Fotosensors i la seva aplicació

Què són els fotosensors

En diversos dispositius electrònics, dispositius d'automatització domèstica i industrial, diversos dissenys de ràdio aficionats fotosensors s’utilitzen molt àmpliament. Qualsevol que hagi desmuntat un antic ratolí d’ordinador, com es deia “komovskaya”, amb una bola a l’interior, hauria d’haver vist rodes amb ranures girant a les ranures dels fotosensors.

Aquests fotosensors s’anomenen interruptors fotogràfics - interrompre el flux de llum. A un costat d'aquest sensor hi ha una font - LEDper regla general, infraroig (IR), amb un altre fototransistor (per ser més precisos, dos fototransistors, en alguns models del fotodiode, per determinar també el sentit de gir). Quan la roda gira amb ranures a la sortida del fotosensor, s’obtenen impulsos elèctrics, que és informació sobre la posició angular d’aquesta mateixa roda. Aquests dispositius s'anomenen codificadors. A més, el codificador pot ser només un contacte, recorda la roda d’un ratolí modern.

Les interrupcions fotogràfiques s’utilitzen no només en “ratolins”, sinó també en altres dispositius, per exemple, en els sensors de velocitat d’algun mecanisme. En aquest cas, s’utilitza un sol fotosensor, perquè no cal determinar el sentit de gir.

Si per alguna raó, la majoria de vegades per reparació, pugeu a altres dispositius electrònics, aleshores es poden trobar sensors fotogràfics en impressores, escàners i copiadors, en unitats de CD, en reproductors de DVD, en enregistradors de cassets de vídeo, en càmeres de vídeo i en altres equips.

Què són, doncs, fotosensors i què són? Només cal veure, sense endinsar-se en la física dels semiconductors, no entendre les fórmules i no pronunciar paraules incomprensibles (recombinació, resorció de portadors minoritaris), que s’anomena “als dits”, com funcionen aquests fotosensors.

Figura 1. Photo Interrupter

Fotorresistor

Tot està clar amb ell. Com que una resistència constant ordinària té una resistència ohmica, la direcció de connexió al circuit no hi té un paper. Només, a diferència d’un resistor constant, canvia la resistència sota la influència de la llum: quan s’il·lumina, disminueix diverses vegades. El nombre d'aquests "temps" depèn del model del fotorresistor, principalment de la seva resistència fosca.

Estructuralment, els fotoresistors són una caixa metàl·lica amb una finestra de vidre a través de la qual és visible una placa de color grisós amb una pista en zig-zag. Posteriorment es van realitzar models en una caixa de plàstic amb una part superior transparent.

La velocitat dels fotoreresistors és baixa, de manera que només poden funcionar a freqüències molt baixes. Per tant, en els nous desenvolupaments gairebé no s’utilitzen. Però passa que en el procés de reparació d’equips antics hauran de complir-se.

Per comprovar la salut del fotoresistor, només cal comprovar la seva resistència amb un multímetre. En absència d’il·luminació, la resistència ha de ser gran, per exemple, el fotoresistor SF3-1 té una resistència fosca segons les dades de referència de 30MOhm. Si s’encén, la resistència baixarà a uns quants KOhms. L’aparició del fotoreresistor es mostra a la figura 2.

Figura 2. Fotoreresistor SF3-1

Fotòdodes

Molt similar a un díode rectificador convencional, si no és que la propietat respon a la llum. Si el "teste" sona amb un tester, és millor utilitzar un commutador actualitzat, en cas que no s'il·lumini, els resultats seran els mateixos que en el cas d'un díode convencional: en la direcció endavant el dispositiu mostrarà una mica de resistència i, en el sentit contrari, la fletxa del dispositiu difícilment brotarà.

Diuen que el díode està activat en el sentit contrari (cal recordar aquest punt), de manera que el corrent no hi passa. Però, si en aquesta inclusió el fotodiode s’il·lumina amb una bombeta, la fletxa s’avançarà bruscament fins a la marca zero.Aquest mode de funcionament del fotodiode s’anomena fotodiode.

