Kuinka käyttää fotorezistereitä, fotodiodeja ja fototransistoreita

Anturit ovat täysin erilaisia. Ne eroavat toisistaan ​​toimintaperiaatteen, työn logiikan ja fyysisten ilmiöiden ja määrien perusteella, joihin he kykenevät reagoimaan. Valoantureita ei käytetä vain automaattisissa valaistuksen ohjauslaitteissa, vaan niitä käytetään valtavassa määrässä laitteita, virtalähteistä hälytyksiin ja turvajärjestelmiin.

Valosähköisten laitteiden päätyypit. Yleistä tietoa

Valodetektori on yleisessä mielessä elektroninen laite, joka reagoi sen herkän osan valovirran tapahtumiseen. Ne voivat olla erilaisia ​​rakenteeltaan ja toimintaperiaatteeltaan. Katsotaanpa heitä.

Valontutkijat - vaihda vastus valaistaessa

Valoresistori on valokuvalaite, joka muuttaa johtokykyä (vastus) sen pinnalle tulevan valon määrän mukaan. Voimakkaampi valotus herkkä alue, sitä vähemmän vastus. Tässä on kaavio siitä.

Se koostuu kahdesta metallielektrodista, joiden välissä on puolijohdemateriaali. Kun valovirta osuu puolijohteeseen, siinä vapautetaan varauskantoaaltoja, mikä myötävaikuttaa virran kulkemiseen metallielektrodien välillä.

Valonvuon energia kuluu elektronien kaistavälin ylittämiseen ja niiden siirtymiseen johdinkaistaan. Puolijohteena valojohteet käyttävät materiaaleja, kuten: kadmium-sulfidi, lyijysulfidi, kadmium-seleniitti ja muut. Valoresistorin spektriominaisuudet riippuvat tämän materiaalin tyypistä.

Ihmettelen:

Spektriominaisuus sisältää tietoa siitä, mitkä valonvuon aallonpituudet (väri) ovat herkeimpiä fotorestorille. Joissakin tapauksissa on tarpeen valita huolellisesti sopivan aallonpituuden omaava säteilijä, jotta saavutettaisiin suurin herkkyys ja työtehokkuus.

Valoresistoria ei ole suunniteltu valaistuksen tarkkaan mittaamiseen, vaan pikemminkin valon läsnäolon määrittämiseen sen lukemien mukaan ympäristö voidaan havaita vaaleampana tai tummempana. Valoresistorin virta-jänniteominaisuudet ovat seuraavat.

Se kuvaa virran riippuvuutta jännitteestä valonvuon eri arvoille: Ф - pimeys ja Ф3 - tämä on kirkas valo. Se on lineaarinen. Toinen tärkeä ominaisuus on herkkyys, se mitataan mA (μA) / (Lm * V). Tämä heijastaa kuinka paljon virtaa virtaa vastuksen läpi tietyllä valovirralla ja käytetyllä jännitteellä.

Tumma vastus on aktiivinen vastus täydellisessä valaistuksessa, sitä merkitään RT: llä, ja ominainen RT / Rb on vastusmuutoksen nopeus fotoresistorin tilasta, kun valaistus puuttuu kokonaan suurimpaan valaistuun tilaan, ja vastaavasti pienimpään mahdolliseen resistanssiin.

Valontutkijoilla on merkittävä haitta - sen rajataajuus. Tämä arvo kuvaa sinimuotoisen signaalin maksimitaajuutta, jolla mallit valovirtaa, jossa herkkyys laskee 1,41 kertaa. Viitekirjoissa tämä heijastuu joko taajuusarvolla tai aikavakion kautta. Se kuvastaa laitteiden nopeutta, joka yleensä vie kymmeniä mikrosekuntia - 10 ^ (- 5) s. Tämä ei salli sinun käyttää sitä missä tarvitset suurta suorituskykyä.

Fotodiodi - muuntaa valon sähkövaraukseksi

Fotodiodi on elementti, joka muuntaa herkille alueille tulevan valon sähkövaraukseksi. Tämä johtuu siitä, että pn-liitoksen säteilytyksen aikana tapahtuu erilaisia ​​varauskuljettajien liikkeeseen liittyviä prosesseja.

Jos johtokyky fotorestorissa muuttui puolijohteessa olevien varauskuljettimien liikkuvuuden vuoksi, niin pn-liitoksen rajaan muodostuu tänne varaus. Se voi toimia kuvansiirtimen ja valokuvageneraattorin tilassa.

Rakenteessa se on sama kuin tavanomainen diodi, mutta siinä on ikkuna valon kulkemiseen. Ulkoisesti niitä on erilaisia ​​malleja.

Mustat vartalodiodit hyväksyvät vain infrapunasäteilyn. Musta pinnoite on jotain sävyttämistä. Suodata IR-spektrin sulkeakseen pois mahdollisuuden laukaista muiden spektrien säteily.

