Πώς να χρησιμοποιήσετε φωτοαντιστάσεις, φωτοδίοδοι και φωτοτραντιστές

Οι αισθητήρες είναι τελείως διαφορετικοί. Διαφέρουν στην αρχή της δράσης, στη λογική της εργασίας τους και στα φυσικά φαινόμενα και τις ποσότητες στις οποίες είναι σε θέση να ανταποκριθούν. Οι αισθητήρες φωτός δεν χρησιμοποιούνται μόνο σε αυτόματο εξοπλισμό ελέγχου φωτισμού, αλλά χρησιμοποιούνται σε τεράστιο αριθμό συσκευών, από τροφοδοτικά έως συναγερμούς και συστήματα ασφαλείας.

Οι κύριοι τύποι φωτοηλεκτρονικών συσκευών. Γενικές πληροφορίες

Ένας φωτοανιχνευτής με μια γενική έννοια είναι μια ηλεκτρονική συσκευή που ανταποκρίνεται σε μια αλλαγή στην φωτεινή ροή που πέφτει στο ευαίσθητο τμήμα της. Μπορεί να διαφέρουν, τόσο σε δομή όσο και σε αρχή λειτουργίας. Ας τα δούμε.

Φωτογραφικοί αισθητήρες - Αλλάξτε την αντίσταση όταν φωτίζετε

Μια φωτοαντιστάθμιση είναι μια φωτογραφική συσκευή που αλλάζει την αγωγιμότητα (αντίσταση) ανάλογα με την ποσότητα φωτός που προσπίπτει στην επιφάνεια της. Όσο πιο έντονη έκθεση στο φως ευαίσθητη περιοχή, τόσο λιγότερη αντίσταση. Εδώ είναι ένα σχηματικό του.

Αποτελείται από δύο μεταλλικά ηλεκτρόδια, μεταξύ των οποίων υπάρχει υλικό ημιαγωγού. Όταν η ροή φωτός χτυπάει τον ημιαγωγό, απελευθερώνονται φορείς φορτίου, αυτό συμβάλλει στη διέλευση ρεύματος μεταξύ των μεταλλικών ηλεκτροδίων.

Η ενέργεια της ροής φωτός δαπανάται για την υπέρβαση του χάσματος ζώνης από τα ηλεκτρόνια και τη μετάβασή τους στη ζώνη αγωγιμότητας. Ως ημιαγωγός, οι φωτοαγωγείς χρησιμοποιούν υλικά όπως: Θειούχο Κάδμιο, Θειικό Μόλυβδο, Σεληνίτη Κάδμιο και άλλα. Το φασματικό χαρακτηριστικό του φωτοανθεκτικού εξαρτάται από τον τύπο αυτού του υλικού.

Ενδιαφέρουσες:

Το φασματικό χαρακτηριστικό περιέχει πληροφορίες σχετικά με το ποια μήκη κύματος (χρώματος) της φωτεινής ροής είναι πιο ευαίσθητα σε φωτοαντιστάσεων. Για ορισμένες περιπτώσεις, είναι απαραίτητο να επιλέξετε προσεκτικά έναν πομπό φωτός του κατάλληλου μήκους κύματος, προκειμένου να επιτευχθεί η μεγαλύτερη ευαισθησία και αποδοτικότητα εργασίας.

Ο φωτοαντιστάκτης δεν έχει σχεδιαστεί για να μετρούν με ακρίβεια τον φωτισμό, αλλά για να καθορίσει την παρουσία φωτός, σύμφωνα με τις ενδείξεις του, το περιβάλλον μπορεί να ανιχνευθεί ελαφρύτερο ή πιο σκοτεινό. Το χαρακτηριστικό ρεύματος τάσης του φωτοανθεκτικού είναι ως εξής.

Παρουσιάζει την εξάρτηση του ρεύματος από την τάση για διάφορες τιμές της ροής φωτός: Φ - σκοτάδι και Φ3 - αυτό είναι έντονο φως. Είναι γραμμικό. Ένα άλλο σημαντικό χαρακτηριστικό είναι η ευαισθησία, μετριέται σε mA (μΑ) / (Lm * V). Αυτό αντανακλά πόσο ρεύμα ρέει μέσω της αντίστασης, με κάποια φωτεινή ροή και εφαρμοσμένη τάση.

