Fényérzékelők és alkalmazásuk

Mik azok a fényérzékelők?

Különböző elektronikus eszközökben, otthoni és ipari automatizálási eszközökben, különféle amatőr rádió-tervekben fényérzékelők nagyon széles körben használják. Bárki, aki valaha szétszerelte egy régi számítógépes egeret, úgynevezett „komovskaya” néven, gömb belsejében, látnia kellett a fényérzékelők résében forgó résekkel ellátott kerekeket.

Ezeket a fényérzékelőket nevezzük fotó megszakítók - szakítsa meg a fényáramot. Az ilyen érzékelők egyik oldalán egy forrás található - fénykibocsátó diódaáltalában infravörös (IR), egy másik fototranzisztorral (pontosabban, két fototranzisztor, a fotodiod egyes modelljeiben a forgásirány meghatározására is). Ha a kereket résekkel forgatják a fényérzékelő kimenetén, akkor elektromos impulzusok alakulnak ki, ami maga a kerék szöghelyzetére vonatkozik. Az ilyen eszközöket kódolóknak nevezzük. Sőt, a kódoló csak érintkező lehet, ne feledje, egy modern egér kormányát!

A fénykép-megszakítókat nemcsak „egerekben”, hanem más eszközökben is használják, például valamilyen mechanizmus sebességérzékelőinél. Ebben az esetben egyetlen fényérzékelőt kell használni, mivel a forgás irányát nem szükséges meghatározni.

Ha valamilyen okból, leggyakrabban javítás céljából, bemászik más elektronikus eszközökbe, akkor a fényérzékelők megtalálhatók a nyomtatókban, szkennerekben és másolókban, CD-meghajtókban, DVD-lejátszókban, videokazetta-felvevőkben, videokamerákban és más berendezésekben.

Mi tehát a fényérzékelők, és melyek ezek? Csak látja, anélkül, hogy belemenne a félvezetők fizikájába, hogy nem érti meg a képleteket, és nem mond ki érthetetlen szavakat (rekombináció, kisebbségi hordozók felszívódása), amelyet „ujjakon” hívnak, és hogyan működnek ezek a fényérzékelők.

1. ábra: Photo Interrupter

photoresistor

Minden világos vele. Mivel a szokásos állandó ellenállás ohmikus ellenállással rendelkezik, az áramköri csatlakozás iránya nem játszik szerepet. Csak egy állandó ellenállással ellentétben megváltoztatja az ellenállást fény hatására: megvilágítás esetén többször csökken. Ezen „idők” száma a fotorezisztor modelljétől, elsősorban annak sötét ellenállásától függ.

Szerkezetileg a fotorezisztrátorok egy fémtok, üvegablakkal, amelyen keresztül egy szürkés színű, cikcakkos nyomvonalú lemez látható. A későbbi modelleket átlátszó tetejű műanyag tokban készítették.

A fotorezisztrátorok sebessége alacsony, tehát csak nagyon alacsony frekvenciákon tudnak működni. Ezért az új fejlesztésekben szinte soha nem használják őket. De előfordul, hogy a régi felszerelések javításának folyamatában találkozniuk kell velük.

A fotorezisztor állapotának ellenőrzéséhez elegendő multiméterrel ellenőrizni annak ellenállását. Világítás hiányában az ellenállásnak nagynak kell lennie, például az SF3-1 fotorezisztor sötét ellenállása a 30MOhm referenciaadatok szerint sötét. Ha világít, akkor az ellenállás néhány KOhms-ra csökken. A fotorezisztor megjelenését a 2. ábra mutatja.

2. ábra. Az SF3-1 fotorezisztor

fotodióda

Nagyon hasonló a hagyományos egyenirányító diódákhoz, ha nem a fényre reagálás tulajdonságaihoz. Ha tesztelővel „csenget”, akkor jobb, ha naprakész kapcsolót használ, akkor világítás hiányában az eredmények megegyeznek a hagyományos dióda esetében alkalmazott helyzettel: előremeneti irányban a készülék kis ellenállást mutat, míg az ellenkező irányba a nyíl alig fog kinyílni.

Azt mondják, hogy a dióda ellenkező irányba van bekapcsolva (ezt a pontot meg kell emlékezni), tehát az áram nem megy át rajta. De ha ebben a részben a fotodiodot izzóval világítják, akkor a nyíl hirtelen a nullponthoz rohan.A fotodiod ilyen működési módját fotodiodnak nevezzük.

