Fotosenzori i njihova primjena

Što su fotosenzori

U raznim elektroničkim uređajima, kućnim i industrijskim uređajima za automatizaciju, raznim amaterskim dizajnom radija fotosenzora koriste se vrlo široko. Svatko tko je ikada rastavio stari računalni miš, kako ga je zvala „komovskaya“, s kuglom unutra, mora vidjeti kotače s prorezima koji se okreću u utore fotosenzora.

Ti se fotosenzori nazivaju foto prekidači - prekinuti protok svjetlosti. S jedne strane takvog je senzora izvor - svjetlećom diodomu pravilu infracrveno (infracrveno), s drugim fototransistorima (točnije, dva fototransistora, u nekim modelima fotodioda, kako bi se odredio i smjer vrtnje). Kada se kotač rotira s utorima na izlazu fotosenzora, dobivaju se električni impulsi, što je informacija o kutnom položaju samog kotača. Takvi se uređaji nazivaju enkoderi. Štoviše, koder može biti samo kontakt, sjetite se kotača modernog miša!

Foto prekidači se koriste ne samo kod "miševa" već i u drugim uređajima, na primjer, senzorima brzine nekog mehanizma. U ovom se slučaju koristi pojedinačni fotosenzor, jer nije potrebno odrediti smjer vrtnje.

Ako se iz nekog razloga, najčešće radi popravke, popnu na druge elektroničke uređaje, tada se foto-senzori mogu pronaći u pisačima, skenerima i kopirnim uređajima, u CD-pogonima, DVD uređajima, video kasetofonima, kamkorderima i drugoj opremi.

Pa, što su fotosenzori, a što oni? Samo pogledajte, ne ulazeći u fiziku poluvodiča, ne razumijevajući formule i ne izgovarajući nerazumljive riječi (rekombinacija, resorpcija manjinskih nosača), koja se naziva "na prste", kako ti fotosenzori djeluju.

Slika 1. Foto prekidač

fotootpornik

S njim je sve jasno. Kako obični konstantni otpornik ima ohmički otpor, smjer spajanja u krugu ne igra ulogu. Samo za razliku od stalnog otpora, on mijenja otpor pod utjecajem svjetlosti: kada se osvijetli, smanjuje se nekoliko puta. Broj tih "vremena" ovisi o modelu fotoreportera, prije svega o njegovom otporu tamne boje.

Strukturno su fotoresistori metalni kovčeg sa staklenim prozorom kroz koji se vidi pločica sivkastozelene boje sa cik-cak tragom. Kasniji modeli izvedeni su u plastičnom kućištu s prozirnim vrhom.

Brzina fotoresistera je mala, tako da mogu raditi samo na vrlo niskim frekvencijama. Stoga se u novim kretanjima gotovo nikada ne koriste. Ali događa se da će se u procesu popravka stare opreme morati susresti.

Da biste provjerili zdravlje fotoresistera, dovoljno je provjeriti njegov otpor multimeterom. U nedostatku rasvjete, otpor treba biti velik, na primjer, fotoresistor SF3-1 ima tamni otpor prema referentnim podacima od 30MOhm. Ako je upaljen, otpor će pasti na nekoliko KOhms. Izgled fotoresotora prikazan je na slici 2.

Slika 2. Fotoresistor SF3-1

fotodiode

Vrlo slično uobičajenoj ispravljačkoj diodi, ako ne zbog svojstva reakcije na svjetlost. Ako ga "zvonite" testerom, bolje je koristiti suvremeni prekidač, ako nema osvjetljenja rezultati će biti isti kao u slučaju konvencionalne diode: u smjeru prema naprijed uređaj će pokazati mali otpor, a u suprotnom smjeru strelica uređaja se teško pomiče.

Kažu da je dioda uključena u suprotnom smjeru (ovu točku treba zapamtiti), tako da struja ne teče kroz nju. Ali, ako u ovom uključivanju fotodioda svijetli žaruljom, tada će strelica naglo pojuriti do nulte oznake.Ovaj način rada fotodioda naziva se fotodioda.