Η σκοτεινή αντίσταση είναι η ενεργός αντίσταση στην πλήρη απουσία φωτισμού, δηλώνεται με RT και η χαρακτηριστική τιμή RT / Rb είναι ο ρυθμός μεταβολής της αντίστασης από την κατάσταση του φωτοανθεκτικού στοιχείου υπό την πλήρη έλλειψη φωτισμού στη μέγιστη φωτεινή κατάσταση και την ελάχιστη δυνατή αντίσταση αντίστοιχα.

Οι φωτοαντιστάσεις έχουν ένα σημαντικό μειονέκτημα - τη συχνότητα αποκοπής τους. Αυτή η τιμή περιγράφει τη μέγιστη συχνότητα του ημιτονοειδούς σήματος με το οποίο μοντελοποιήσατε τη φωτεινή ροή, στην οποία η ευαισθησία μειώνεται κατά 1,41 φορές. Στα βιβλία αναφοράς αυτό αντικατοπτρίζεται είτε από την τιμή της συχνότητας είτε από μια χρονική σταθερά. Αντικατοπτρίζει την ταχύτητα των συσκευών, η οποία συνήθως διαρκεί δεκάδες μικροδευτερόλεπτα - 10 ^ (- 5) s. Αυτό δεν σας επιτρέπει να το χρησιμοποιήσετε όπου χρειάζεστε υψηλή απόδοση.

Φωτοδίοδο - μετατρέπει το φως σε ηλεκτρικό φορτίο

Μια φωτοδίοδος είναι ένα στοιχείο που μετατρέπει το φως που εισέρχεται σε μια ευαίσθητη περιοχή σε ένα ηλεκτρικό φορτίο. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι διάφορες διεργασίες που σχετίζονται με την κίνηση φορέων φορτίου εμφανίζονται κατά τη διάρκεια της ακτινοβολίας στην ένωση pn.

Εάν η αγωγιμότητα μεταβληθεί στον φωτοανθεκτικό λόγω της κίνησης των φορέων φορτίου στον ημιαγωγό, τότε σχηματίζεται ένα φορτίο στο όριο της διακλάδωσης pn. Μπορεί να λειτουργήσει στη λειτουργία ενός φωτοβολταϊκού μετατροπέα και μιας γεννήτριας φωτογραφιών.

Στη δομή, είναι η ίδια με μια συμβατική δίοδος, αλλά στην περίπτωσή της υπάρχει ένα παράθυρο για το πέρασμα του φωτός. Εξωτερικά, έρχονται σε διάφορα σχέδια.

Οι φωτοδιόδους μαύρου σώματος δέχονται μόνο υπέρυθρη ακτινοβολία. Η μαύρη επίστρωση είναι κάτι σαν χρωματισμό. Φιλτράρει το φάσμα IR για να αποκλείσει τη δυνατότητα ενεργοποίησης της ακτινοβολίας άλλων φάσεων.

Οι φωτοδίοδοι, όπως οι φωτοαντιστάσεις, έχουν συχνότητα αποκοπής, μόνο εδώ είναι τάξεις μεγέθους μεγαλύτερες και φτάνουν τα 10 MHz, πράγμα που επιτρέπει την καλή απόδοση. Οι φωτοδίοδοι P-i-N έχουν υψηλή ταχύτητα - 100 MHz-1 GHz, όπως οι δίοδοι που βασίζονται στο φράγμα Schottky. Οι δίοδοι χιονοστιβάδας έχουν συχνότητα αποκοπής περίπου 1-10 GHz.

Στη λειτουργία φωτοεπεξεργαστή, μια τέτοια δίοδος λειτουργεί σαν ένα κλειδί ελεγχόμενο από το φως, γι 'αυτό συνδέεται με το κύκλωμα στην προς τα εμπρός μεροληψία. Δηλαδή, η κάθοδος σε ένα σημείο με ένα θετικότερο δυναμικό (στο συν), και η άνοδος σε ένα πιο αρνητικό δυναμικό (στο μείον).

