วิธีการใช้โฟโตอิเล็กทริกโฟโตไดโอดและโฟโตทรานสเตอร์

เซ็นเซอร์ต่างกันอย่างสิ้นเชิง พวกเขาแตกต่างกันในหลักการของการกระทำตรรกะของการทำงานของพวกเขาและปรากฏการณ์ทางกายภาพและปริมาณที่พวกเขาสามารถตอบสนอง เซ็นเซอร์วัดแสงไม่เพียง แต่ใช้ในอุปกรณ์ควบคุมแสงสว่างอัตโนมัติเท่านั้น แต่ยังใช้ในอุปกรณ์จำนวนมากตั้งแต่อุปกรณ์จ่ายไฟไปจนถึงระบบเตือนภัยและระบบรักษาความปลอดภัย

ประเภทหลักของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์อิเล็กทรอนิกส์ ข้อมูลทั่วไป

เครื่องตรวจจับแสงในความหมายทั่วไปคืออุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงของแสงฟลักซ์ในส่วนที่ละเอียดอ่อน พวกเขาสามารถแตกต่างกันทั้งในโครงสร้างและในวิธีการทำงาน ลองดูที่พวกเขา

Photoresistor - เปลี่ยนความต้านทานเมื่อแสง

photoresistor เป็นอุปกรณ์ถ่ายภาพที่เปลี่ยนค่าการนำไฟฟ้า (ความต้านทาน) ขึ้นอยู่กับปริมาณของแสงที่ตกกระทบบนพื้นผิว ยิ่งเข้มข้นขึ้น การเปิดรับแสง พื้นที่ที่สำคัญความต้านทานน้อย นี่คือแผนผังของมัน

ประกอบด้วยอิเล็กโทรดโลหะสองอันซึ่งมีสารกึ่งตัวนำ เมื่อฟลักซ์กระทบกับเซมิคอนดักเตอร์ผู้ให้บริการชาร์จจะถูกปล่อยออกมาซึ่งจะส่งผลให้กระแสไฟฟ้าระหว่างอิเล็กโทรดโลหะ

พลังงานของฟลักซ์แสงถูกใช้ไปกับการเอาชนะช่องว่างของวงโดยอิเล็กตรอนและการเปลี่ยนไปสู่วงนำ ในฐานะที่เป็นเซมิคอนดักเตอร์ photoconductors ใช้วัสดุเช่น: แคดเมียมซัลไฟด์, ตะกั่วซัลไฟด์, แคดเมียม Selenite และอื่น ๆ คุณสมบัติทางสเปกตรัมของ photoresistor ขึ้นอยู่กับชนิดของวัสดุนี้

น่าแปลกใจฉัน:

ลักษณะสเปกตรัมมีข้อมูลเกี่ยวกับความยาวคลื่น (สี) ของฟลักซ์แสงที่ไวต่อแสงมากที่สุด ในบางกรณีจำเป็นต้องเลือกตัวปล่อยแสงที่มีความยาวคลื่นที่เหมาะสมเพื่อให้บรรลุถึงความไวและประสิทธิภาพในการทำงานสูงสุด

photoresistor ไม่ได้ถูกออกแบบมาเพื่อวัดแสงสว่างอย่างถูกต้อง แต่เพื่อตรวจสอบการมีอยู่ของแสงตามการอ่านของมันสภาพแวดล้อมที่สามารถตรวจพบเบาหรือเข้ม คุณสมบัติแรงดันไฟฟ้าปัจจุบันของ photoresistor มีดังนี้

มันแสดงให้เห็นถึงการพึ่งพาของกระแสไฟฟ้ากับแรงดันไฟฟ้าสำหรับค่าต่างๆของฟลักซ์แสง: Ф - ความมืดและФ3 - นี่คือแสงที่สว่าง มันเป็นเส้นตรง คุณลักษณะที่สำคัญอีกประการหนึ่งคือความไวซึ่งวัดเป็น mA (μA) / (Lm * V) สิ่งนี้สะท้อนให้เห็นว่ากระแสไหลผ่านตัวต้านทานมีฟลักซ์การส่องสว่างและแรงดันไฟฟ้าที่ใช้

