Фотосензори и њихова примена

Шта су фотосензори

У разним електронским уређајима, кућним и индустријским уређајима за аутоматизацију, у различитим аматерским радио дизајнима фотосензори се користе веома широко. Свако ко је икада раставио стари компјутерски миш, како се звао „комовскаиа“, са куглом унутра, мора да је видео точкове са прорезима који се окрећу у прорезима фотосензора.

Ови фотосензори се називају фото прекидачи - прекинути проток светлости. Са једне стране таквог сензора је извор - ЛЕДу правилу инфрацрвени (ИР), са другим фототрансисторима (тачније, два фототрансистора, у неким моделима фотодиоде, да би се одредио и смер ротације). Када се точак окреће са прорезима на излазу фотосензора, добијају се електрични импулси, што је информација о угаоном положају самог точкића. Такви уређаји се називају давачи. Штавише, кодер може бити само контакт, запамтите точак модерног миша!

Фото прекидачи се користе не само код „мишева“ већ и у другим уређајима, на пример, сензорима брзине неког механизма. У овом случају се користи појединачни фотосензор, јер није неопходно да се одређује смер ротације.

Ако се из неког разлога, најчешће ради поправке, попну на друге електроничке уређаје, тада се фото-сензори могу наћи у штампачима, скенерима и копирним копирима, у ЦД драјвовима, ДВД плејерима, диктафонима, камкордерима и другој опреми.

Па шта су фотосензори и шта су они? Само погледајте, не улазећи у физику полуводича, не разумевајући формуле и не изговарајући неразумљиве речи (рекомбинација, ресорпција мањинских носача), која се назива "на прсте", како ови фотосензори раде.

Слика 1. Фото прекидач

Пхоторесистор

Са њим је све јасно. Како обични константни отпорник има охмички отпор, правац повезивања у кругу не игра улогу. Само за разлику од сталног отпора, он под утицајем светлости мења отпор: када се осветли, смањује се неколико пута. Број тих "времена" зависи од модела фоторепортера, пре свега од његовог отпора на таму.

Структурно су фоторесистори метални кофери са стакленим прозором кроз који се види плочица сивкастозелене боје са цик-цак трагом. Каснији модели изведени су у пластичној футроли са провидним врхом.

Брзина фоторесистера је мала, тако да могу радити само на врло ниским фреквенцијама. Стога се у новим кретањима готово никада не користе. Али догађа се да ће у току поправке старе опреме морати да се састану.

Да бисте проверили здравствено стање фоторесотора, довољно је да проверите његов отпор мултиметером. У недостатку осветљења, отпор треба да буде велики, на пример, фоторесистор СФ3-1 има тамни отпор према референтним подацима од 30МОхм. Ако је упаљен, отпор ће пасти на неколико КОхмс. Изглед фотопрепортера је приказан на слици 2.

Слика 2. Фоторесистор СФ3-1

Фотодиоде

Веома слично уобичајеној исправљачкој диоди, ако не због својства реакције на светлост. Ако га "звоните" тестером, боље је користити ажурни прекидач, ако нема осветљења резултати ће бити исти као у случају конвенционалне диоде: у смеру кретања напред уређај ће показати мали отпор, а у супротном смеру стрелица уређаја се тешко помера.

Кажу да је диода укључена у супротном смеру (ову тачку треба имати на уму), тако да струја не пролази кроз њу. Али, ако је у овом укључивању фотодиода осветљена сијалицом, тада ће стрелица нагло да пође до нулте ознаке.Овај начин рада фотодиода назива се фотодиода.

Фотодиода такође има фотонапонски режим рада: када га удари светлост, то соларна батерија, производи слаб напон, који се, ако се појача, могу користити као користан сигнал. Али, чешће се фотодиод користи у режиму фотодиоде.

Фотодиоди старог дизајна по изгледу су метални цилиндар са два водича. Са друге стране је стаклена сочива. Савремени фотодиоди имају кућиште направљено од провидне пластике, потпуно исто као и ЛЕД.

Сл. 2. Фотодиоде

Фототрансистори

По изгледу, они се једноставно не разликују од ЛЕД-ова, исти случај је направљен од прозирне пластике или цилиндра са стаклом на крају, а из њега се налазе два излаза - колектор и одашиљач. Чини се да фототрансистору није потребан основни излаз, јер је улазни сигнал за њега светлосни ток.

Иако неки фототрансистори још увек имају базни излаз, који поред светлости, омогућава транзистор и електрично управљање. Ово се може наћи код неких транзисторских оптора, на пример, АОТ128 и увезених 4Н35, који су у основи функционални аналози. Између основице и емитер фототрансисторе је повезан отпорник да би мало покрио фототрансистор, као што је приказано на слици 4.

Слика 3. Фототрансистор

Наш оптоелектор обично "виси" 10-100КΩ, док увезени "аналог" има око 1МΩ. Ако ставите чак 100К, неће радити, транзистор је само чврсто затворен.