El fotodiode també té un mode de funcionament fotovoltaic: quan la llum la colpeja, com bateria solar, produeix un voltatge dèbil que, si es reforça, es pot utilitzar com a senyal útil. Però, més sovint, el fotodiode s'utilitza en mode fotodiode.

Els fotodíodes de l'antic disseny en aparença són un cilindre metàl·lic amb dos cables. D'altra banda es troba una lent de vidre. Els fotodiodos moderns tenen un carcassa de plàstic transparent, exactament el mateix que els LED.

Fig. 2. Fotòdodes

Fototransistors

En aparença, simplement són indistinguibles dels LED, el mateix cas és de plàstic transparent o un cilindre amb un vidre al final, i a partir d’aquest hi ha dues sortides: un col·lector i un emissor. Sembla que el fototransistor no necessita una sortida bàsica, perquè el senyal d’entrada per a això és el flux de llum.

Tot i que, alguns fototransistors encara tenen una sortida base, que, a més de llum, també permet controlar elèctricament el transistor. Això es pot trobar en alguns optocuppiadors de transistor, per exemple, AOT128 i 4N35 importats, que són essencialment analògics funcionals. Una resistència està connectada entre la base i l'emissor del fototransistor per cobrir lleugerament el fototransistor, tal com es mostra a la figura 4.

Figura 3. Fototransistor

El nostre optocopiador sol "penjar" 10-100KΩ, mentre que el "analògic" importat té aproximadament 1MΩ. Si poseu fins i tot 100K, no funcionarà, el transistor està tancat perfectament.

Com comprovar un fototransistor

Un fototransistor pot ser verificat simplement per un provador, fins i tot si no té una sortida base. Quan un ohmímetre està connectat en qualsevol polaritat, la resistència de la secció col·lector-emissor és força gran, ja que el transistor està tancat. Quan hi ha llum d’intensitat i espectre suficients a l’objectiu, l’ohmímetre mostrarà una mica de resistència: el transistor s’obria, si, per descomptat, era possible endevinar la polaritat de la connexió del tester. De fet, aquest comportament s’assembla a un transistor convencional, només s’obre amb un senyal elèctric, i aquest amb un corrent de llum. A més de la intensitat del flux de llum, té un paper important la seva composició espectral. Per veure les funcions de prova del transistor, vegeu aquí. 

Espectre de llum

Típicament, els fotosensors s’ajusten a una longitud d’ona específica de la radiació lumínica. Si es tracta de radiació infraroja, aquest sensor no respon bé als LED blaus i verds, prou bons com a vermells, una làmpada incandescent i, per descomptat, els infrarojos. Tampoc accepta llum de les làmpades fluorescents. Per tant, el motiu del mal funcionament del fotosensor pot ser simplement un espectre inadequat de la font de llum.

Es va escriure més amunt de com sonar un fotodiode i un fototransistor. Aquí heu de prestar atenció a una aparença tan aparent com el tipus de dispositiu de mesura. En un multímetre digital modern, en mode de continuïtat de semiconductors, el plus es troba al mateix lloc que quan es mesura la tensió de corrent continu, és a dir. al fil vermell.

El resultat de la mesura serà la caiguda de tensió en mil·ligolts a la unió p-n en direcció endavant. Per regla general, es tracta d’un nombre situat en el rang de 500 - 600, que depèn no només del tipus de dispositiu semiconductor, sinó també de la temperatura. Amb l'augment de la temperatura, aquesta xifra disminueix 2 per cada grau centígrad, la qual cosa es deu al coeficient de resistència de temperatura del TCS.

Quan s'utilitza un tester de punter, s'ha de recordar que, en el mode de mesura de resistència, la sortida positiva està en menys en el mode de mesurament de tensió. Amb aquestes comprovacions, és millor il·luminar els sensors fotogràfics amb una làmpada incandescent a poca distància.

