Cum se utilizează fotorezistorii, fotodiodele și fototransistorii

Senzorii sunt complet diferiți. Ele diferă în principiu de acțiune, logica muncii lor și fenomenele fizice și cantitățile la care sunt capabili să răspundă. Senzorii de lumină nu sunt folosiți doar în echipamentele automate de control al iluminatului, ci sunt folosiți într-un număr foarte mare de dispozitive, de la surse de alimentare la alarme și sisteme de securitate.

Principalele tipuri de dispozitive fotoelectronice. Informații generale

Un fotodetector în sens general este un dispozitiv electronic care răspunde la o schimbare a incidentului fluxului luminos din partea sa sensibilă. Acestea pot diferi, atât din punct de vedere al structurii, cât și al principiului funcționării. Să ne uităm la ele.

Fotorezistorii - schimbă rezistența la iluminare

Un fotorezistor este un dispozitiv fotografic care modifică conductivitatea (rezistența) în funcție de cantitatea de lumină incidentă pe suprafața sa. Cu cât este mai intens expunere la lumină zonă sensibilă, cu atât rezistența este mai mică. Iată o schemă a acesteia.

Este format din doi electrozi metalici, între care există un material semiconductor. Atunci când fluxul de lumină atinge semiconductorul, în el se eliberează purtători de sarcină, acest lucru contribuie la trecerea curentului între electrozii metalici.

Energia fluxului de lumină este cheltuită pentru depășirea distanței de bandă de către electroni și trecerea lor în banda de conducere. Ca semiconductor, fotoconductorii folosesc materiale precum: Sulfura de cadmiu, Sulfura de plumb, Selenitul de cadmiu și alții. Caracteristica spectrală a fotorezistorului depinde de tipul acestui material.

I mirare:

Caracteristica spectrală conține informații despre lungimile de undă (culoarea) fluxului de lumină sunt cele mai sensibile la un fotorezistor. În unele cazuri, este necesar să selectați cu atenție un emițător de lumină cu lungimea de undă corespunzătoare, pentru a obține cea mai mare sensibilitate și eficiență de lucru.

Fotorezistorul nu este proiectat pentru a măsura cu exactitate iluminarea, ci mai degrabă pentru a determina prezența luminii, conform citirilor sale, mediul poate fi detectat mai luminos sau mai întunecat. Caracteristica de tensiune curentă a fotorezistorului este următoarea.

Acesta descrie dependența curentului de tensiune pentru diferite valori ale fluxului de lumină: Ф - întuneric și Ф3 - aceasta este lumină strălucitoare. Este liniar. O altă caracteristică importantă este sensibilitatea, se măsoară în mA (μA) / (Lm * V). Aceasta reflectă cât de mult curent curge prin rezistor, cu un anumit flux luminos și o tensiune aplicată.

Rezistența întunecată este rezistența activă în absența completă a iluminării, este notată de RT, iar caracteristica RT / Rb este viteza de modificare a rezistenței de la starea fotorezistorului în absența completă a iluminării până la starea maximă iluminată și, respectiv, rezistența minimă posibilă.

Fotorezistorii au un dezavantaj semnificativ - frecvența de întrerupere a acestuia. Această valoare descrie frecvența maximă a semnalului sinusoidal cu care modelați fluxul luminos, la care sensibilitatea scade de 1,41 ori. În cărțile de referință, aceasta se reflectă fie prin valoarea frecvenței, fie printr-o constantă de timp. Acesta reflectă viteza dispozitivelor, care durează de obicei zeci de microsecunde - 10 ^ (- 5) s. Acest lucru nu vă permite să-l utilizați acolo unde aveți nevoie de performanțe ridicate.

Fotodiodă - transformă lumina în încărcătură electrică

Un fotodiod este un element care transformă lumina care intră într-o zonă sensibilă într-o sarcină electrică. Acest lucru se datorează faptului că diverse procese asociate cu mișcarea transportatorilor de încărcare apar în timpul iradierii în joncțiunea pn.

Dacă conductivitatea s-a schimbat pe fotorezistor datorită mișcării purtătorilor de încărcare în semiconductor, atunci se formează o încărcare la limita joncțiunii pn. Poate funcționa în modul unui fotoconvertor și al unui generator de fotografii.

În structură, este la fel ca o diodă convențională, dar pe cazul ei există o fereastră pentru trecerea luminii. În exterior, vin în diverse modele.