Όταν η δίοδος δεν φωτίζεται από το φως, μόνο το αντίστροφο σκούρο ρεύμα Iobrt ρέει (μονάδες και δεκάδες μA), και όταν η δίοδος είναι αναμμένη, προστίθεται ένα φωτοκύτταρο, το οποίο εξαρτάται μόνο από τον βαθμό φωτισμού (δεκάδες mA). Όσο περισσότερο το φως, τόσο πιο τρέχον.

Photocurrent Αν είναι ίσο:

Iph = Sint * F,

όπου Sint είναι η ολοκληρωμένη ευαισθησία, Φ είναι η φωτεινή ροή.

Ένα τυπικό σχήμα για την ενεργοποίηση μιας φωτοδιόδου σε λειτουργία φωτοεπεξεργαστή. Δώστε προσοχή στο πώς είναι συνδεδεμένο - στην αντίθετη κατεύθυνση σε σχέση με την πηγή ενέργειας.

Μια άλλη λειτουργία είναι η γεννήτρια. Όταν φως εισέρχεται στη φωτοδίοδο, παράγεται τάση στους ακροδέκτες της, ενώ τα ρεύματα βραχυκυκλώματος σε αυτόν τον τρόπο είναι δεκάδες αμπέρ. Υπενθυμίζει λειτουργία ηλιακών κυψελώναλλά έχουν χαμηλή ισχύ.

Φωτοτρανζίστρες - ανοιχτές από το ποσό του προσπίπτοντος φωτός

Ο φωτοτρανσικός είναι εγγενώς διπολικό τρανζίστορ που αντί για την έξοδο βάσης έχει ένα παράθυρο στην περίπτωση που το φως να εισέλθει εκεί. Η αρχή της λειτουργίας και οι λόγοι για αυτό το φαινόμενο είναι παρόμοιοι με τις προηγούμενες συσκευές. Τα διπολικά τρανζίστορ ελέγχονται από την ποσότητα ρεύματος που ρέει μέσω της βάσης και οι φωτοτρανζίστρες, κατ 'αναλογία, ελέγχονται από την ποσότητα φωτός.

Μερικές φορές η UGO εξακολουθεί να απεικονίζει επιπλέον την έξοδο της βάσης. Γενικά, η τάση τροφοδοτείται στον φωτοτρανζίστορ καθώς και στη συνήθη, και η δεύτερη επιλογή μεταγωγής είναι με πλωτή βάση, όταν η βασική έξοδος παραμένει αχρησιμοποίητη.

Επίσης, στο κύκλωμα περιλαμβάνονται φωτοτραντιστές.

Ή ανταλλάξτε το τρανζίστορ και την αντίσταση, ανάλογα με το τι ακριβώς χρειάζεστε. Ελλείψει φωτός, ένα σκοτεινό ρεύμα ρέει μέσω του τρανζίστορ, το οποίο σχηματίζεται από το ρεύμα βάσης, το οποίο μπορείτε να ορίσετε.

Ρυθμίζοντας το απαιτούμενο ρεύμα βάσης, μπορείτε να ρυθμίσετε την ευαισθησία του φωτοτρανζίστορ επιλέγοντας τη βασική του αντίσταση. Με αυτόν τον τρόπο, μπορεί να καταγραφεί ακόμα και το ελάχιστο φως.

Στους Σοβιετικούς χρόνους, οι ραδιοερασιτέχνες έκαναν φωτοτραντιστές με τα χέρια τους - έκαναν ένα παράθυρο για το φως, κόβοντας μέρος της θήκης με συμβατικό τρανζίστορ. Για αυτό, τα τρανζίστορ όπως το MP14-MP42 είναι εξαιρετικά.

Από το χαρακτηριστικό ρεύματος τάσης, η εξάρτηση του φωτός από τον φωτισμό είναι ορατή, ενώ είναι πρακτικά ανεξάρτητη από την τάση του συλλέκτη-εκπομπού.

Εκτός από τους διπολικούς φωτοτρανσικούς, υπάρχουν και τα πεδία. Οι διπολικές λειτουργούν σε συχνότητες 10-100 kHz, τότε οι πεδία είναι πιο ευαίσθητες. Η ευαισθησία τους φτάνει σε αρκετούς αμπέρ ανά αυλό και πιο γρήγορη - μέχρι 100 MHz. Τα τρανζίστορ φαινόμενου πεδίου έχουν ένα ενδιαφέρον χαρακτηριστικό: στις μέγιστες τιμές της φωτεινής ροής, η τάση της πύλης σχεδόν δεν επηρεάζει το ρεύμα αποστράγγισης.

