Fotosensorer och deras tillämpning

Vad är fotosensorer

I olika elektroniska apparater, hem- och industriautomationsapparater, olika amatörradiodesign fotosensorer används mycket utbrett. Den som någonsin har demonterat en gammal datormus, som den kallades en "komovskaya", med en boll inuti, måste ha sett hjul med spår som snurrar i fotosensorns spår.

Dessa fotosensorer kallas fotoavbrott - avbryta ljusflödet. På en sida av en sådan sensor finns en källa - Ijusemitterande diodsom regel infraröd (IR), med en annan fototransistor (för att vara mer exakt, två fototransistorer, i vissa modeller av fotodioden, för att också bestämma rotationsriktningen). När hjulet roteras med spår vid fotosensorns utgång erhålls elektriska impulser, vilket är information om vinkelläget hos detta hjul själv. Sådana enheter kallas kodare. Dessutom kan kodaren bara vara en kontakt, kom ihåg hjulet på en modern mus!

Fotobrytare används inte bara i "möss" utan också i andra enheter, till exempel hastighetssensorer för någon mekanism. I det här fallet används en enda fotosensor eftersom rotationsriktningen inte krävs.

Om av någon anledning, oftast för reparation, klättra in i andra elektroniska enheter, kan fotosensorer hittas i skrivare, skannrar och kopiatorer, i CD-enheter, i DVD-spelare, videokassettinspelare, videokameror och annan utrustning.

Så vad är fotosensorer, och vad är de? Se bara, utan att gå in i halvledarens fysik, inte förstå formlerna och inte uttrycka obegripliga ord (rekombination, resorption av minoritetsbärare), som kallas "på fingrarna", hur dessa fotosensorer fungerar.

Bild 1. Bildavbrytare

fotoresistor

Allt är klart med honom. Eftersom ett vanligt konstant motstånd har ett ohmiskt motstånd spelar kopplingsriktningen i kretsen ingen roll. Bara till skillnad från ett konstant motstånd ändrar det motståndet under påverkan av ljus: när det är upplyst minskar det flera gånger. Antalet av dessa "tider" beror på fotoresistorens modell, främst på dess mörka motstånd.

Strukturellt sett är fotoresistorerna ett metallhölje med ett glasfönster genom vilket en gråfärgad platta med en sicksackspår syns. Senare modeller utfördes i ett plasthölje med en transparent topp.

Fotoresistorns hastighet är låg, så att de bara kan arbeta vid mycket låga frekvenser. Därför används de i nya utvecklingar nästan aldrig. Men det händer att i processen med att reparera gammal utrustning måste de möta.

För att kontrollera fotoresistorens hälsa räcker det att kontrollera dess motstånd med en multimeter. I avsaknad av belysning bör motståndet vara stort, till exempel har fotoresistor SF3-1 ett mörkt motstånd enligt referensdata från 30MOhm. Om den är tänd, sjunker motståndet till några KOhms. Fotoresistorens utseende visas i figur 2.

Bild 2. Fotoresistor SF3-1

fotodioder

Mycket lik en konventionell likriktningsdiod, om inte för egenskapen att reagera på ljus. Om du "ringer" med en testare är det bättre att använda en aktuell switch, då i avsaknad av belysning kommer resultaten att vara desamma som i fallet med en konventionell diode: i framåtriktningen kommer enheten att visa lite motstånd, och i motsatt riktning kommer enhetens pil knappast att svika.

De säger att dioden är påslagen i motsatt riktning (denna punkt bör komma ihåg), så att strömmen inte går igenom den. Men om fotodioden i denna inkludering tänds med en glödlampa, kommer pilen plötsligt att rusa till nollmärket.Detta driftsätt för fotodioden kallas fotodiod.

Fotodioden har också ett fotovoltaiskt driftsätt: när ljuset träffar den, liksom solbatteri, producerar en svag spänning, som, om den förstärks, kan användas som en användbar signal. Men oftare används fotodioden i fotodiodläge.

Fotodioderna av den gamla designen i utseende är en metallcylinder med två ledningar. Å andra sidan är ett glaslins. Moderna fotodioder har ett hölje av transparent plast, exakt samma som lysdioder.

Fig. 2. Fotodioder

fototransistorer

I utseende kan de helt enkelt inte skiljas från lysdioder, samma fall är gjord av transparent plast eller en cylinder med ett glas i slutet, och från det finns två utgångar - en kollektor och en emitter. Fototransistorn verkar inte behöva en grundutgång, eftersom insignalen för den är ljusflödet.

Även om vissa fototransistorer fortfarande har en basutgång, som förutom ljus också gör det möjligt att styra transistorn elektriskt. Detta kan hittas i vissa transistoroptokopplare, till exempel AOT128 och importerade 4N35, som i huvudsak är funktionella analoger. Ett motstånd är anslutet mellan foten och fototransistorns emitter för att täcka fototransistorn något, såsom visas i figur 4.

Bild 3. Fototransistor

Vår optokopplare "hänger" vanligtvis 10-100KΩ, medan den importerade "analogen" har cirka 1MΩ. Om du lägger till och med 100K fungerar det inte, transistorn är bara tätt stängd.