ความต้านทานมืดคือความต้านทานที่ใช้งานในกรณีที่ไม่มีแสงสมบูรณ์มันแสดงโดย RT และลักษณะ RT / Rb คืออัตราการเปลี่ยนแปลงของความต้านทานจากสถานะของ photoresistor ในกรณีที่ไม่มีแสงสมบูรณ์ถึงสถานะการส่องสว่างสูงสุดและความต้านทานที่น้อยที่สุดตามลำดับ

โฟโตอิเล็กทริคมีข้อเสียเปรียบอย่างมาก - ความถี่ตัดของมัน ค่านี้อธิบายความถี่สูงสุดของสัญญาณไซน์ที่คุณจำลองฟลักซ์ส่องสว่างซึ่งความไวลดลง 1.41 เท่า ในหนังสืออ้างอิงสิ่งนี้สามารถสะท้อนได้ด้วยค่าความถี่หรือค่าคงที่เวลา มันสะท้อนถึงความเร็วของอุปกรณ์ซึ่งมักใช้เวลาสิบไมโครวินาที - 10 ^ (- 5) s สิ่งนี้ไม่อนุญาตให้คุณใช้ในที่ที่คุณต้องการประสิทธิภาพสูง

โฟโตไดโอด - แปลงแสงเป็นประจุไฟฟ้า

โฟโตไดโอดเป็นองค์ประกอบที่แปลงแสงเข้าสู่บริเวณที่บอบบางเป็นประจุไฟฟ้า เนื่องจากกระบวนการต่าง ๆ ที่เกี่ยวข้องกับการเคลื่อนที่ของตัวพาประจุเกิดขึ้นระหว่างการฉายรังสีในชุมทาง pn

หากค่าการนำไฟฟ้าเปลี่ยนแปลงบน photoresistor เนื่องจากการเคลื่อนที่ของตัวพาประจุในเซมิคอนดักเตอร์ประจุจะเกิดขึ้นที่ขอบเขตของจุดแยก pn มันสามารถทำงานได้ในโหมดของ photoconverter และเครื่องกำเนิดภาพ

ในโครงสร้างมันเหมือนกับไดโอดทั่วไป แต่ในกรณีของมันมีหน้าต่างสำหรับทางเดินของแสง ภายนอกพวกเขามาในรูปแบบต่าง ๆ

โฟโตไดโอดของร่างกายสีดำยอมรับเฉพาะรังสีอินฟราเรด การเคลือบสีดำเป็นเหมือนการย้อมสี กรองสเปกตรัม IR เพื่อแยกความเป็นไปได้ของการกระตุ้นการแผ่รังสีของสเปกตรัมอื่น ๆ

โฟโตไดโอดเช่น photoresistor มีความถี่ cutoff เฉพาะที่นี่คือคำสั่งของขนาดใหญ่กว่าและถึง 10 MHz ซึ่งช่วยให้ประสิทธิภาพที่ดี โฟโตไดโอด P-i-N มีความเร็วสูง - 100 MHz-1 GHz เช่นเดียวกับไดโอดตามกำแพง Schottky Avalanche diodes มีความถี่ cutoff ประมาณ 1-10 GHz

ในโหมดโฟโตคอนเวอร์เตอร์ไดโอดจะทำงานเหมือนปุ่มควบคุมด้วยแสงสำหรับสิ่งนี้มันจะเชื่อมต่อกับวงจรในอคติไปข้างหน้า นั่นคือแคโทดไปยังจุดที่มีศักยภาพเชิงบวกมากขึ้น (ถึงบวก) และขั้วบวกเป็นลบมากขึ้น (ถึงลบ)

เมื่อไดโอดไม่สว่างด้วยแสงจะมีเพียงกระแส Iobrt ย้อนกลับที่มืดในปัจจุบัน (หน่วยและสิบμA) และเมื่อไดโอดสว่าง ยิ่งมีแสงสว่างมากเท่าใดก็ยิ่งเป็นกระแสมากขึ้นเท่านั้น

