Hoe fotoresistors, fotodiodes en fototransistors te gebruiken

Sensoren zijn compleet anders. Ze verschillen in principe van actie, de logica van hun werk en de fysieke fenomenen en hoeveelheden waarop ze kunnen reageren. Lichtsensoren worden niet alleen gebruikt in automatische lichtregelapparatuur, ze worden gebruikt in een groot aantal apparaten, van voedingen tot alarmen en beveiligingssystemen.

De belangrijkste soorten foto-elektronische apparaten. Algemene informatie

Een fotodetector in algemene zin is een elektronisch apparaat dat reageert op een verandering in de lichtstroom die invalt op zijn gevoelige deel. Ze kunnen verschillen, zowel qua structuur als qua werking. Laten we ze bekijken.

Fotoresistors - verander de weerstand bij het aansteken

Een fotoresistor is een fotografisch apparaat dat de geleidbaarheid (weerstand) verandert afhankelijk van de hoeveelheid licht die op het oppervlak invalt. Hoe intenser blootstelling aan licht gevoelig gebied, hoe minder weerstand. Hier is een schema van.

Het bestaat uit twee metalen elektroden, waartussen zich een halfgeleidermateriaal bevindt. Wanneer de lichtstroom de halfgeleider raakt, komen er ladingdragers in vrij, dit draagt ​​bij aan de doorgang van stroom tussen de metaalelektroden.

De energie van de lichtstroom wordt besteed aan het overbruggen van de bandafstand door de elektronen en hun overgang naar de geleidingsband. Als halfgeleider gebruiken fotogeleiders materialen zoals: cadmiumsulfide, loodsulfide, cadmiumseleniet en andere. De spectrale karakteristiek van de fotoresistor hangt af van het type van dit materiaal.

I wonder:

De spectrale karakteristiek bevat informatie over welke golflengten (kleur) van de lichtstroom het meest gevoelig zijn voor een fotoresistor. In sommige gevallen is het noodzakelijk om zorgvuldig een lichtzender van de juiste golflengte te selecteren om de grootste gevoeligheid en werkefficiëntie te bereiken.

De fotoresistor is niet ontworpen om de verlichting nauwkeurig te meten, maar om de aanwezigheid van licht te bepalen, volgens de meetwaarden, kan de omgeving lichter of donkerder worden gedetecteerd. De stroomspanningskarakteristiek van de fotoresistor is als volgt.

Het geeft de afhankelijkheid van stroom van spanning weer voor verschillende waarden van de lichtstroom: Ф - duisternis en Ф3 - dit is helder licht. Het is lineair. Een ander belangrijk kenmerk is gevoeligheid, deze wordt gemeten in mA (μA) / (Lm * V). Dit geeft aan hoeveel stroom door de weerstand vloeit, met een bepaalde lichtstroom en een aangelegde spanning.

Donkere weerstand is de actieve weerstand in de volledige afwezigheid van verlichting, het wordt aangeduid met RT, en de karakteristieke RT / Rb is de snelheid van verandering in weerstand van de toestand van de fotoresistor in de volledige afwezigheid van verlichting naar de maximaal verlichte toestand, respectievelijk de minimaal mogelijke weerstand.

Fotoresistors hebben een aanzienlijk nadeel - de afsnijfrequentie. Deze waarde beschrijft de maximale frequentie van het sinusvormige signaal waarmee u de lichtstroom modelleert, waarbij de gevoeligheid met 1,41 keer afneemt. In naslagwerken wordt dit weerspiegeld door de frequentiewaarde of door een tijdconstante. Het geeft de snelheid van apparaten weer, die meestal tientallen microseconden nodig heeft - 10 ^ (- 5) s. Hiermee kunt u het niet gebruiken waar u hoge prestaties nodig hebt.

Fotodiode - zet licht om in elektrische lading

Een fotodiode is een element dat licht dat een gevoelig gebied binnenkomt, omzet in een elektrische lading. Dit komt omdat verschillende processen geassocieerd met de beweging van ladingsdragers plaatsvinden tijdens bestraling in de pn-overgang.

Als de geleidbaarheid op de fotoresistor veranderde als gevolg van de beweging van ladingsdragers in de halfgeleider, wordt een lading gevormd aan de grens van de pn-overgang. Het kan werken in de modus van een fotoconverter en een fotogenerator.

In structuur is het hetzelfde als een conventionele diode, maar op zijn geval is er een venster voor de doorgang van licht. Uiterlijk komen ze in verschillende ontwerpen.

