Photosensorii și aplicația lor

Ce sunt fotosensorii

În diferite dispozitive electronice, dispozitive de automatizare casnică și industrială, diverse proiectări radio amator photosensors sunt utilizate foarte larg. Oricine a demontat vreodată un mouse vechi de computer, așa cum a fost numit „komovskaya”, cu o minge înăuntru, trebuie să fi văzut roți cu sloturi care se învârt în sloturile fotosensorilor.

Acești fotosensori sunt numiți interruptoare foto - întrerupeți fluxul de lumină. Pe o parte a unui astfel de senzor se află o sursă - Lumina diodicede regulă, în infraroșu (IR), cu un alt fototransistor (pentru a fi mai precis, doi fototransistori, în unele modele ale fotodiodei, pentru a determina și direcția de rotație). Când roata este rotită cu sloturi la ieșirea fotosensorului, se obțin impulsuri electrice, care este informație despre poziția unghiulară a acestei roți. Astfel de dispozitive sunt numite codificatoare. Mai mult decât atât, codificatorul poate fi doar un contact, nu uitați de roata unui mouse modern!

Interruptoarele foto sunt utilizate nu numai la „șoareci”, ci și la alte dispozitive, de exemplu, senzori de viteză ai unui mecanism. În acest caz, este utilizat un singur fotosensor, deoarece nu este necesar să se determine direcția de rotație.

Dacă din anumite motive, cel mai adesea pentru reparații, urcați pe alte dispozitive electronice, atunci senzorii foto pot fi găsiți în imprimante, scanere și copiatoare, în unități CD, în DVD playere, casetofoane video, camere video și alte echipamente.

Deci, ce sunt fotosensorii și care sunt? Trebuie doar să vedeți, fără să intrați în fizica semiconductorilor, să nu înțelegeți formulele și să nu rostiți cuvinte de neînțeles (recombinare, resorbție a transportatorilor minoritari), care se numește „pe degete”, cum funcționează acești fotosensori.

Figura 1. Photo Interrupter

photoresistor

Totul este clar cu el. Deoarece o rezistență constantă obișnuită are o rezistență ohmică, direcția de conectare în circuit nu joacă un rol. Numai, spre deosebire de un rezistor constant, schimbă rezistența sub influența luminii: atunci când este iluminată, aceasta scade de mai multe ori. Numărul acestor „timpi” depinde de modelul fotorezistorului, în primul rând de rezistența sa la întuneric.

Din punct de vedere structural, fotorezistorii sunt o carcasă metalică cu o fereastră de sticlă prin care este vizibilă o placă de culoare cenușie, cu șină în zig-zag. Ulterior, modelele au fost realizate într-o carcasă din plastic cu un top transparent.

Viteza fotorezistorilor este scăzută, deci pot funcționa doar la frecvențe foarte mici. Prin urmare, în noile dezvoltări, acestea nu sunt aproape niciodată utilizate. Dar se întâmplă că în procesul de reparare a echipamentelor vechi, acestea vor trebui să se întâlnească.

Pentru a verifica starea de sănătate a fotorezistorului, este suficient să verificați rezistența acestuia cu un multimetru. În lipsa iluminării, rezistența ar trebui să fie mare, de exemplu fotorezistorul SF3-1 are o rezistență întunecată conform datelor de referință de 30MOhm. Dacă este aprins, atunci rezistența va scădea la câțiva KOhms. Aspectul fotorezistorului este prezentat în figura 2.

Figura 2. Fotorezistorul SF3-1

fotodiode

Foarte asemănător cu o diodă de redresare convențională, dacă nu pentru proprietatea de a reacționa la lumină. Dacă îl „sună” cu un tester, este mai bine să folosiți un comutator actualizat, atunci în absența iluminării, rezultatele vor fi aceleași ca în cazul unei diode convenționale: în direcția înainte, dispozitivul va afișa o mică rezistență, iar în direcția opusă, săgeata dispozitivului nu va îngreuna.