Photocurrent ถ้าเท่ากับ:

Iph = Sint * F

ที่ซินต์คือความไวที่สำคัญФคือฟลักซ์ส่องสว่าง

รูปแบบทั่วไปสำหรับการสลับโฟโตไดโอดในโหมดโฟโตคอนเวอร์เตอร์ ให้ความสนใจกับวิธีการเชื่อมต่อ - ไปในทิศทางตรงกันข้ามกับแหล่งพลังงาน

อีกโหมดคือตัวกำเนิด เมื่อแสงเข้าสู่โฟโตไดโอดแรงดันจะถูกสร้างขึ้นที่ขั้วของมันในขณะที่กระแสไฟฟ้าลัดวงจรในโหมดนี้คือแอมแปร์นับสิบ มันเตือน การดำเนินงานของเซลล์แสงอาทิตย์แต่มีพลังงานต่ำ

Phototransistor - เปิดตามปริมาณแสงตกกระทบ

Phototransistor โดยเนื้อแท้ ทรานซิสเตอร์สองขั้ว ซึ่งแทนการส่งออกฐานมีหน้าต่างในกรณีที่แสงเข้ามาที่นั่น หลักการทำงานและสาเหตุของผลกระทบนี้คล้ายกับอุปกรณ์ก่อนหน้า ทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์จะถูกควบคุมโดยปริมาณของกระแสที่ไหลผ่านฐานและโฟโต้ทรานซิสเตอร์โดยการเปรียบเทียบถูกควบคุมโดยปริมาณของแสง

บางครั้ง UGO ยังแสดงภาพการส่งออกของฐานเพิ่มเติม โดยทั่วไปแล้วแรงดันไฟฟ้าจะถูกส่งไปยังโฟโต้ทรานซิสเตอร์เช่นเดียวกับปกติและตัวเลือกการสลับที่สองคือพร้อมฐานลอยเมื่อเอาต์พุตพื้นฐานยังคงไม่ได้ใช้

โฟโต้ทรานซิสเตอร์จะรวมอยู่ในวงจรเช่นเดียวกัน

หรือสลับทรานซิสเตอร์และตัวต้านทานขึ้นอยู่กับสิ่งที่คุณต้องการ ในกรณีที่ไม่มีแสงสว่างกระแสมืดไหลผ่านทรานซิสเตอร์ซึ่งเกิดจากกระแสฐานซึ่งคุณสามารถตั้งค่าได้

ด้วยการตั้งค่ากระแสไฟฟ้าพื้นฐานที่ต้องการคุณสามารถตั้งค่าความไวแสงของโฟโต้ทรานซิสเตอร์ได้โดยการเลือกตัวต้านทานพื้นฐาน ด้วยวิธีนี้แม้กระทั่งแสงที่แผ่วเบาที่สุดก็สามารถจับได้

ในยุคโซเวียตนักวิทยุสมัครเล่นทำโฟโต้ทรานซิสเตอร์ด้วยมือของพวกเขาเองพวกเขาสร้างหน้าต่างเพื่อรับแสงตัดส่วนของเคสด้วยทรานซิสเตอร์ธรรมดา สำหรับเรื่องนี้ทรานซิสเตอร์อย่าง MP14-MP42 นั้นยอดเยี่ยม

จากลักษณะของแรงดันไฟฟ้าในปัจจุบันจะสามารถมองเห็นการพึ่งพาของโฟโตปัจจุบันกับแสงได้ในขณะที่มันเป็นอิสระจากแรงดันไฟฟ้าตัวส่ง - สะสม