Emparellament del fotosensor amb un microcontrolador

Recentment, molts entusiastes de la ràdio han tingut un gran interès en dissenyar robots. Molt sovint es tracta d’una cosa que sembla primitiva, com una caixa amb piles a les rodes, però terriblement intel·ligent: ho escolta tot, ho veu tot i va al voltant d’obstacles.Ho veu tot a causa de fototransistors o fotodiodos, i fins i tot fotorsistors.

Tot és molt senzill aquí. Si es tracta d’un fotoresistor, n’hi ha prou de connectar-lo, tal com s’indica al diagrama, i en el cas d’un fototransistor o fotodiode, per no confondre la polaritat, “anellar-los” primer, tal com s’ha descrit anteriorment. És especialment útil fer aquesta operació, si les peces no són noves, assegureu-vos que siguin adequades. Connexió de diferents sensors de fotografies a microcontrolador mostrat a la figura 4.

Figura 4. Esquemes de connexió de fotosensors a un microcontrolador

Mesura de la llum

Els fotodíodes i els fototransistors tenen una sensibilitat baixa, una gran no-linealitat i un espectre molt estret. L’aplicació principal d’aquests dispositius fotogràfics és treballar en mode clau: on-off. Per tant, la creació de mesuradors de llum és força problemàtica, tot i que anteriorment en tots els mesuradors analògics s'utilitzaven precisament aquests fotosensors.

Però, afortunadament, la nanotecnologia no es manté parat, però avança progressivament. Per mesurar la il·luminació "allà" han creat un xip especial TSL230R, que és un convertidor programable d'il·luminació - freqüència.

Exteriorment, el dispositiu és un xip en una caixa DIP8 feta de plàstic transparent. Tots els senyals d'entrada i sortida del nivell són compatibles amb la lògica TTL - CMOS, la qual cosa facilita l'aparell del convertidor amb qualsevol microcontrolador.

Usant senyals externs, podeu canviar la sensibilitat del fotodiode i l'escala del senyal de sortida, respectivament, 1, 10, 100 i 2, 10 i 100 vegades. La dependència de la freqüència del senyal de sortida de la il·luminació és lineal, que va des de fraccions d'un hertz fins a 1 MHz. La configuració d’escala i sensibilitat es realitza proporcionant nivells de lògica a només 4 entrades.

El microcircuit es pot introduir en el mode de consum micro (5 μA) per al qual hi ha una conclusió separada, tot i que no és especialment voraç en el mode de funcionament. Amb una tensió d'alimentació de 2,7 ... 5,5 V, el consum actual no és superior a 2 mA. Per al funcionament del xip no es necessita cap cinturó extern, tret que el condensador de bloqueig per a la seva alimentació.

De fet, n'hi ha prou amb connectar un mesurador de freqüència al microcircuit i obtenir lectures d'il·luminació, aparentment, en algunes UE. En el cas d’utilitzar el microcontrolador, centrat en la freqüència del senyal de sortida, podeu controlar la il·luminació a l’habitació, o simplement pel principi de “encendre”.

El TSL230R no és l’únic mesurador de llum. Encara més avançats són els sensors Maxim MAX44007-MAX44009. Les seves dimensions són menors que les del TSL230R, el consum d’energia és el mateix que la d’altres sensors en mode de suspensió. El propòsit principal d'aquests sensors de llum és l'ús en dispositius alimentats amb bateries.

Els fotosensors controlen la il·luminació

Una de les tasques realitzades amb l’ajuda dels fotosensors és control d’il·luminació. Aquests esquemes s'anomenen relleu fotogràfic, molt sovint es tracta d’una simple inclusió d’il·luminació a les fosques. Per a aquest propòsit, molts amateurs han desenvolupat molts circuits, alguns dels quals considerarem en el proper article.

Continuació de l'article: Esquemes de relés fotogràfics per al control de la il·luminació