Fotodiodele corpului negru acceptă doar radiații infraroșii. Acoperirea neagră este ceva de genul. Filtrează spectrul IR pentru a exclude posibilitatea declanșării radiațiilor altor spectre.

Fotodiodele, ca și fotorezistoarele, au o frecvență de întrerupere, doar aici sunt ordine de mărime mai mari și ating 10 MHz, ceea ce permite performanțe bune. Fotodiodele P-i-N au o viteză mare - 100 MHz-1 GHz, ca diodele bazate pe bariera Schottky. Diodele de avalanșă au o frecvență de întrerupere de aproximativ 1-10 GHz.

În modul fotoconvertor, o astfel de diodă funcționează ca o cheie controlată de lumină, pentru aceasta este conectată la circuit în față. Adică, catodul într-un punct cu un potențial mai pozitiv (la plus), și anodul cu un potențial mai negativ (la minus).

Când dioda nu este iluminată de lumină, curge doar curentul invers invers Iobrt (unități și zeci de μA), iar când dioda este aprinsă, i se adaugă un fotocurent, care depinde doar de gradul de iluminare (zeci de mA). Cu cât este mai lumină, cu atât este mai actuală.

Fotocurent dacă este egal:

Iph = Sint * F,

unde Sint este sensibilitatea integrală, Ф este fluxul luminos.

Schemă tipică pentru pornirea unui fotodiod în modul fotoconvertor. Acordați atenție modului în care este conectat - în direcția opusă în ceea ce privește sursa de alimentare.

Un alt mod este generatorul. Când lumina intră în fotodiodă, tensiunea este generată la bornele sale, în timp ce curenții de scurtcircuit în acest mod sunt zeci de amperi. Îmi amintește funcționarea celulelor solaredar au putere redusă.

Fototransistori - deschise după cantitatea de lumină incidentă

Fototransistorul este inerent tranzistor bipolar care în loc de ieșirea de bază are o fereastră în cazul în care lumina poate intra acolo. Principiul funcționării și motivele acestui efect sunt similare cu dispozitivele anterioare. Tranzistoarele bipolare sunt controlate de cantitatea de curent care curge prin bază, iar fototransistorii, prin analogie, sunt controlați de cantitatea de lumină.

Uneori, UGO prezintă în plus suplimentar ieșirea bazei. În general, tensiunea este furnizată fototransistorului, precum și celei obișnuite, iar a doua opțiune este pornită cu o bază plutitoare, când ieșirea de bază rămâne neutilizată.

Fototransistorii sunt de asemenea incluși în circuit.

Sau schimbați tranzistorul și rezistorul, în funcție de exact ceea ce aveți nevoie. În lipsa luminii, prin tranzistor curge un curent întunecat, care se formează din curentul de bază, pe care îl puteți seta.

Prin setarea curentului de bază necesar, puteți seta sensibilitatea fototransistorului selectând rezistența sa de bază. În acest fel, chiar și cea mai slabă lumină poate fi capturată.

În vremurile sovietice, radioamatorii au făcut fototransistori cu propriile mâini - au făcut o fereastră pentru lumină, tăind o parte din carcasă cu un tranzistor convențional. Pentru aceasta, tranzistoare precum MP14-MP42 sunt excelente.

Din caracteristica tensiunii curente, dependența fotocurentului de iluminare este vizibilă, în timp ce este practic independentă de tensiunea colector-emițător.

Pe lângă fototransistorii bipolari, există și câmpuri. Cele bipolare funcționează la frecvențe de 10-100 kHz, apoi cele de câmp sunt mai sensibile. Sensibilitatea lor atinge mai mulți amperi pe lumen și mai „rapidă” - până la 100 MHz. Tranzistoarele cu efect de câmp au o caracteristică interesantă: la valorile maxime ale fluxului luminos, tensiunea porții aproape că nu afectează curentul de scurgere.

Scopurile dispozitivelor fotoelectronice

În primul rând, ar trebui să luați în considerare opțiuni mai familiare pentru aplicarea lor, de exemplu, includerea automată a luminii.

Diagrama prezentată mai sus este cel mai simplu dispozitiv pentru pornirea și oprirea încărcăturii într-o anumită stare de lumină. Fotodiodă FD320 Când lumina intră, o anumită tensiune se deschide și R1 scade o anumită tensiune atunci când valoarea sa este suficientă pentru a deschide tranzistorul VT1 - se deschide și se deschide un alt tranzistor - VT2. Aceste două tranzistoare sunt un amplificator de curent în două etape, necesar alimentării bobinei releului K1.

