Valoanturit ja niiden käyttö

Mitä ovat valokennot?

Erilaisissa elektronisissa laitteissa, kodin ja teollisuuden automaatiolaitteissa, erilaisissa amatööriradiosuunnitelmissa fotoanturit käytetään erittäin laajasti. Jokaisen, joka on koskaan purkanut vanhan tietokonehiiren, kuten sitä kutsuttiin komovskayaksi, jonka sisällä on pallo, on täytynyt nähdä pyörät, joiden raot pyörivät valotunnistimien aukkoissa.

Näitä valosensoreita kutsutaan valokuvien keskeyttäjät - keskeytä valon virtaus. Tällaisen anturin toisella puolella on lähde - valoa lähettävä diodiyleensä infrapuna (IR) toisen fototransistorin kanssa (tarkemmin sanottuna kaksi fototransistoria, joissakin fotodiodin malleissa, myös pyörimissuunnan määrittämiseksi). Kun pyörää pyöritetään rakoilla valokennon lähdössä, saadaan sähköisiä impulsseja, mikä on tietoa tämän pyörän kulmasijainnista. Sellaisia ​​laitteita kutsutaan koodereiksi. Lisäksi kooderi voi olla vain kontakti, muista modernin hiiren pyörä!

Valokuvien keskeyttäjiä käytetään paitsi “hiirissä” myös muissa laitteissa, esimerkiksi jonkin mekanismin nopeusantureissa. Tässä tapauksessa käytetään yhtä valosensoria, koska pyörimissuuntaa ei tarvitse määrittää.

Jos kiipeää jostain syystä, useimmiten korjaamiseksi, muihin elektronisiin laitteisiin, valotunnistimet löytyvät tulostimista, skannerista ja kopiokoneista, CD-asemista, DVD-soittimista, videokasettien tallentimista, videokameroista ja muista laitteista.

Joten mitä ovat valokennot ja mitä ne ovat? Katso vain, ottamatta huomioon puolijohteiden fysiikkaa, ymmärtämättä kaavoja ja sanomatta käsittämättömiä sanoja (yhdistelmä, vähemmistöjen kantajien resorptio), jota kutsutaan ”sormeksi”, kuinka nämä valokennot toimivat.

Kuva 1. Valokuvien keskeyttäjä

photoresistor

Hänen kanssaan kaikki on selvää. Koska tavallisella vakiovastuksella on ohminen vastus, piirin kytkentäsuunnalla ei ole merkitystä. Vain toisin kuin vakiovastus, se muuttaa vastusta valon vaikutuksesta: valaistuna se vähenee useita kertoja. Näiden ”aikojen” lukumäärä riippuu valovasteen mallista, pääasiassa sen tummasta vastuskyvystä.

Valorestorit ovat rakenteellisesti metallikotelo, jossa on lasi-ikkuna, jonka läpi on nähtävissä harmahtava levy siksak-raidalla. Myöhemmät mallit tehtiin muovikotelossa, jossa oli läpinäkyvä yläosa.

Valontutkijoiden nopeus on pieni, joten ne voivat toimia vain hyvin alhaisilla taajuuksilla. Siksi uudessa kehityksessä niitä ei läheskään koskaan käytetä. Mutta tapahtuu, että vanhojen laitteiden korjausprosessin aikana heidän on tapaava.

Valoresistorin terveyden tarkistamiseksi riittää, että tarkistetaan sen vastus yleismittarilla. Valaistuksen puuttuessa resistanssin tulisi olla suuri, esimerkiksi valoresistorilla SF3-1 on pimeävastus vertailutietojen 30MΩ mukaan. Jos se syttyy, vastus laskee muutamaan KOhms: iin. Valoresistorin ulkonäkö on esitetty kuvassa 2.

Kuva 2. Valoresistori SF3-1

valodiodit

Hyvin samanlainen kuin tavanomainen tasasuuntaajadiodi, ellei valolle reagoimiseksi. Jos “soitat” sen testaajalla, on parempi käyttää ajan tasalla olevaa kytkintä, silloin kun ei ole valaistusta, tulokset ovat samat kuin tavanomaisen diodin tapauksessa: eteenpäin suuntautuva laite osoittaa vähän vastustusta, ja vastakkaiseen suuntaan laitteen nuoli tuskin liikkuu.