นอกจากโฟโต้ทรานซิสเตอร์สองขั้วนั้นก็ยังมีภาคสนามอยู่ คนสองขั้วทำงานที่ความถี่ 10-100 กิโลเฮิร์ตซ์จากนั้นสนามก็ไวขึ้น ความไวของพวกเขาถึงแอมแปร์หลายต่อลูเมนและ "เร็ว" มากขึ้น - สูงถึง 100 MHz ทรานซิสเตอร์ภาคสนามมีคุณสมบัติที่น่าสนใจ: ที่ค่าสูงสุดของฟลักซ์ส่องสว่างแรงดันเกตเกือบจะไม่ส่งผลต่อกระแสไหลออก

ขอบเขตของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ภาพ

ก่อนอื่นคุณควรพิจารณาตัวเลือกที่คุ้นเคยสำหรับแอปพลิเคชันของพวกเขาตัวอย่างเช่นการรวมแสงโดยอัตโนมัติ

แผนภาพที่แสดงด้านบนเป็นอุปกรณ์ที่ง่ายที่สุดสำหรับการเปิดและปิดการโหลดในสภาพแสงบางอย่าง โฟโตไดโอด FD320 เมื่อแสงเข้าสู่มันแรงดันไฟฟ้าบางค่าจะเปิดขึ้นและ R1 จะลดแรงดันไฟฟ้าลงเมื่อค่าเพียงพอที่จะเปิดทรานซิสเตอร์ VT1 - มันจะเปิดและเปิดทรานซิสเตอร์อีกตัวหนึ่ง - VT2 ทรานซิสเตอร์สองตัวนี้เป็นแอมพลิฟายเออร์กระแสไฟสองขั้นตอนซึ่งจำเป็นต่อการจ่ายกำลังของคอยล์รีเลย์ K1

Diode VD2 - จำเป็นในการยับยั้ง EMF self-induction ซึ่งเกิดขึ้นเมื่อทำการสลับขดลวด หนึ่งในสายไฟจากโหลดเชื่อมต่อกับเทอร์มินัลอินพุทรีเลย์อันดับแรกตามโครงร่าง (สำหรับกระแสสลับ - เฟสหรือศูนย์)

ปกติแล้วเราจะปิดและเปิดผู้ติดต่อพวกเขาจะต้องเลือกวงจรที่จะเปิดหรือเพื่อเลือกที่จะเปิดหรือปิดโหลดจากเครือข่ายเมื่อถึงความสว่างที่ต้องการ จำเป็นต้องมีโพเทนชิโอมิเตอร์ R1 เพื่อปรับอุปกรณ์ให้ทำงานในปริมาณแสงที่เหมาะสม ยิ่งมีความต้านทานมากเท่าใดก็จะต้องเปิดไฟให้น้อยลงเท่านั้น

รูปแบบของชุดรูปแบบนี้จะใช้ในอุปกรณ์ที่คล้ายกันมากที่สุดโดยเพิ่มฟังก์ชั่นบางชุดหากจำเป็น

นอกจากการเปิดสวิตช์โหลดแสงแล้วเครื่องตรวจจับแสงดังกล่าวจะใช้ในระบบควบคุมต่าง ๆ เช่น photoresistor มักจะใช้กับ turnstiles บนรถไฟใต้ดินเพื่อตรวจจับการข้ามของประตูหมุนที่ไม่ได้รับอนุญาต

ในโรงพิมพ์เมื่อแถบกระดาษแตกแสงจะเข้าสู่เครื่องตรวจจับแสงและให้สัญญาณแก่ผู้ปฏิบัติงานเกี่ยวกับเรื่องนี้ อีซีแอลอยู่ที่ด้านหนึ่งของกระดาษและเครื่องตรวจจับแสงอยู่ด้านหลัง เมื่อกระดาษถูกฉีกขาดแสงจากตัวส่งถึงตัวตรวจจับแสง

ในการเตือนภัยบางประเภทตัวส่งสัญญาณและตัวตรวจจับแสงจะใช้เป็นเซ็นเซอร์สำหรับเข้าห้องและใช้อุปกรณ์อินฟราเรดเพื่อไม่ให้มองเห็นรังสี

