Fotosensores y su aplicación.

¿Qué son los fotosensores?

En varios dispositivos electrónicos, dispositivos de automatización domésticos e industriales, varios diseños de radioaficionados fotosensores Se usan muy ampliamente. Cualquiera que haya desmontado un viejo mouse de computadora, como se llamaba "komovskaya", con una pelota adentro, debe haber visto ruedas con ranuras girando en las ranuras de los fotosensores.

Estos fotosensores se llaman interruptores de fotos - interrumpe el flujo de luz. En un lado de dicho sensor hay una fuente: LEDcomo regla, infrarrojo (IR), con otro fototransistor (para ser más precisos, dos fototransistores, en algunos modelos del fotodiodo, para determinar también la dirección de rotación). Cuando la rueda gira con ranuras en la salida del fotosensor, se obtienen impulsos eléctricos, que es información sobre la posición angular de esta rueda. Dichos dispositivos se denominan codificadores. Además, el codificador puede ser solo un contacto, ¡recuerda la rueda de un mouse moderno!

Los interruptores fotográficos se usan no solo en "ratones" sino también en otros dispositivos, por ejemplo, sensores de velocidad de algún mecanismo. En este caso, se usa un solo fotosensor, ya que no es necesario determinar el sentido de rotación.

Si por alguna razón, la mayoría de las veces para reparación, se sube a otros dispositivos electrónicos, se pueden encontrar fotosensores en impresoras, escáneres y copiadoras, en unidades de CD, en reproductores de DVD, grabadoras de video, videocámaras y otros equipos.

Entonces, ¿qué son los fotosensores y qué son? Solo vea, sin entrar en la física de los semiconductores, sin comprender las fórmulas y sin pronunciar palabras incomprensibles (recombinación, reabsorción de portadores minoritarios), que se llama "en los dedos", cómo funcionan estos fotosensores.

Figura 1. Interruptor fotográfico

Fotorresistor

Todo está claro con él. Como una resistencia constante ordinaria tiene una resistencia óhmica, la dirección de conexión en el circuito no juega un papel. Solo a diferencia de una resistencia constante, cambia la resistencia bajo la influencia de la luz: cuando se ilumina, disminuye varias veces. El número de estos "tiempos" depende del modelo de fotorresistencia, principalmente de su resistencia oscura.

Estructuralmente, los fotoresistores son una caja de metal con una ventana de vidrio a través de la cual se ve una placa de color grisáceo con una pista en zigzag. Los modelos posteriores se llevaron a cabo en una caja de plástico con una tapa transparente.

La velocidad de los fotoresistores es baja, por lo que solo pueden funcionar a frecuencias muy bajas. Por lo tanto, en los nuevos desarrollos, casi nunca se usan. Pero sucede que en el proceso de reparación de equipos viejos tendrán que cumplir.

Para verificar la salud del fotorresistor, es suficiente verificar su resistencia con un multímetro. En ausencia de iluminación, la resistencia debe ser grande, por ejemplo, el fotorresistor SF3-1 tiene una resistencia oscura de acuerdo con los datos de referencia de 30MOhm. Si está encendido, la resistencia caerá a unos pocos KOhms. La apariencia del fotorresistor se muestra en la Figura 2.

Figura 2. Fotoresistor SF3-1

Fotodiodos

Muy similar a un diodo rectificador convencional, si no fuera por la propiedad de reaccionar a la luz. Si lo "suena" con un probador, es mejor usar un interruptor actualizado, luego, en ausencia de iluminación, los resultados serán los mismos que en el caso de un diodo convencional: en la dirección hacia adelante, el dispositivo mostrará un poco de resistencia, y en la dirección opuesta la flecha del dispositivo difícilmente se moverá.

Dicen que el diodo se enciende en la dirección opuesta (este punto debe recordarse), por lo que la corriente no fluye a través de él. Pero, si en esta inclusión el fotodiodo se enciende con una bombilla, entonces la flecha se precipitará abruptamente a la marca cero.Este modo de funcionamiento del fotodiodo se llama fotodiodo.

El fotodiodo también tiene un modo de operación fotovoltaica: cuando la luz lo golpea, como batería solar, produce un voltaje débil que, si se fortalece, puede usarse como una señal útil. Pero, más a menudo, el fotodiodo se usa en modo fotodiodo.

Los fotodiodos del diseño antiguo en apariencia son un cilindro de metal con dos cables. Por otro lado es una lente de cristal. Los fotodiodos modernos tienen una carcasa de plástico transparente, exactamente igual que los LED.

Fig. 2. Fotodiodos

Fototransistores

En apariencia, son simplemente indistinguibles de los LED, la misma carcasa está hecha de plástico transparente o un cilindro con un vidrio en el extremo, y de ella hay dos salidas: un colector y un emisor. El fototransistor no parece necesitar una salida básica, porque la señal de entrada es el flujo de luz.

Aunque, algunos fototransistores todavía tienen una salida base, que, además de la luz, también permite que el transistor se controle eléctricamente. Esto se puede encontrar en algunos optoacopladores de transistores, por ejemplo, AOT128 y 4N35 importados, que son esencialmente análogos funcionales. Se conecta una resistencia entre la base y el emisor del fototransistor para cubrir ligeramente el fototransistor, como se muestra en la Figura 4.

Figura 3. Fototransistor

Nuestro optoacoplador generalmente "cuelga" 10-100KΩ, mientras que el "análogo" importado tiene aproximadamente 1MΩ. Si pones incluso 100K, no funcionará, el transistor está cerrado herméticamente.

