan terapung, apabila output asas tetap tidak digunakan.

Fototransistor juga termasuk dalam litar.

Atau swap transistor dan perintang, bergantung pada apa yang anda perlukan. Dalam ketiadaan cahaya, arus gelap mengalir melalui transistor, yang terbentuk dari arus pangkalan, yang mana anda boleh menetapkan sendiri.

Dengan menetapkan arus asas yang diperlukan, anda boleh menetapkan kepekaan phototransistor dengan memilih perintang asasnya. Dengan cara ini, cahaya terang pun boleh ditangkap.

Di zaman Soviet, amatur radio membuat phototransistor dengan tangan mereka sendiri - mereka membuat tingkap untuk cahaya, memotong bahagian kes dengan transistor konvensional. Untuk ini, transistor seperti MP14-MP42 sangat baik.

Dari ciri-ciri voltan semasa, kebergantungan fotokopi pada pencahayaan boleh dilihat, manakala praktikalnya tidak bergantung kepada voltan pemancar pemancar.

Sebagai tambahan kepada phototransistors bipolar, terdapat bidang yang ada. Bipolar beroperasi pada frekuensi 10-100 kHz, maka bidang yang lebih sensitif. Kepekaan mereka mencapai beberapa amperes per lumen, dan lebih "pantas" - sehingga 100 MHz. Transistor kesan medan mempunyai ciri yang menarik: pada nilai maksimum fluks bercahaya, voltan pintu hampir tidak menjejaskan aliran saliran.

Skop peranti fotoelektronik

Pertama sekali, anda harus mempertimbangkan lebih banyak pilihan yang biasa untuk aplikasi mereka, sebagai contoh, kemasukan cahaya secara automatik.

Rajah yang ditunjukkan di atas adalah peranti paling mudah untuk menghidupkan dan mematikan beban dalam keadaan cahaya tertentu. Photodiode FD320 Apabila cahaya memasukinya, voltan tertentu terbuka dan R1 menjatuhkan voltan tertentu apabila nilainya mencukupi untuk membuka transistor VT1 - ia membuka dan membuka transistor yang lain - VT2. Kedua-dua transistor ini adalah penguat arus dua peringkat, yang perlu untuk menggerakkan gegelung geganti K1.

Diode VD2 - diperlukan untuk menekan induksi diri EMF, yang terbentuk apabila menukar gegelung. Salah satu wayar dari beban disambungkan ke terminal masukan geganti, yang teratas mengikut skema (untuk penggantian fasa semasa atau sifar).

Kami biasanya menutup dan membuka kenalan, sama ada untuk memilih litar yang hendak dihidupkan, atau untuk memilih untuk menghidupkan atau mematikan beban dari rangkaian apabila pencahayaan yang diperlukan dicapai. Potentiometer R1 diperlukan untuk menyesuaikan peranti untuk beroperasi pada jumlah cahaya yang tepat. Semakin besar rintangan, cahaya yang kurang diperlukan untuk menghidupkan litar.

Variasi skema ini digunakan dalam kebanyakan peranti yang serupa, sambil menambahkan satu set fungsi tertentu jika perlu.

Selain beralih pada beban cahaya, photodetectors tersebut digunakan dalam pelbagai sistem kawalan, contohnya, photoresistors sering digunakan di turnstiles metro untuk mengesan lintasan (kelentit) yang tidak dibenarkan dari turnstile.

Di rumah percetakan, apabila jalur kertas pecah, cahaya memasuki photodetector dan dengan itu memberikan pengendali isyarat mengenai perkara ini. Pemancar adalah pada satu sisi kertas, dan photodetector berada di belakang. Apabila kertas itu koyak, cahaya dari pemancar mencapai photodetector.

Dalam beberapa jenis penggera, pemancar dan photodetector digunakan sebagai sensor untuk memasuki bilik, dan peranti inframerah digunakan supaya radiasi tidak dapat dilihat.

Mengenai spektrum IR, anda tidak boleh menyebut penerima TV, yang menerima isyarat daripada LED IR di alat kawalan jauh apabila anda menukar saluran. Maklumat dikodkan dengan cara yang istimewa dan TV memahami apa yang anda perlukan.

Maklumat itu sebelum ini dihantar melalui port inframerah telefon bimbit. Kelajuan penghantaran adalah terhad oleh kaedah penghantaran berurutan dan prinsip pengendalian peranti itu sendiri.

Tikus komputer juga menggunakan teknologi yang berkaitan dengan peranti fotoelektronik.

Permohonan penghantaran isyarat dalam litar elektronik

Peranti optoelektronik adalah peranti yang menggabungkan pemancar dan fotodetektor dalam perumahan yang sama, seperti yang diterangkan di atas. Mereka diperlukan untuk menyambung dua litar litar elektrik.

Ini adalah perlu untuk pengasingan galvanik, penghantaran isyarat cepat, serta untuk menyambungkan litar DC dan AC, seperti dalam hal kawalan triac dalam litar 220 V 5 V dengan isyarat dari mikrokontroler.

Mereka mempunyai jawatan grafik yang mengandungi maklumat mengenai jenis elemen yang digunakan di dalam optocoupler.

Pertimbangkan beberapa contoh penggunaan peranti sedemikian.

Mengawal triac menggunakan mikrokontroler

Jika anda merancang thyristor atau converter triac, anda akan menghadapi masalah. Pertama, jika peralihan pada output kawalan terputus - kepada pin mikropengawal tersebut potensi yang tinggi akan jatuh dan yang terakhir akan gagal. Untuk ini, pemandu khas telah dibangunkan, dengan elemen yang disebut optosymistor, sebagai contoh, MOC3041.

Maklumbalas Optocouple

Dalam bekalan kuasa pensuisan yang stabil, maklum balas diperlukan. Sekiranya kita tidak mengasingkan pengasingan galvanik dalam litar ini, maka jika berlaku kegagalan sesetengah komponen dalam litar OS, potensi yang tinggi akan muncul di litar output dan peralatan yang berkaitan akan gagal, saya tidak bercakap tentang hakikat bahawa anda boleh terkejut.

Dalam contoh tertentu, anda melihat perlaksanaan OS seperti itu dari litar keluaran kepada maklumbalas berliku (kawalan) transistor menggunakan optocoupler dengan penamaan bersiri U1.

Kesimpulan

Foto dan optoelektronik adalah bahagian penting dalam elektronik, yang telah meningkatkan kualiti peralatan, kos dan kebolehpercayaan yang ketara. Menggunakan optocoupler, adalah mungkin untuk mengecualikan penggunaan pengubah pengasingan dalam litar seperti ini, yang mengurangkan dimensi keseluruhan. Di samping itu, sesetengah peranti hanya mustahil untuk dilaksanakan tanpa elemen tersebut.