เกี่ยวกับสเปกตรัม IR คุณไม่สามารถพูดถึงเครื่องรับสัญญาณทีวีซึ่งรับสัญญาณจาก IR LED ในรีโมทคอนโทรลเมื่อคุณเปลี่ยนช่อง ข้อมูลถูกเข้ารหัสด้วยวิธีพิเศษและทีวีเข้าใจสิ่งที่คุณต้องการ

ข้อมูลที่ส่งก่อนหน้านี้ผ่านพอร์ตอินฟราเรดของโทรศัพท์มือถือ ความเร็วในการส่งจะถูก จำกัด ทั้งโดยวิธีการส่งข้อมูลแบบต่อเนื่องและหลักการทำงานของอุปกรณ์เอง

หนูคอมพิวเตอร์ยังใช้เทคโนโลยีที่เกี่ยวข้องกับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์อิเล็กทรอนิกส์

แอพลิเคชันสำหรับการส่งสัญญาณในวงจรอิเล็กทรอนิกส์

อุปกรณ์ Optoelectronic เป็นอุปกรณ์ที่รวมตัวส่งและตัวตรวจจับแสงในตัวเรือนเดียวกันเช่นที่อธิบายไว้ข้างต้น พวกเขาจำเป็นต้องเชื่อมต่อสองวงจรของวงจรไฟฟ้า

นี่เป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการแยกกัลวานิกการส่งสัญญาณที่รวดเร็วรวมถึงการเชื่อมต่อวงจร DC และ AC เช่นในกรณีของการควบคุม triac ในวงจร 220 V 5 V พร้อมสัญญาณจากไมโครคอนโทรลเลอร์

พวกเขามีการกำหนดกราฟิกที่มีข้อมูลเกี่ยวกับประเภทขององค์ประกอบที่ใช้ภายใน optocoupler

พิจารณาตัวอย่างของการใช้อุปกรณ์ดังกล่าว

การควบคุม triac โดยใช้ไมโครคอนโทรลเลอร์

หากคุณกำลังออกแบบตัวแปลงสัญญาณไทริสเตอร์หรือทริอาแรคคุณจะพบปัญหา ประการแรกหากการเปลี่ยนแปลงที่เอาต์พุตควบคุมแตก - ที่ขาของไมโครคอนโทรลเลอร์ มีศักยภาพสูงจะตกและหลังจะล้มเหลว สำหรับสิ่งนี้ไดรเวอร์พิเศษได้รับการพัฒนาโดยมีองค์ประกอบที่เรียกว่า optosymistor เช่น MOC3041

ข้อเสนอแนะ Optocouple

ในอุปกรณ์จ่ายไฟแบบสวิตชิ่งที่เสถียร หากเราแยกการแยกทางไฟฟ้าออกจากวงจรนี้ในกรณีที่ส่วนประกอบบางอย่างในวงจร OS มีความผิดปกติสูงจะปรากฏบนวงจรเอาท์พุทและอุปกรณ์ที่เชื่อมต่อจะล้มเหลวฉันไม่ได้บอกว่าคุณจะตกใจ

ในตัวอย่างที่เฉพาะเจาะจงคุณจะเห็นการใช้งานระบบปฏิบัติการดังกล่าวจากวงจรเอาท์พุทไปยังข้อเสนอแนะที่คดเคี้ยว (การควบคุม) ของทรานซิสเตอร์โดยใช้ optocoupler กับการกำหนดอนุกรม U1

ผลการวิจัย

ภาพถ่ายและออปโตอิเล็กทรอนิกส์เป็นส่วนที่สำคัญมากในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ซึ่งมีการปรับปรุงคุณภาพของอุปกรณ์อย่างมีนัยสำคัญต้นทุนและความน่าเชื่อถือ การใช้ออปโตคัปเปลอร์นั้นเป็นไปได้ที่จะแยกการใช้หม้อแปลงแยกในวงจรดังกล่าวซึ่งจะช่วยลดขนาดโดยรวม นอกจากนี้อุปกรณ์บางอย่างนั้นเป็นไปไม่ได้ที่จะนำไปใช้โดยไม่มีองค์ประกอบดังกล่าว