He sanovat, että diodi kytketään päälle päinvastaiseen suuntaan (tämä kohta tulisi muistaa), joten virta ei virtaa sen läpi. Mutta jos fotodiodi syttyy tässä mukana lampulla, nuoli ryntää äkillisesti nollapisteeseen.Tätä fotodiodin toimintatapaa kutsutaan fotodiodiksi.

Valodiodilla on myös aurinkosähköinen toimintatapa: kun valo osuu siihen, se, kuten aurinkoakku, tuottaa heikon jännitteen, jota vahvistettaessa voidaan käyttää hyödyllisenä signaalina. Mutta yleensä fotodiodiä käytetään fotodioditilassa.

Vanhan mallin mukaiset fotodiodit ovat metallisylinteri, jolla on kaksi johtoa. Toisaalta on lasilinssi. Nykyaikaisissa fotodiodeissa on läpinäkyvästä muovista valmistettu kotelo, täsmälleen sama kuin LEDit.

Kuva 2. Valodiodit

phototransistors

Ulkonäöltään ne ovat erotettavissa LED-valoista, sama kotelo on tehty läpinäkyvästä muovista tai sylinteristä, jonka päässä on lasi, ja siitä on kaksi lähtöä - kollektori ja emitteri. Fototransistori ei näytä tarvitsevan perulähtöä, koska sen tulosignaali on valovirta.

Joillakin fototransistoreilla on edelleen kantalähtö, joka valon lisäksi mahdollistaa myös transistorin ohjaamisen sähköisesti. Tätä voi löytää joistakin transistorioptoriliittimistä, esimerkiksi AOT128 ja tuodut 4N35, jotka ovat pääosin toiminnallisia analogeja. Alustan ja valotransistorin emitterin väliin on kytketty vastus peittämään valotransistori hiukan, kuten kuvassa 4 esitetään.

Kuva 3. Fototransistori

Optoerottimemme "ripustaa" yleensä 10-100KΩ, kun taas tuodun "analogin" on noin 1MΩ. Jos laitat jopa 100 K, se ei toimi, transistori on vain tiukasti kiinni.

Kuinka tarkistaa fototransistori

Testaaja voi yksinkertaisesti tarkistaa fototransistorin, vaikka siinä ei olisikaan lähtöä. Kun ohmmetrimittari on kytketty mihin tahansa polaarisuuteen, keräilijä-emitteriosan vastus on melko suuri, koska transistori on kiinni. Kun linssiin tulee riittävän voimakkuuden ja spektrin valoa, ohmmeter osoittaa vähäistä vastustusta - transistori aukesi, jos tietysti voitiin arvata testausliitoksen napaisuus. Itse asiassa tämä käyttäytyminen muistuttaa tavanomaista transistoria, vain se avautuu sähköisellä signaalilla ja tämä valovirtauksella. Valonvuon intensiteetin lisäksi sen spektrikoostumuksella on tärkeä rooli. Katso transistorin testiominaisuudet täällä. 

Valonspektri

Tyypillisesti valokennot viritetään tiettyyn valonsäteilyn aallonpituuteen. Jos kyse on infrapunasäteilystä, niin tällainen anturi ei reagoi hyvin sinisiin ja vihreisiin LEDeihin, riittävän hyvä punaiseen, hehkulamppuun ja tietysti infrapunaan. Se ei myöskään hyväksy loistelamppujen valoa. Siksi valokennon huonon toiminnan syy voi yksinkertaisesti olla valonlähteen sopimaton spektri.

Yllä oli kirjoitettu, kuinka valodiodi ja valotransistori soi. Tässä tulisi kiinnittää huomiota sellaiseen näennäisesti hiukan päähän kuin mittauslaitteen tyyppiin. Nykyaikaisessa digitaalisessa yleismittarissa puolijohteen jatkuvuuden tilassa plus on samassa paikassa kuin mitattaessa tasajännitettä, ts. punaisella johdolla.

Mittauksen tulos on jännitteen pudotus millivoltteina p-n-risteyksessä eteenpäin. Nämä ovat yleensä lukuja alueella 500 - 600, mikä riippuu paitsi puolijohdelaitteen tyypistä myös lämpötilasta. Lämpötilan noustessa tämä luku laskee 2: lla jokaisella celsiusasteella, mikä johtuu TCS: n lämpötilakertoimesta.

Osoittimen testaajaa käytettäessä on muistettava, että vastusmittausmoodissa positiivinen lähtö on miinusjännitteen mittaustilassa. Tällaisilla tarkastuksilla on parempi valaista valokuva-anturit hehkulampulla läheltä.