Fotodiodes met zwarte body accepteren alleen infraroodstraling. Zwarte coating is zoiets als verven. Filtert het IR-spectrum om de mogelijkheid van het activeren van de straling van andere spectra uit te sluiten.

Fotodiodes hebben, net als fotoresistors, een afsnijfrequentie, alleen hier zijn ze ordes van grootte groter en bereiken ze 10 MHz, wat zorgt voor goede prestaties. P-i-N fotodiodes hebben een hoge snelheid - 100 MHz-1 GHz, zoals diodes op basis van de Schottky-barrière. Lawinediodes hebben een afsnijfrequentie van ongeveer 1-10 GHz.

In de fotoconverter-modus werkt een dergelijke diode als een sleutel die wordt bestuurd door licht, hiervoor is deze verbonden met het circuit in voorwaartse voorspanning. Dat wil zeggen, de kathode tot een punt met een meer positieve potentiaal (tot plus), en de anode tot een meer negatieve potentiaal (tot min).

Wanneer de diode niet door licht wordt verlicht, stroomt alleen de omgekeerde donkere stroom Iobrt (eenheden en tientallen μA), en wanneer de diode brandt, wordt er een fotostroom aan toegevoegd, die alleen afhankelijk is van de verlichtingsgraad (tientallen mA). Hoe meer licht, hoe actueler.

Fotostroom Als is gelijk aan:

Iph = Sint * F,

waar Sint de integrale gevoeligheid is, is Ф de lichtstroom.

Een typisch schema voor het inschakelen van een fotodiode in de fotoconvertermodus. Besteed aandacht aan hoe het is aangesloten - in de tegenovergestelde richting ten opzichte van de stroombron.

Een andere modus is de generator. Wanneer licht de fotodiode binnenkomt, wordt spanning gegenereerd op de terminals, terwijl de kortsluitstromen in deze modus tientallen ampères zijn. Het herinnert eraan werking van zonnecellenmaar hebben een laag vermogen.

Fototransistors - open door de hoeveelheid invallend licht

Fototransistor is inherent bipolaire transistor die in plaats van de basisuitgang een venster heeft waar licht naar binnen kan gaan. Het werkingsprincipe en de redenen voor dit effect zijn vergelijkbaar met eerdere apparaten. Bipolaire transistoren worden geregeld door de hoeveelheid stroom die door de basis stroomt, en fototransistoren worden analoog aangestuurd door de hoeveelheid licht.

Soms geeft UGO nog steeds de output van de basis weer. Over het algemeen wordt de spanning geleverd aan de fototransistor evenals aan de gebruikelijke, en de tweede optie wordt ingeschakeld met een zwevende basis, wanneer de basisuitgang ongebruikt blijft.

Fototransistors zijn eveneens opgenomen in het circuit.

Of verwissel de transistor en weerstand, afhankelijk van wat u precies nodig hebt. Bij afwezigheid van licht stroomt een donkere stroom door de transistor, die wordt gevormd door de basisstroom, die u zelf kunt instellen.

Door de vereiste basisstroom in te stellen, kunt u de gevoeligheid van de fototransistor instellen door de basisweerstand te selecteren. Op deze manier kan zelfs het zwakste licht worden vastgelegd.

In de Sovjettijd maakten radioamateurs fototransistors met hun eigen handen - ze maakten een raam voor licht en sneden een deel van de behuizing af met een conventionele transistor. Hiervoor zijn transistors zoals MP14-MP42 uitstekend.

Van de stroomspanningskarakteristiek is de afhankelijkheid van de fotostroom van verlichting zichtbaar, terwijl deze praktisch onafhankelijk is van de collector-emitterspanning.

Naast bipolaire fototransistors zijn er velddragers. Bipolaire degenen werken op frequenties van 10-100 kHz, dan zijn die in het veld gevoeliger. Hun gevoeligheid bereikt verschillende ampères per lumen en meer "snel" - tot 100 MHz. Veldeffecttransistoren hebben een interessant kenmerk: bij maximale waarden van de lichtstroom heeft de poortspanning bijna geen invloed op de afvoerstroom.

Scopes van foto-elektronische apparaten

Allereerst moet u overwegen meer bekende opties voor hun toepassing, bijvoorbeeld automatische opname van licht.

Het bovenstaande diagram is het eenvoudigste apparaat voor het in- en uitschakelen van de belasting in een bepaalde lichtomstandigheden. Fotodiode FD320 Wanneer er licht binnenkomt, wordt een bepaalde spanning geopend en daalt R1 een bepaalde spanning wanneer de waarde voldoende is om de transistor VT1 te openen - deze opent en opent een andere transistor - VT2. Deze twee transistoren zijn een tweetraps stroomversterker, nodig om de relaisspoel K1 te voeden.