Fotodioda također ima fotonaponski način rada: kad svjetlost pogodi, to, kao solarna baterija, proizvodi slab napon koji se, ako se ojača, može upotrijebiti kao koristan signal. Ali, češće se fotodiod koristi u režimu fotodiode.

Fotodiodi starog dizajna po izgledu su metalni cilindar s dva vodiča. S druge strane je staklena leća. Moderni fotodiodi imaju kućište od prozirne plastike, potpuno isto kao i LED.

Sl. 2. Fotodiode

foto-tranzistorima

Po izgledu, oni se jednostavno ne razlikuju od LED-ova, isti je slučaj izrađen od prozirne plastike ili cilindra sa staklom na kraju, a iz njega se nalaze dva izlaza - kolektor i odašiljač. Čini se da fototransistor ne treba osnovni izlaz, jer je ulazni signal za njega svjetlosni tok.

Iako neki fototransistori još uvijek imaju bazni izlaz, koji, osim svjetlosti, omogućuje i tranzistor električnim upravljanjem. Ovo se može naći u nekim tranzistorskim optičkim sklopovima, na primjer, AOT128 i uvezeni 4N35, koji su u osnovi funkcionalni analozi. Između baze i odašiljača fototransistora spojen je otpornik da bi malo prekrivao fototransistor, kao što je prikazano na slici 4.

Slika 3. Fototransistor

Naš optoelektor obično "visi" 10-100KΩ, dok uvezeni "analog" ima oko 1MΩ. Ako stavite čak 100K, neće uspjeti, tranzistor je samo čvrsto zatvoren.

Kako provjeriti fototransistor

Fototransistor jednostavno može provjeriti ispitivač, čak i ako nema bazni izlaz. Kad je ohmmetar spojen u bilo kojoj polarnosti, otpor je odsječak kolektor - emiter prilično velik, jer je tranzistor zatvoren. Kad svjetlost dovoljnog intenziteta i spektra dospije na leću, ohmmetar će pokazati mali otpor - tranzistor se otvorio, ako je, naravno, bilo moguće pogoditi polaritet priključka testera. U stvari, ovo ponašanje nalikuje konvencionalnom tranzistoru, samo se otvara električnim signalom, a ovaj s svjetlosnim tokom. Osim intenziteta svjetlosnog toka, njegov spektralni sastav ima važnu ulogu. Za značajke ispitivanja tranzistora, vidi ovdje. 

Svjetlosni spektar

Fotosenzori su obično podešeni na određenu valnu duljinu zračenja. Ako je ovo infracrveno zračenje, takav senzor ne reagira dobro na plave i zelene LED, dovoljno dobre za crvenu, žarulju sa žarnom niti i, naravno, infracrvenu. Također ne prihvaća svjetlost iz fluorescentnih svjetiljki. Stoga, razlog lošeg rada fotosenzora može jednostavno biti neprimjeren spektar izvora svjetlosti.

Gore je napisano kako zvoniti fotodioda i fototransistor. Ovdje biste trebali obratiti pozornost na takvu naizgled sitnicu kao što je vrsta mjernog uređaja. U modernom digitalnom multimetru, u modusu kontinuiteta poluvodiča, plus je na istom mjestu kao i kod mjerenja istosmjernog napona, tj. na crvenoj žici.

Rezultat mjerenja bit će pad napona u milivoltima na p-n spoju u smjeru prema naprijed. U pravilu, to su brojevi u rasponu od 500 do 600, što ne ovisi samo o vrsti poluvodičkog uređaja, već i o temperaturi. S porastom temperature, ta se vrijednost smanjuje za 2 za svaki stupanj Celzijusa, što je zbog temperaturnog koeficijenta otpora TCS.

Kada koristite pokazivač testa, morate imati na umu da je u načinu mjerenja otpora pozitivni izlaz na minus u načinu mjerenja napona. Uz takve provjere, bolje je osvijetliti foto senzore sa žarnom lampom u neposrednoj blizini.