Cómo revisar un fototransistor

Un fototransistor simplemente puede ser verificado por un probador, incluso si no tiene una salida base. Cuando se conecta un ohmímetro en cualquier polaridad, la resistencia de la sección colector - emisor es bastante grande, ya que el transistor está cerrado. Cuando la luz de suficiente intensidad y espectro entra en la lente, el ohmímetro mostrará una pequeña resistencia: el transistor se abrió, si, por supuesto, logramos adivinar la polaridad de la conexión del probador. De hecho, este comportamiento se asemeja a un transistor convencional, solo que se abre con una señal eléctrica, y este con un flujo de luz. Además de la intensidad del flujo de luz, su composición espectral juega un papel importante. Para las características de prueba del transistor, vea aqui. 

Espectro de luz

Típicamente, los fotosensores están sintonizados a una longitud de onda específica de radiación de luz. Si se trata de radiación infrarroja, dicho sensor no responde bien a los LED azules y verdes, lo suficientemente bueno para el rojo, una lámpara incandescente y, por supuesto, al infrarrojo. Tampoco acepta luz de lámparas fluorescentes. Por lo tanto, la razón del mal funcionamiento del fotosensor puede ser simplemente un espectro inapropiado de la fuente de luz.

Se escribió anteriormente cómo hacer sonar un fotodiodo y un fototransistor. Aquí debe prestar atención a un juego aparentemente tan pequeño como el tipo de dispositivo de medición. En un multímetro digital moderno, en el modo de continuidad de semiconductores, plus está en el mismo lugar que cuando se mide el voltaje de CC, es decir. en el cable rojo

El resultado de la medición será la caída de voltaje en milivoltios en la unión p-n en la dirección hacia adelante. Como regla, estos son números en el rango de 500 - 600, que depende no solo del tipo de dispositivo semiconductor, sino también de la temperatura. Con el aumento de la temperatura, esta cifra disminuye en 2 por cada grado Celsius, lo que se debe al coeficiente de resistencia a la temperatura del TCS.

Cuando se usa un probador de puntero, debe recordarse que en el modo de medición de resistencia, la salida positiva está en el signo menos en el modo de medición de voltaje. Con tales controles, es mejor iluminar los fotosensores con una lámpara incandescente a corta distancia.

Emparejar el fotosensor con un microcontrolador

Recientemente, muchos entusiastas de la radio se han interesado mucho en diseñar robots. Muy a menudo, es algo que parece ser primitivo, como una caja con baterías sobre ruedas, pero terriblemente inteligente: escucha todo, lo ve todo, evita obstáculos.Él ve todo solo debido a fototransistores o fotodiodos, y tal vez incluso fotoresistores.

Aquí todo es muy simple. Si se trata de un fotorresistor, es suficiente para conectarlo, como se indica en el diagrama, y ​​en el caso de un fototransistor o fotodiodo, para no confundir la polaridad, "aníllelos" primero, como se describió anteriormente. Es especialmente útil hacer esta operación, si las piezas no son nuevas, asegúrese de que sean adecuadas. Conexión de diferentes fotosensores a microcontrolador se muestra en la figura 4.

Figura 4. Esquemas para conectar fotosensores a un microcontrolador

Medida de luz

Los fotodiodos y fototransistores tienen baja sensibilidad, alta no linealidad y un espectro muy estrecho. La aplicación principal de estos dispositivos fotográficos es trabajar en modo clave: encendido - apagado. Por lo tanto, la creación de medidores de luz en ellos es bastante problemático, aunque anteriormente en todos los medidores de luz analógicos se utilizaron precisamente estos fotosensores.

Pero afortunadamente, la nanotecnología no se detiene, sino que avanza a pasos agigantados. Para medir la iluminación "allí lo han" creado un chip especializado TSL230R, que es un convertidor de frecuencia de luz programable.

Externamente, el dispositivo es un chip en una caja DIP8 hecha de plástico transparente. Todas las señales de entrada y salida en el nivel son compatibles con la lógica TTL - CMOS, lo que facilita el emparejamiento del convertidor con cualquier microcontrolador.

Usando señales externas, puede cambiar la sensibilidad del fotodiodo y la escala de la señal de salida, respectivamente, 1, 10, 100 y 2, 10 y 100 veces. La dependencia de la frecuencia de la señal de salida con respecto a la iluminación es lineal, desde fracciones de hertz hasta 1 MHz. La configuración de escala y sensibilidad se realiza suministrando niveles lógicos a solo 4 entradas.

El microcircuito se puede introducir en el modo de microconsumo (5 μA) para el cual hay una conclusión separada, aunque no es particularmente voraz en el modo de funcionamiento. Con una tensión de alimentación de 2.7 ... 5.5 V, el consumo de corriente no es más de 2 mA. Para el funcionamiento del chip no se requiere ningún flejado externo, excepto que el condensador de bloqueo de energía.

De hecho, es suficiente conectar un medidor de frecuencia al microcircuito y obtener lecturas de iluminación, bueno, aparentemente, en algunos UE. En el caso de usar el microcontrolador, enfocándose en la frecuencia de la señal de salida, puede controlar la iluminación en la habitación, o simplemente por el principio de "encender - apagar".

TSL230R no es el único medidor de luz. Aún más avanzados son los sensores Maxim MAX44007-MAX44009. Sus dimensiones son más pequeñas que las del TSL230R, el consumo de energía es el mismo que el de otros sensores en modo de suspensión. El objetivo principal de tales sensores de luz es el uso en dispositivos alimentados por batería.

Los fotosensores controlan la iluminación.

Una de las tareas realizadas con la ayuda de fotosensores es control de iluminación. Tales esquemas se llaman retransmisión de fotos, la mayoría de las veces se trata de una simple inclusión de iluminación en la oscuridad. Para este propósito, muchos aficionados han desarrollado muchos circuitos, algunos de los cuales consideraremos en el próximo artículo.

Continuación del artículo: Esquemas de fotorelay para control de iluminación