Σκοπός των φωτοηλεκτρονικών συσκευών

Πρώτα απ 'όλα, θα πρέπει να εξετάσετε πιο οικείες επιλογές για την εφαρμογή τους, για παράδειγμα, αυτόματη ένταξη του φωτός.

Το διάγραμμα που παρουσιάζεται παραπάνω είναι η απλούστερη συσκευή για την ενεργοποίηση και απενεργοποίηση του φορτίου σε μια συγκεκριμένη κατάσταση φωτισμού. Φωτοδίοδο FD320 Όταν φτάσει το φως, ανοίγει μια ορισμένη τάση και το R1 ρίχνει μια ορισμένη τάση όταν η τιμή του επαρκεί για να ανοίξει το τρανζίστορ VT1 - ανοίγει και ανοίγει ένα άλλο τρανζίστορ - VT2. Αυτά τα δύο τρανζίστορ είναι ένας ενισχυτής ρεύματος δύο σταδίων, απαραίτητος για την τροφοδοσία του πηνίου ρελέ Κ1.

Η δίοδος VD2 ​​- που απαιτείται για την καταστολή της αυτόματης επαγωγής του ηλεκτρομαγνητικού πεδίου, η οποία σχηματίζεται κατά την αλλαγή του πηνίου. Ένα από τα καλώδια από το φορτίο συνδέεται με τον ακροδέκτη εισόδου του ρελέ, το άνω μέρος σύμφωνα με το σχέδιο (για εναλλασσόμενο ρεύμα - φάση ή μηδέν).

Έχουμε κανονικά κλειστές και ανοιχτές επαφές, χρειάζονται είτε για να επιλέξετε το κύκλωμα που πρέπει να ενεργοποιηθεί είτε για να επιλέξετε να ενεργοποιήσετε ή να απενεργοποιήσετε το φορτίο από το δίκτυο όταν επιτευχθεί ο απαιτούμενος φωτισμός. Ο ποτενσιόμετρο R1 χρειάζεται για να ρυθμίσετε τη συσκευή ώστε να λειτουργεί με τη σωστή ποσότητα φωτός. Όσο μεγαλύτερη είναι η αντίσταση, τόσο λιγότερος φωτισμός χρειάζεται για να ενεργοποιηθεί το κύκλωμα.

Οι παραλλαγές αυτού του σχήματος χρησιμοποιούνται στις περισσότερες παρόμοιες συσκευές, προσθέτοντας ένα συγκεκριμένο σύνολο λειτουργιών εάν είναι απαραίτητο.

Εκτός από την ενεργοποίηση του φωτοβολταϊκού φορτίου, αυτοί οι φωτοανιχνευτές χρησιμοποιούνται σε διάφορα συστήματα ελέγχου, για παράδειγμα, οι φωτοανιχνευτές χρησιμοποιούνται συχνά σε turnstiles του μετρό για να ανιχνεύσουν μη εξουσιοδοτημένη διασταύρωση του λαβυρίνθου.

Σε ένα τυπογραφείο, όταν λυγίζει μια λωρίδα χαρτιού, το φως εισέρχεται στο φωτοανιχνευτή και έτσι δίνει στον χειριστή ένα σήμα γι 'αυτό. Ο πομπός βρίσκεται στη μία πλευρά του χαρτιού και ο φωτοανιχνευτής βρίσκεται στην πίσω πλευρά. Όταν το χαρτί είναι σκισμένο, το φως από τον πομπό φτάνει στον φωτοανιχνευτή.

Σε ορισμένους τύπους συναγερμών, ένας πομπός και ένας φωτοανιχνευτής χρησιμοποιούνται ως αισθητήρες για την είσοδο στο δωμάτιο και οι υπέρυθρες συσκευές χρησιμοποιούνται έτσι ώστε η ακτινοβολία να μην είναι ορατή.