Uparivanje fotosenzora s mikrokontrolerom

U posljednje vrijeme veliki broj radio zaljubljenika uložio je veliko zanimanje za dizajn robota. Najčešće je to nešto naizgled primitivno, poput kutije s baterijama na točkovima, ali užasno pametno: sve čuje, sve vidi, obilazi prepreke.Sve vidi upravo zahvaljujući fototransistorima ili fotodiodama, a možda čak i fotoresistorima.

Ovdje je sve vrlo jednostavno. Ako je ovo fotoresistor, dovoljno je spojiti ga, kao što je naznačeno na dijagramu, a u slučaju fototransistora ili fotodioda kako ne bi zbunili polaritet, prvo ih "zazvonite", kao što je gore opisano. Posebno je korisno izvesti ovu operaciju, ako dijelovi nisu novi, provjerite jesu li prikladni. Spajanje različitih foto senzora na mikrokontrolera prikazano na slici 4.

Slika 4. Sheme za spajanje fotosenzora na mikrokontroler

Mjerenje svjetlosti

Fotodiodi i fototransistori imaju malu osjetljivost, visoku nelinearnost i vrlo uzak spektar. Glavna primjena ovih foto uređaja je raditi u tipkovnom načinu: uključeno - isključeno. Stoga je stvaranje svjetlosnih brojila na njima prilično problematično, iako su se ranije u svim analognim brojilima svjetlosti koristili upravo ti fotosenzori.

No, srećom, nanotehnologija ne stoji mirno, već ide naprijed i to skokovima. Za mjerenje osvjetljenja "tamo su stvorili" stvorili su specijalizirani čip TSL230R, koji je programirajući pretvarač osvjetljenja - frekvencija.

Izvana je uređaj čip u slučaju DIP8 izrađenog od prozirne plastike. Svi ulazni i izlazni signali u razini kompatibilni su s TTL - CMOS logikom, što olakšava uparivanje pretvarača s bilo kojim mikrokontrolerom.

Koristeći vanjske signale, možete promijeniti osjetljivost fotodioda i mjerilo izlaznog signala, 1, 10, 100 i 2, 10 i 100 puta. Ovisnost frekvencije izlaznog signala o osvjetljenju je linearna, u rasponu od frakcije herca do 1 MHz. Postavke skale i osjetljivosti obavljaju se opskrbom logičkih razina na samo 4 ulaza.

Mikro krug se može uvesti u način mikro potrošnje (5 µA), za što postoji zaseban zaključak, mada nije osobito izražen u načinu rada. S naponom napajanja od 2,7 ... 5,5 V, potrošnja struje nije veća od 2 mA. Za rad čipa nije potrebno nikakvo vanjsko vezanje, osim kondenzatorskog kondenzatora za napajanje.

Zapravo je dovoljno priključiti mjerač frekvencije na mikro krug i dobiti očitanja osvjetljenja, pa, očito, u nekim UE-ima. U slučaju korištenja mikrokontrolera, usredotočujući se na frekvenciju izlaznog signala, možete kontrolirati osvjetljenje u sobi ili jednostavno po principu "uključi-isključi".

TSL230R nije jedini mjerač svjetla. Još napredniji su Maxim MAX44007-MAX44009 senzori. Njihove su dimenzije manje od onih kod TSL230R, potrošnja energije je ista kao i kod ostalih senzora u stanju mirovanja. Glavna svrha takvih svjetlosnih senzora je uporaba u uređajima koji rade na baterije.

Fotosenzori upravljaju rasvjetom

Jedan od zadataka izvršenih uz pomoć fotosenzora je kontrola rasvjete, Takve se sheme nazivaju foto relej, najčešće je to jednostavno uključivanje rasvjete u mraku. U tu su svrhu mnogi amateri razvili mnoge sklopove, od kojih ćemo neke razmotriti u sljedećem članku.

Nastavak članka: Sheme foto releja za kontrolu rasvjete