Hur man kontrollerar en fototransistor

En fototransistor kan helt enkelt kontrolleras av en testare, även om den inte har en basutgång. När en ohmmeter är ansluten i någon polaritet, är motståndet för kollektorsändaravsnittet ganska stort eftersom transistorn är stängd. När ljus med tillräcklig intensitet och spektrum kommer på linsen, kommer ohmmeteren att visa lite motstånd - transistorn öppnades, om det naturligtvis var möjligt att gissa polariteten för testanslutningen. I själva verket liknar detta beteende en konventionell transistor, bara den öppnar med en elektrisk signal, och den här med en ljusström. Förutom ljusflödets intensitet spelar dess spektrala sammansättning en viktig roll. För transistortestfunktioner, se här. 

Lätt spektrum

Vanligtvis är fotosensorer inställda på en specifik våglängd för ljusstrålning. Om detta är infraröd strålning, reagerar en sådan sensor inte bra på blå och gröna lysdioder, tillräckligt bra för rött, en glödlampa och naturligtvis på infraröd. Den accepterar inte heller ljus från lysrör. Därför kan orsaken till den dåliga funktionen hos fotosensorn helt enkelt vara ett olämpligt spektrum av ljuskällan.

Det skrevs ovan hur man ringer till en fotodiod och en fototransistor. Här bör du vara uppmärksam på en så till synes bagatell som typen av mätanordning. I en modern digital multimeter, i läget för halvledarkontinuitet, är plus på samma plats som vid mätning av likspänning, dvs. på den röda tråden.

Resultatet av mätningen blir spänningsfallet i millivolt vid p-n-korsningen i framåtriktningen. Som regel är det siffror i intervallet 500 - 600, vilket inte bara beror på typen av halvledaranordning, utan också av temperaturen. Med ökande temperatur sjunker denna siffra med 2 för varje grad Celsius, vilket beror på temperaturkoefficienten för TCS.

Vid användning av en pekartestare måste man komma ihåg att i resistansmätningsläget är den positiva utgången på minus i spänningsmätningsläget. Med sådana kontroller är det bättre att belysa fotosensorerna med en glödlampa på nära håll.

Para ihop fotosensorn med en mikrokontroller

Nyligen har många radioentusiaster intresserat sig för att designa robotar. Oftast är det något som är till synes primitivt, som en låda med batterier på hjul, men väldigt smart: hör allt, ser allt, går runt hinder.Han ser allt bara på grund av fototransistorer eller fotodioder, och kanske till och med fotoresistorer.

Allt är väldigt enkelt här. Om detta är en fotoresistor räcker det att ansluta den, som anges i diagrammet, och i fallet med en fototransistor eller fotodiod, för att inte förvirra polariteten, "ring" dem först, som beskrivits ovan. Det är särskilt användbart att göra denna åtgärd, om delarna inte är nya, se till att de är lämpliga. Ansluter olika fotosensorer till mikrokontroller visas i figur 4.

Bild 4. Scheman för att ansluta fotosensorer till en mikrokontroller

Lätt mätning

Fotodioder och fototransistorer har låg känslighet, hög icke-linearitet och ett mycket smalt spektrum. Huvudapplikationen för dessa fotoenheter är att arbeta i nyckelläge: på - av. Därför är skapandet av ljusmätare på dem ganska problematiskt, även om de tidigare i alla analoga ljusmätare användes just dessa fotosensorer.

Men lyckligtvis står nanotekniken inte stilla, utan går framåt med språng och gränser. För att mäta belysningen "där har de" skapat ett specialiserat chip TSL230R, som är en programmerbar omvandlare av belysningsfrekvens.

Externt är enheten ett chip i ett DIP8-fodral gjord av transparent plast. Alla ingångs- och utgångssignaler i nivå är kompatibla med TTL - CMOS-logik, vilket gör det enkelt att koppla omvandlaren till alla mikrokontroller.

Med hjälp av externa signaler kan du ändra fotodiodens känslighet respektive skalan på utsignalen 1, 10, 100 och 2, 10 och 100 gånger. Beroendet av utsignalens frekvens på belysningen är linjärt, från fraktioner av en hertz till 1 MHz. Skala- och känslighetsinställningar utförs genom att leverera logiknivåer till bara fyra ingångar.

Mikrokretsen kan införas i mikroförbrukningsläget (5 μA) för vilket det finns en separat slutsats, även om den inte är särskilt glupsk i driftläget. Med en matningsspänning på 2,7 ... 5,5 V är strömförbrukningen inte mer än 2 mA. För driften av chipet kräver ingen extern spännband förutom att den blockerande kondensatorn för ström.

I själva verket räcker det att ansluta en frekvensmätare till mikrokretsen och få belysningsavläsningar, ja, tydligen, i vissa UE: er. Om du använder mikrokontrollern, med fokus på utsignalens frekvens, kan du styra belysningen i rummet, eller helt enkelt genom principen om "slå av - på".

TSL230R är inte den enda ljusmätaren. Ännu mer avancerade är Maxim MAX44007-MAX44009 sensorer. Deras dimensioner är mindre än för TSL230R, strömförbrukningen är densamma som för andra sensorer i viloläge. Huvudsyftet med sådana ljussensorer är användningen i batteridrivna enheter.

Fotosensorer styr belysningen

En av uppgifterna som utförs med hjälp av fotosensorer är belysningskontroll. Sådana system kallas foto relä, oftast är detta en enkel inkludering av belysning i mörkret. För detta ändamål har många amatörer utvecklat många kretsar, av vilka vi kommer att överväga i nästa artikel.

Fortsättning av artikeln: Fotorelässcheman för belysningskontroll