Како проверити фототрансистор

Фототрансистор може једноставно да провери помоћу тестера, чак и ако нема базни излаз. Када је охмметар спојен са било којом поларношћу, отпор секције колектор - емитер је прилично велик, јер је транзистор затворен. Када светлост довољног интензитета и спектра дође на сочиво, охмметар ће показати мали отпор - транзистор се отворио, ако је, наравно, било могуће погодити поларитет прикључка тестера. У ствари, ово понашање личи на конвенционални транзистор, само што се отвара електричним сигналом, а овај са светлосним током. Поред интензитета светлосног тока, његов спектрални састав има важну улогу. Погледајте карактеристике испитивања транзистора овде. 

Светлосни спектар

Обично су фотосензори подешени на одређену таласну дужину светлосног зрачења. Ако је ово инфрацрвено зрачење, такав сензор не реагује добро на плаве и зелене ЛЕД, довољно добре за црвену, лампицу са жарном нити и, наравно, инфрацрвену. Такође не прихвата светлост флуоресцентних сијалица. Стога, разлог лошег рада фотосензора може једноставно бити непримерен спектар извора светлости.

Горе је написано како звонити фотодиода и фототрансистор. Овде треба обратити пажњу на тако наизглед ситнице као што је врста мерног уређаја. У савременом дигиталном мултиметру, у режиму континуитета полуводича, плус је на истом месту као и код мерења једносмерног напона, тј. на црвену жицу.

Резултат мерења биће пад напона у миливолтима на п-н прикључку у смеру према напријед. У правилу, то су бројеви у опсегу од 500 до 600, што не зависи само од врсте полуводичког уређаја, већ и од температуре. С порастом температуре, ова бројка се смањује за 2 за сваки степен Целзијуса, што је последица температурног коефицијента отпора ТЦС.

Када користите показивач теста, морате имати на уму да је у режиму мерења отпора позитивни излаз на минус у режиму за мерење напона. Уз такве провере, боље је осветлити фото сензоре са жарном лампом из непосредне близине.

Упаривање фотосензора са микроконтролером

У последње време, многи љубитељи радија су се веома заинтересовали за дизајн робота. Најчешће је то нешто што изгледа примитивно, попут кутије са батеријама на точковима, али ужасно паметне: чује све, све види и обилази препреке.Све види управо захваљујући фототрансисторима или фотодиодама, а можда чак и фоторесисторима.

Овде је све врло једноставно. Ако је ово фоторесистор, довољно је да га повежете, као што је назначено на дијаграму, а у случају фототрансистора или фотодиода да не би збунили поларитет, прво их "зазвоните", као што је горе описано. Посебно је корисно обавити ову операцију, ако делови нису нови, проверите да ли су прикладни. Повезивање различитих фото сензора на микроконтролер приказано на слици 4.

Слика 4. Шеме за повезивање фотосензора на микроконтролер

Мерење светлости

Фотодиоди и фототрансистори имају малу осетљивост, високу нелинеарност и веома узак спектар. Главна примена ових фото уређаја је да раде у кључном режиму: укључено - искључено. Стога је израда бројила на њима прилично проблематична, мада су се раније у свим аналогним бројилима светлости користили управо ови фотосензори.

Али, срећом, нанотехнологија не стоји мирно, већ иде напред и то скоковима. За мерење осветљења „тамо су створили“ створили су специјализовани чип ТСЛ230Р, који је програмирајући претварач осветљења - фреквенције.

Споља, уређај је чип у кућишту ДИП8 направљен од прозирне пластике. Сви улазни и излазни сигнали у нивоу су компатибилни са ТТЛ - ЦМОС логиком, што олакшава упаривање претварача с било којим микроконтролером.

Користећи спољне сигнале, можете да промените осетљивост фотодиода и скали излазног сигнала, 1, 10, 100 и 2, 10 и 100 пута. Зависност фреквенције излазног сигнала од осветљења је линеарна, у распону од фракције херца до 1 МХз. Подешавања скале и осетљивости врше се испоруком логичких нивоа на само 4 улаза.

Микроцирку може да се уведе у режим потрошње микро (5 μА), за шта постоји посебан закључак, мада није нарочито изражен у режиму рада. Са напоном напајања од 2,7 ... 5,5 В, потрошња струје није већа од 2 мА. За рад чипа није потребно никакво спољно везање, осим кондензаторског кондензатора за напајање.

У ствари, довољно је да спојите мерач фреквенције на микро круг и добијете очитавање осветљења, па, очигледно, у неким УЕ. У случају коришћења микроконтролера, фокусирајући се на фреквенцију излазног сигнала, можете контролисати осветљење у соби, или једноставно по принципу „укључи-искључи“.

ТСЛ230Р није једини мерач светлости. Још напреднији су Маким МАКС44007-МАКС44009 сензори. Њихове димензије су мање него код ТСЛ230Р, потрошња енергије је иста као и код осталих сензора у стању мировања. Главна сврха таквих сензора светлости је употреба уређаја са батеријама.

Фотосензори управљају осветљењем

Један од задатака извршених уз помоћ фотосензора је контрола осветљења. Такве шеме се називају фото релеј, најчешће је то једноставно укључивање осветљења у мраку. У том су циљу многи аматери развили многе склопове, од којих ћемо неке размотрити у наредном чланку.

Наставак чланка: Шеме фоторелеја за контролу осветљења