Όσον αφορά το φάσμα IR, δεν μπορείτε να αναφέρετε τον τηλεοπτικό δέκτη, ο οποίος λαμβάνει σήματα από το IR LED στο τηλεχειριστήριο όταν αλλάζετε κανάλια. Οι πληροφορίες κωδικοποιούνται με ιδιαίτερο τρόπο και η τηλεόραση καταλαβαίνει τι χρειάζεστε.

Πληροφορίες που έχουν διαβιβαστεί προηγουμένως μέσω των θυρών υπέρυθρων κινητών τηλεφώνων. Η ταχύτητα μετάδοσης περιορίζεται τόσο από τη μέθοδο διαδοχικής μετάδοσης όσο και από την αρχή λειτουργίας της ίδιας της συσκευής.

Οι υπολογιστικοί ποντικοί χρησιμοποιούν επίσης τεχνολογία που σχετίζεται με φωτοηλεκτρονικές συσκευές.

Αίτηση για μετάδοση σήματος σε ηλεκτρονικά κυκλώματα

Οι οπτοηλεκτρονικές συσκευές είναι συσκευές που συνδυάζουν πομπό και φωτοανιχνευτή στο ίδιο περίβλημα, όπως αυτές που περιγράφονται παραπάνω. Απαιτούνται για τη σύνδεση δύο κυκλωμάτων του ηλεκτρικού κυκλώματος.

Αυτό είναι απαραίτητο για γαλβανική απομόνωση, γρήγορη μετάδοση σήματος, καθώς και για σύνδεση κυκλωμάτων DC και AC, όπως στην περίπτωση ελέγχου triac σε κύκλωμα 220 V 5 V με σήμα από τον μικροελεγκτή.

Έχουν μια γραφική ονομασία που περιέχει πληροφορίες σχετικά με τον τύπο των στοιχείων που χρησιμοποιούνται μέσα στον οπτοπλέκτη.

Εξετάστε μερικά παραδείγματα χρήσης τέτοιων συσκευών.

Ελέγχοντας ένα τριακ χρησιμοποιώντας έναν μικροελεγκτή

Αν σχεδιάζετε ένα μετατροπέα θυρίστορ ή triac, θα αντιμετωπίσετε ένα πρόβλημα. Πρώτον, εάν η μετάβαση στην έξοδο του ελέγχου διαλείψει - στον ακροδέκτη του μικροελεγκτή το υψηλό δυναμικό θα πέσει και το τελευταίο θα αποτύχει. Για αυτό, έχουν αναπτυχθεί ειδικοί οδηγοί, με ένα στοιχείο που ονομάζεται optosymistor, για παράδειγμα, MOC3041.

Ανατροφοδότηση οπτικού ζεύγους

Στα σταθεροποιημένα τροφοδοτικά τροφοδοσίας, απαιτείται ανατροφοδότηση. Αν αποκλείσουμε τη γαλβανική απομόνωση σε αυτό το κύκλωμα, τότε σε περίπτωση βλάβης ορισμένων εξαρτημάτων στο κύκλωμα OS, θα εμφανιστεί υψηλό δυναμικό στο κύκλωμα εξόδου και ο συνδεδεμένος εξοπλισμός θα αποτύχει, δεν λέω ότι μπορείς να είσαι σοκαρισμένος.

Σε ένα συγκεκριμένο παράδειγμα, βλέπετε την υλοποίηση ενός τέτοιου λειτουργικού συστήματος από το κύκλωμα εξόδου προς την αντίστροφη περιέλιξη (έλεγχος) του τρανζίστορ με τη χρήση ενός οπτικού συζεύκτη με την σειριακή ονομασία U1.

Συμπεράσματα

Η φωτογραφία και η οπτοηλεκτρονική είναι πολύ σημαντικά τμήματα της ηλεκτρονικής, τα οποία έχουν βελτιώσει σημαντικά την ποιότητα του εξοπλισμού, το κόστος και την αξιοπιστία του. Με τη χρήση ενός οπτικού συζεύκτη, είναι δυνατόν να αποκλειστεί η χρήση ενός μετασχηματιστή απομόνωσης σε τέτοια κυκλώματα, γεγονός που μειώνει τις συνολικές διαστάσεις. Επιπλέον, ορισμένες συσκευές είναι απλά αδύνατο να υλοποιηθούν χωρίς τέτοια στοιχεία.