Fotodiodeilla, kuten fotoresektoreilla, on rajataajuus, vain tässä se on suuruusluokkaa suurempi ja saavuttaa 10 MHz, mikä mahdollistaa hyvän suorituskyvyn. P-i-N-fotodiodeilla on nopea nopeus - 100 MHz-1 GHz, kuten diodeilla, jotka perustuvat Schottky-esteeseen. Avalanche-diodien raja-taajuus on noin 1-10 GHz.

Valokonvertterimoodissa tällainen diodi toimii kuin valon ohjaama näppäin, tätä varten se on kytketty piiriin eteenpäin suuntautuvalla esijännitteellä. Toisin sanoen katodi pisteeseen, jolla on positiivisempi potentiaali (plus), ja anodi negatiivisempaan potentiaaliin (miinus).

Kun diodi ei valaise valoa, vain käänteinen tummavirta Iobrt virtaa (yksikköä ja kymmeniä μA), ja kun diodi palaa, siihen lisätään valovirta, joka riippuu vain valaistusasteesta (kymmeniä mA). Mitä enemmän valoa, sitä nykyisempi.

Valovirta Jos sama:

Iph = Sint * F,

missä Sint on kiinteä herkkyys, Ф on valovirta.

Tyypillinen menetelmä fotodiodin kytkemiseksi päälle fotokonvertteritilassa. Kiinnitä huomiota siihen, kuinka se on kytketty - vastakkaiseen suuntaan virtalähteen suhteen.

Toinen tila on generaattori. Kun valo menee fotodiodiin, sen napoihin syntyy jännitettä, kun taas oikosulkuvirrat tässä tilassa ovat kymmeniä ampeereita. Se muistuttaa aurinkokennojen toimintamutta niillä on vähän virtaa.

Valotransistorit - avoinna tulevan valon määrällä

Fototransistori on luonnostaan bipolaarinen transistori jossa tukilähdön sijasta on ikkuna, jotta valo pääseisi sinne. Toimintaperiaate ja syyt tähän vaikutukseen ovat samanlaiset kuin aiemmissa laitteissa. Bipolaaritransistoreita ohjataan kannan läpi virtaavan virran määrällä, ja fototransistoreita säädetään analogisesti valon määrän avulla.

Joskus UGO kuvaa edelleen lisäksi kannan lähtöä. Yleensä jännite syötetään sekä fototransistorille että tavalliseen, ja toinen kytkentävaihtoehto on kelluvalla pohjalla, kun perustulo pysyy käyttämättä.

Fototransistorit sisältyvät samoin piiriin.

Tai vaihda transistori ja vastus riippuen siitä mitä tarvitset. Valon puuttuessa transistorin läpi virtaa pimeä virta, joka muodostuu kantavirrasta, jonka voit asettaa itse.

Asettamalla vaadittavan kantavirran voit asettaa fototransistorin herkkyyden valitsemalla sen kantavastuksen. Tällä tavalla jopa kaikkein heikoin valo voidaan vangita.

Neuvostoliiton aikana radioamatöörit tekivät valotransistoreita omilla käsillään - he tekivät ikkunan valoa varten, leikkaamalla osan kotelosta tavanomaisella transistorilla. Tätä varten transistorit, kuten MP14-MP42, ovat erinomaisia.

Virta-jänniteominaisuuksista alkaen valovirran riippuvuus valaistuksesta on näkyvissä, kun taas se käytännössä ei riipu kollektorin emitterin jännitteestä.

Bipolaaristen fototransistorien lisäksi on myös kenttä. Bipolaarit toimivat taajuuksilla 10-100 kHz, sitten kenttäherkät ovat herkempiä. Niiden herkkyys saavuttaa useita ampeereita / lumen ja "nopeammat" - jopa 100 MHz: iin. Kenttävaikutteisilla transistoreilla on mielenkiintoinen ominaisuus: valovirran maksimiarvoilla hilajännite ei melkein vaikuta tyhjennysvirtaan.

Valosähköisten laitteiden laajuus

Ensinnäkin, sinun tulisi harkita tutumpia vaihtoehtoja niiden soveltamiseksi, esimerkiksi valon automaattinen sisällyttäminen.

Yllä oleva kaavio on yksinkertaisin laite kuorman kytkemiseksi päälle ja pois tietyssä valaistuksessa. Fotodiodi FD320 Kun valo tulee siihen, tietty jännite aukeaa ja R1 pudottaa tietyn jännitteen, kun sen arvo on riittävä avaamaan transistori VT1 - se avaa ja avaa toisen transistorin - VT2. Nämä kaksi transistoria ovat kaksivaiheinen virtavahvistin, joka tarvitaan relekelan K1 virran kytkemiseen.