Ei spun că dioda este pornită în direcția opusă (acest punct trebuie amintit), deci curentul nu trece prin ea. Dar, dacă în această incluziune fotodiodul este aprins cu un bec, atunci săgeata se va grăbi brusc către marcajul zero.Acest mod de funcționare a fotodiodului se numește fotodiod.

Fotodioda are, de asemenea, un mod fotovoltaic de funcționare: când lumina îl lovește, ca. baterie solară, produce o tensiune slabă, care, dacă este întărită, poate fi folosită ca semnal util. Dar, mai des fotodiodul este utilizat în modul fotodiodă.

Fotodiodele vechiului design în aparență sunt un cilindru metalic cu două cabluri. Pe de altă parte este o lentilă de sticlă. Fotodiodele moderne au o carcasă din plastic transparent, exact la fel ca LED-urile.

Fig. 2. Fotodioduri

fototranzistori

În aparență, ele sunt pur și simplu indistinguibile față de LED-uri, același caz este realizat din plastic transparent sau un cilindru cu un geam în capăt, iar din acesta există două ieșiri - un colector și un emițător. Fototransistorul nu pare să aibă nevoie de o ieșire de bază, deoarece semnalul de intrare pentru acesta este fluxul de lumină.

Deși, unii fototransistori mai au o ieșire de bază, care, pe lângă lumină, permite și controlul electric al tranzistorului. Acest lucru poate fi găsit în unele optocuple de tranzistor, de exemplu, AOT128 și 4N35 importate, care sunt în esență analogi funcționali. Între baza și emițătorul fototransistorului este conectat un rezistor pentru a acoperi ușor fototransistorul, așa cum se arată în figura 4.

Figura 3. Fototransistor

Optocouplerul nostru de obicei „blochează” 10-100KΩ, în timp ce „analogul” importat are aproximativ 1MΩ. Dacă puneți chiar și 100 K, nu va funcționa, tranzistorul este doar bine închis.

Cum se verifică un fototransistor

Un fototransistor poate fi verificat pur și simplu de către un tester, chiar dacă nu are o ieșire de bază. Când un ohmmetru este conectat în orice polaritate, rezistența secțiunii colector - emițător este destul de mare, deoarece tranzistorul este închis. Când lumina are o intensitate suficientă și spectru pe obiectiv, ohmmetrul va arăta o mică rezistență - tranzistorul s-a deschis, dacă, desigur, a fost posibil să se ghicească polaritatea conexiunii testerului. De fapt, acest comportament seamănă cu un tranzistor convențional, doar acesta se deschide cu un semnal electric, iar acesta cu un flux de lumină. Pe lângă intensitatea fluxului de lumină, un rol important joacă compoziția sa spectrală. Pentru caracteristicile testului tranzistorului, consultați aici. 

Spectrul luminii

De obicei, fotosensorii sunt reglați la o lungime de undă specifică a radiației luminoase. Dacă este vorba despre radiații infraroșii, atunci un astfel de senzor nu răspunde bine la LED-urile albastre și verzi, suficient de bune pentru roșu, o lampă incandescentă și, desigur, la infraroșu. De asemenea, nu acceptă lumina de la lămpile fluorescente. Prin urmare, motivul funcționării deficitare a fotosensorului poate fi pur și simplu un spectru necorespunzător al sursei de lumină.

A fost scris mai sus cum să sune un fotodiod și un fototransistor. Aici ar trebui să acordați atenție unui astfel de fleac aparent precum tipul dispozitivului de măsurare. Într-un multimetru digital modern, în modul de continuitate a semiconductorului, plus este în același loc ca atunci când se măsoară tensiunea continuă, adică. pe firul roșu.

Rezultatul măsurării va fi căderea de tensiune în milivoliți la joncțiunea p-n în direcția înainte. De regulă, acestea sunt numere cuprinse între 500 și 600, care depind nu numai de tipul dispozitivului semiconductor, dar și de temperatură. Odată cu creșterea temperaturii, această cifră scade cu 2 pentru fiecare grad Celsius, ceea ce se datorează coeficientului de rezistență al temperaturii TCS.