Diode VD2 - nodig om de EMF-zelfinductie te onderdrukken, die wordt gevormd bij het schakelen van de spoel. Een van de draden van de belasting is verbonden met de relaisingangsaansluiting, de bovenste volgens het schema (voor wisselstroom - fase of nul).

We hebben normaal gesloten en open contacten, ze zijn nodig om het circuit te selecteren dat moet worden ingeschakeld, of om te selecteren om de belasting van het netwerk in of uit te schakelen wanneer de vereiste verlichting is bereikt. Potentiometer R1 is nodig om het apparaat aan te passen om met de juiste hoeveelheid licht te werken. Hoe groter de weerstand, hoe minder licht nodig is om het circuit in te schakelen.

Variaties van dit schema worden in de meeste vergelijkbare apparaten gebruikt, en voegen zo nodig een bepaalde set functies toe.

Naast het inschakelen van de lichtbelasting, worden dergelijke fotodetectors gebruikt in verschillende regelsystemen, bijvoorbeeld worden fotoresistors vaak gebruikt op metroturnstiles om niet-geautoriseerde (haas) kruising van de tourniquet te detecteren.

In een drukkerij komt, wanneer een strook papier breekt, licht de fotodetector binnen en geeft de operator hier een signaal over. De zender bevindt zich aan één kant van het papier en de fotodetector bevindt zich aan de achterkant. Wanneer het papier gescheurd is, bereikt het licht van de zender de fotodetector.

Bij sommige soorten alarmen worden een zender en een fotodetector gebruikt als sensoren voor het betreden van de kamer en worden infraroodapparaten gebruikt zodat de straling niet zichtbaar is.

Wat betreft het IR-spectrum, kunt u de TV-ontvanger niet noemen, die signalen ontvangt van de IR-LED in de afstandsbediening wanneer u van zender wisselt. Informatie wordt op een speciale manier gecodeerd en de tv begrijpt wat u nodig hebt.

Informatie die aldus eerder is verzonden via de infraroodpoorten van mobiele telefoons. De transmissiesnelheid wordt beperkt door zowel de sequentiële transmissiemethode als het werkingsprincipe van het apparaat zelf.

Computermuizen gebruiken ook technologie die verband houdt met foto-elektronische apparaten.

Toepassing voor signaaloverdracht in elektronische schakelingen

Opto-elektronische apparaten zijn apparaten die een zender en een fotodetector in dezelfde behuizing combineren, zoals hierboven beschreven. Ze zijn nodig om twee circuits van het elektrische circuit te verbinden.

Dit is nodig voor galvanische isolatie, snelle signaaloverdracht en voor het aansluiten van DC- en AC-circuits, zoals in het geval van triac-regeling in een 220 V 5 V-circuit met een signaal van de microcontroller.

Ze hebben een grafische aanduiding die informatie bevat over het type elementen dat in de optocoupler wordt gebruikt.

Overweeg een paar voorbeelden van het gebruik van dergelijke apparaten.

Een triac besturen met een microcontroller

Als u een thyristor of triac-converter ontwerpt, zult u een probleem tegenkomen. Ten eerste, als de overgang op de besturingsuitgang doorbreekt - naar de pin van de microcontroller hoog potentieel zal vallen en de laatste zal falen. Hiervoor zijn speciale stuurprogramma's ontwikkeld, met een element dat een optosymistor wordt genoemd, bijvoorbeeld MOC3041.

Optokoppel Feedback

In gestabiliseerde schakelvoedingen is feedback vereist. Als we galvanische isolatie in dit circuit uitsluiten, zal in geval van storing van sommige componenten in het OS-circuit een hoog potentieel op het uitgangscircuit verschijnen en de aangesloten apparatuur zal falen, ik heb het niet over het feit dat u geschokt kunt zijn.

In een specifiek voorbeeld ziet u de implementatie van een dergelijk besturingssysteem van het uitgangscircuit naar de feedbackwikkeling (besturing) van de transistor met behulp van een optocoupler met de seriële aanduiding U1.

bevindingen

Foto en opto-elektronica zijn zeer belangrijke onderdelen in de elektronica, die de kwaliteit van de apparatuur, de kosten en betrouwbaarheid aanzienlijk hebben verbeterd. Met behulp van een optocoupler is het mogelijk om het gebruik van een scheidingstransformator in dergelijke circuits uit te sluiten, wat de totale afmetingen vermindert. Bovendien zijn sommige apparaten eenvoudigweg niet te implementeren zonder dergelijke elementen.