Diodă VD2 - necesară pentru a suprima auto-inducția EMF, care se formează la comutarea bobinei. Unul dintre firele din sarcină este conectat la borna de intrare a releului, cea superioară în conformitate cu schema (pentru curent alternativ - fază sau zero).

În mod normal, avem contacte închise și deschise, acestea sunt necesare fie pentru a selecta circuitul care urmează să fie pornit, fie pentru a selecta pentru a porni sau opri încărcarea din rețea la iluminarea necesară. Potentiometrul R1 este necesar pentru a regla dispozitivul pentru a funcționa la cantitatea potrivită de lumină. Cu cât este mai mare rezistența, cu atât este nevoie de mai puțină lumină pentru a porni circuitul.

Variațiile acestei scheme sunt utilizate în majoritatea dispozitivelor similare, adăugând un anumit set de funcții, dacă este necesar.

În plus față de pornirea sarcinii ușoare, astfel de fotodetectoare sunt utilizate în diferite sisteme de control, de exemplu, fotorezistorii sunt adesea folosiți pe turnile de metrou pentru a detecta trecerea neautorizată a turniculului.

În tipografie, când o bandă de hârtie se sparge, lumina intră în fotodetector și, prin urmare, oferă operatorului un semnal despre acest lucru. Emisorul se află pe o parte a hârtiei, iar fotodetectorul este pe spate. Când hârtia este sfâșiată, lumina de la emițător ajunge la fotodetector.

În unele tipuri de alarme, un emițător și un fotodetector sunt folosiți ca senzori pentru intrarea în cameră, iar dispozitivele cu infraroșu sunt utilizate astfel încât radiația să nu fie vizibilă.

În ceea ce privește spectrul IR, nu puteți menționa receptorul TV, care primește semnale de la LED-ul IR în telecomandă atunci când schimbați canale. Informațiile sunt codate într-un mod special, iar televizorul înțelege ce aveți nevoie.

Informații astfel transmise anterior prin porturile infraroșii ale telefoanelor mobile. Viteza de transmisie este limitată atât de metoda de transmitere secvențială, cât și de principiul de funcționare al dispozitivului în sine.

Șoarecii de calculator folosesc, de asemenea, tehnologia asociată dispozitivelor fotoelectronice.

Aplicație pentru transmiterea semnalului în circuite electronice

Dispozitivele optoelectronice sunt dispozitive care combină un emițător și un fotodetector în aceeași carcasă, precum cele descrise mai sus. Sunt necesare pentru conectarea a două circuite ale circuitului electric.

Acest lucru este necesar pentru izolarea galvanică, transmisia rapidă a semnalului, precum și pentru conectarea circuitelor DC și AC, ca în cazul controlului triac într-un circuit de 220 V 5 V cu un semnal de la microcontroler.

Acestea au o denumire grafică care conține informații despre tipul de elemente utilizate în optocuple.

Luați în considerare câteva exemple despre utilizarea unor astfel de dispozitive.

Controlul unui triac folosind un microcontroller

Dacă proiectați un tiristor sau un convertor triac, vă veți confrunta cu o problemă. În primul rând, dacă trecerea la ieșirea de control se întrerupe - la pinul microcontrolerului potențial ridicat va scădea, iar acesta din urmă va eșua. Pentru aceasta au fost dezvoltate drivere speciale, cu un element numit optosimistor, de exemplu, MOC3041.

Feedback optocuple

La sursele stabilizate de comutare, feedback-ul este necesar. Dacă excludem izolarea galvanică în acest circuit, atunci în cazul eșecului unor componente din circuitul sistem de operare, un potențial ridicat va apărea pe circuitul de ieșire, iar echipamentul conectat va eșua, nu vorbesc despre faptul că puteți fi șocat.

Într-un exemplu specific, vedeți implementarea unui astfel de sistem de operare de la circuitul de ieșire la înfășurarea de feedback (control) a tranzistorului folosind un optocuplaș cu denumirea de serie U1.

constatări

Foto și optoelectronica sunt secțiuni foarte importante în electronică, care au îmbunătățit semnificativ calitatea echipamentului, costul și fiabilitatea acestuia. Folosind un optocuplaș, este posibil să se excludă utilizarea unui transformator de izolare în astfel de circuite, ceea ce reduce dimensiunile generale. În plus, unele dispozitive sunt pur și simplu imposibil de implementat fără astfel de elemente.