Când se utilizează un tester de indicatoare, trebuie reținut că în modul de măsurare a rezistenței, ieșirea pozitivă este pe minus în modul de măsurare a tensiunii. Cu astfel de verificări, este mai bine să iluminați senzorii foto cu o lampă incandescentă la o distanță apropiată.

Asocierea fotosensorului cu un microcontroller

Recent, mulți pasionați de radio au interesat foarte mult să proiecteze roboți. Cel mai adesea, este ceva aparent primitiv, ca o cutie cu baterii pe roți, dar teribil de deștept: aude totul, vede totul, merge în jurul obstacolelor.El vede totul doar datorită fototransistorilor sau fotodiodelor și poate chiar fotorezistorilor.

Totul este foarte simplu aici. Dacă acesta este un fotorezistor, este suficient să îl conectați, așa cum este indicat în diagramă, și în cazul unui fototransistor sau fotodiodă, pentru a nu confunda polaritatea, „inelează-le” mai întâi, așa cum este descris mai sus. Este deosebit de util să faceți această operație, dacă piesele nu sunt noi, asigurați-vă că sunt adecvate. Conectarea diferitor senzori foto la microcontroler prezentat în figura 4.

Figura 4. Scheme pentru conectarea fotosensorilor la un microcontroler

Măsurarea luminii

Fotodiodele și fototransistorii au sensibilitate redusă, neliniaritate ridicată și un spectru foarte restrâns. Principala aplicație a acestor dispozitive foto este de a funcționa în modul cheie: pornit - oprit. Prin urmare, crearea de contoare de lumină pe acestea este destul de problematică, deși mai devreme în toate contoarele de lumină analogice au fost folosite tocmai aceste fotosensoare.

Dar, din fericire, nanotehnologia nu stă nemișcată, ci merge înainte cu pas. Pentru a măsura iluminarea „acolo au creat” un cip specializat TSL230R, care este un convertor programabil de iluminare - frecvență.

Extern, dispozitivul este un cip într-o carcasă DIP8 din plastic transparent. Toate semnalele de intrare și ieșire la nivel sunt compatibile cu logica TTL - CMOS, ceea ce face ușoară asocierea convertorului cu orice microcontroller.

Folosind semnale externe, puteți modifica sensibilitatea fotodiodului și scara semnalului de ieșire, respectiv, 1, 10, 100 și 2, 10 și 100 de ori. Dependența frecvenței semnalului de ieșire de iluminare este liniară, variind de la fracții de un hertz la 1 MHz. Setările la scară și sensibilitate sunt realizate prin furnizarea nivelurilor logice la doar 4 intrări.

Microcircuitul poate fi introdus în modul de consum mic (5 μA) pentru care există o concluzie separată, deși nu este deosebit de vorac în modul de operare. Cu o tensiune de alimentare de 2,7 ... 5,5 V, consumul curent nu este mai mare de 2 mA. Pentru funcționarea cipului nu este nevoie de nicio bandă externă, cu excepția faptului că condensatorul de blocare pentru alimentare.

De fapt, este suficient să conectați un contor de frecvență la microcircuit și să obțineți citiri de iluminare, se pare, în unele UE. În cazul utilizării microcontrolerului, cu accent pe frecvența semnalului de ieșire, puteți controla iluminarea în cameră sau pur și simplu prin principiul „pornire - oprire”.

TSL230R nu este singurul contor de lumină. Și mai avansați sunt senzorii Maxim MAX44007-MAX44009. Dimensiunile lor sunt mai mici decât cele ale TSL230R, consumul de energie este același cu cel al altor senzori în modul de repaus. Scopul principal al acestor senzori de lumină este utilizarea în dispozitivele cu baterie.

Photosensorii controlează iluminarea

Una dintre sarcinile efectuate cu ajutorul fotosensorilor este controlul iluminatului. Astfel de scheme sunt numite releu foto, cel mai adesea aceasta este o simplă includere a iluminatului în întuneric. În acest scop, mulți amatori au dezvoltat multe circuite, unele pe care le vom lua în considerare în articolul următor.

Continuarea articolului: Scheme de relee foto pentru controlul iluminării