Valoanturin yhdistäminen mikro-ohjaimeen

Viime aikoina monet radio-harrastajat ovat kiinnostuneet robottien suunnittelusta. Useimmiten se on jotakin, joka näyttää näyttävän primitiiviseltä, kuten laatikko, jossa on paristo pyörillä, mutta hirveän älykäs: kuulee kaiken, näkee kaiken, kiertää esteitä.Hän näkee kaiken vain fototransistorien tai fotodiodien ja ehkä jopa fotorezistorien takia.

Kaikki on täällä hyvin yksinkertaista. Jos tämä on fotorezistori, riittää sen kytkeminen, kuten kaaviossa on osoitettu, ja fototransistorin tai fotodiodin tapauksessa, jotta napaisuus ei sekoittuisi, “soi” ne ensin, kuten yllä on kuvattu. Erityisen hyödyllistä on tehdä tämä toimenpide, jos osat eivät ole uusia, varmista, että ne ovat sopivia. Eri valotunnistimien kytkeminen mikro esitetty kuvassa 4.

Kuva 4. Kaavat valokennojen kytkemiseksi mikro-ohjaimeen

Valon mittaus

Fotodiodeilla ja fototransistoreilla on matala herkkyys, suuri epälineaarisuus ja erittäin kapea spektri. Näiden valokuvalaitteiden pääsovellus on työskennellä näppäinmoodissa: on - off. Siksi valomittarien luominen niihin on melko ongelmallista, vaikka aikaisemmin kaikissa analogisissa valomittarissa niitä käytettiin juuri näillä valokennoilla.

Mutta onneksi nanoteknologia ei ole paikallaan, vaan etenee harppauksin. Valaistuksen mittaamiseksi "siellä he ovat" luoneet erikoispiirin TSL230R, joka on ohjelmoitava valaistus - taajuuden muunnin.

Ulkoisesti laite on siru DIP8-kotelossa, joka on valmistettu läpinäkyvästä muovista. Kaikki tasolla olevat tulosignaalit ja lähtösignaalit ovat yhteensopivia TTL - CMOS-logiikan kanssa, mikä tekee muuntimen pariksi tekemisen helpoksi minkä tahansa mikrokontrollerin kanssa.

Käyttämällä ulkoisia signaaleja voit muuttaa fotodiodin herkkyyttä ja lähtösignaalin asteikkoa vastaavasti 1, 10, 100 ja 2, 10 ja 100 kertaa. Lähtösignaalin taajuuden riippuvuus valaistuksesta on lineaarinen, joka vaihtelee hertsin jakeista 1 MHz: iin. Asteikko- ja herkkyysasetukset suoritetaan toimittamalla logiikkatasot vain 4 sisääntuloon.

Mikropiiri voidaan viedä mikrokulutusmuotoon (5 μA), josta on erillinen johtopäätös, vaikka se ei ole erityisen äänekäs käyttötilassa. Syöttöjännitteellä 2,7 ... 5,5 V virrankulutus on enintään 2 mA. Sirun toimintaan ei vaadita ulkoista nauhoitusta paitsi, että virran estokondensaattori.

Itse asiassa riittää, kun kytket taajuusmittarin mikropiiriin ja saadaan valaistuslukemat, ilmeisesti, joissain UE: issa. Kun käytät mikrokontrolleriä, keskittymällä lähtösignaalin taajuuteen, voit hallita huoneen valaistusta tai yksinkertaisesti "kytkeä päälle - pois" - periaatteella.

TSL230R ei ole ainoa valomittari. Vielä edistyneemmät ovat Maxim MAX44007-MAX44009 -anturit. Niiden mitat ovat pienemmät kuin TSL230R: n, virrankulutus on sama kuin muiden lepotilassa olevien antureiden. Tällaisten valoanturien päätarkoitus on käyttö akkukäyttöisissä laitteissa.

Valoanturit ohjaavat valaistusta

Yksi valosensorien avulla suoritetuista tehtävistä on valaistuksen ohjaus. Tällaisia ​​järjestelmiä kutsutaan valokuvarele, useimmiten tämä on yksinkertainen valaistus pimeässä. Tätä varten monet amatöörit ovat kehittäneet monia piirejä, joista osaa tarkastellaan seuraavassa artikkelissa.

Artikkelin jatko: Valojen valvontavalokuvausohjelmat