Diodi VD2 - tarvitaan vaimentamaan EMF: n omainduktiota, joka muodostuu käämiä vaihdettaessa. Yksi kuorman johdoista on kytketty releen tuloliittimeen, ylempi kaavion mukaisesti (vaihtovirta - vaihe tai nolla).

Meillä on yleensä suljettuja ja avoimia kontakteja, niitä tarvitaan joko kytkettävän piirin valintaa varten tai verkon kuormituksen kytkemiseksi päälle tai pois päältä, kun valaisin on saavutettu. Potentiometriä R1 tarvitaan laitteen säätämiseksi toimimaan oikealla valon määrällä. Mitä suurempi vastus, sitä vähemmän valoa tarvitaan virtapiirin kytkemiseksi päälle.

Tämän järjestelmän muunnelmia käytetään useimmissa samanlaisissa laitteissa lisäämällä tarvittaessa tietty joukko toimintoja.

Kevyen kuorman kytkemisen lisäksi tällaisia ​​valodetektoreita käytetään erilaisissa ohjausjärjestelmissä, esimerkiksi fotorezistereitä käytetään usein metro-kääntölaitteissa kääntölaitteen luvattoman (jäniksen) ylityksen havaitsemiseksi.

Painotalossa, kun paperinauha hajoaa, valo tulee valodetektoriin ja antaa siten käyttäjälle signaalin tästä. Lähetin on paperin toisella puolella ja valotunnistin takana. Kun paperi repeytyy, emitterin valo pääsee valotunnistimeen.

Joissakin hälytystyypeissä käytetään säteilijää ja valodetektoria huoneeseen pääsyyn antureina ja infrapunalaitteita näkyvän säteilyn estämiseksi.

IR-spektrin suhteen et voi mainita TV-vastaanotinta, joka vastaanottaa signaaleja kaukosäätimen IR-LEDistä, kun vaihdat kanavia. Tiedot koodataan erityisellä tavalla ja TV ymmärtää tarvitsemasi.

Näin aikaisemmin siirretty matkapuhelimien infrapunaporttien kautta. Lähetysnopeutta rajoittaa sekä peräkkäinen lähetysmenetelmä että itse laitteen toimintaperiaate.

Tietokonehiiret käyttävät myös valoelektroniikkalaitteisiin liittyvää tekniikkaa.

Sovellus signaalin siirtoon elektronisissa piireissä

Optoelektroniset laitteet ovat laitteita, jotka yhdistävät lähettimen ja valonilmaisimen samassa kotelossa, kuten edellä kuvatut. Niitä tarvitaan kahden virtapiirin kytkemiseen.

Tämä on välttämätöntä galvaanisessa eristyksessä, nopeassa signaalin siirrossa sekä tasa- ja vaihtovirtapiirien kytkemiseen, kuten triac-ohjauksen tapauksessa 220 V 5 V: n piirissä mikro-ohjaimen signaalin kanssa.

Heillä on graafinen nimitys, joka sisältää tietoja optoerottimen sisällä käytetyistä elementtityypeistä.

Mieti muutama esimerkki tällaisten laitteiden käytöstä.

Triacin hallinta mikrokontrollerilla

Jos suunnittelet tyristoria tai triac-muunnosta, joudut ongelmaan. Ensinnäkin, jos siirtymä ohjausulosteessa läpikäy - mikro-ohjaimen tappiin suuri potentiaali putoaa ja jälkimmäinen epäonnistuu. Tätä varten on kehitetty erityisiä ohjaimia, joiden elementti on nimeltään optosymistori, esimerkiksi MOC3041.

Optoparin palaute

Vakautetuissa kytkentävirtalähteissä vaaditaan palautetta. Jos suljemme pois galvaanisen eristyksen tässä piirissä, silloin, kun jotkin OS-piirin komponentit rikkoutuvat, lähtöpiiriin ilmaantuu suuri potentiaali ja kytketyt laitteet epäonnistuvat. En puhu siitä, että voit olla järkyttynyt.

Erityisessä esimerkissä näet tällaisen käyttöjärjestelmän toteutuksen lähtöpiiristä transistorin takaisinkäämitykseen (ohjaukseen) optoeristimen avulla sarjanimityksellä U1.

tulokset

Foto- ja optoelektroniikka ovat erittäin tärkeitä elektroniikan osia, jotka ovat parantaneet merkittävästi laitteiden laatua, kustannuksia ja luotettavuutta. Optoerottimen avulla on mahdollista sulkea pois eristysmuuntajan käyttö tällaisissa piireissä, mikä pienentää kokonaismittoja. Lisäksi joitain laitteita on yksinkertaisesti mahdotonta toteuttaa ilman tällaisia ​​elementtejä.