A fotodiode fotovoltaikus működési móddal is rendelkezik: amikor a fény eléri, akkor tetszik napelem, gyenge feszültséget hoz létre, amelyet megerősítve felhasználhat hasznos jelként. De gyakran a fotodiodot használják fotodiode módban.

A régi megjelenésű fotodiodák fém henger, két vezetékkel. Másrészt egy üveglencse. A modern fotodiodok átlátszó műanyagból készültek, pontosan ugyanaz, mint a LED-ek.

Ábra. 2. Fotódiódák

fototranzisztor

Külsőleg egyszerűen nem különböznek a LED-ektől, ugyanaz a tok készül átlátszó műanyagból vagy egy hengerből, amelynek végén üveg van, és ettől két kimenet van - egy kollektor és egy emitter. Úgy tűnik, hogy a fototranzisztornak nincs szüksége alapkimenetre, mert ehhez a bemeneti jel a fényáram.

Bár néhány fototranzisztor még mindig rendelkezik alapkimenettel, amely a fényen kívül lehetővé teszi a tranzisztor elektromos vezérlését is. Ez megtalálható néhány tranzisztoros optocsatolóban, például az AOT128 és az importált 4N35, amelyek alapvetően funkcionális analógok. Az ellenállás az alapegység és a fototranzisztor kibocsátója között van csatlakoztatva, hogy enyhén lefedje a fototranzisztorot, ahogy a 4. ábrán látható.

3. ábra. Fototranzisztor

Optocsatolónk általában "lóg" 10-100KΩ, az importált "analóg" körülbelül 1MΩ. Ha akár 100K-ot is tesz, akkor nem fog működni, a tranzisztor csak szorosan zárva van.

Hogyan lehet ellenőrizni a fototranzisztorot

A fototranzisztor egyszerűen ellenőrizhető egy tesztelővel, még akkor is, ha nem rendelkezik alapkimenettel. Ha ohmmérőt bármilyen polaritással csatlakoztatnak, a kollektor-kibocsátó szakasz ellenállása meglehetősen nagy, mivel a tranzisztor zárva van. Amikor elegendő intenzitású és spektrumú fény jut a lencsére, az ohmmérő kis ellenállást mutat - a tranzisztor kinyílt, ha természetesen lehetett kitalálni a teszter csatlakozásának polaritását. Valójában ez a viselkedés egy hagyományos tranzisztorhoz hasonlít, csak elektromos jelrel nyit, és ez egy fényárammal. A fényáram intenzitásán túl a spektrális összetétele is fontos szerepet játszik. A tranzisztor tesztjellemzőit lásd: itt. 

Fény spektruma

A fényérzékelőket általában a fény sugárzásának egy meghatározott hullámhosszára állítják be. Ha ez infravörös sugárzás, akkor egy ilyen érzékelő nem reagál jól a kék és zöld LED-ekre, elég jó a vörösre, az izzólámpára és természetesen az infravörösre. Nem fogadja el a fénycsövekből származó fényt sem. Ezért a fényérzékelő rossz működésének oka egyszerűen a fényforrás nem megfelelő spektruma lehet.

A fentiekben azt írták, hogyan lehet egy fotodiodot és egy fototranzisztorot gyűrűzni. Itt kell figyelni egy olyan látszólag csekély apróságra, mint a mérőeszköz típusa. Egy modern digitális multiméterben a félvezető folyamatosságának módjában a plusz ugyanabban a helyen van, mint az egyenfeszültség mérésekor, azaz a piros huzalon.

A mérés eredménye a feszültség csökkenése millivoltban a p-n csomóponton előre irányban. Általános szabály, hogy ezek az 500 és 600 közötti számok, amelyek nemcsak a félvezető eszköz típusától, hanem a hőmérséklettől is függnek. A hőmérséklet növekedésével ez az érték 2 Celsius-fokkal csökken, ami a TCS hőmérsékleti ellenállási együtthatójának köszönhető.

Mutató teszter használatakor nem szabad elfelejteni, hogy az ellenállás mérési módban a pozitív kimenet a feszültségmérési módban a mínuszon van. Az ilyen ellenőrzéseknél jobb, ha a fényérzékelőket megvilágítják egy izzólámpával közelről.

A fényérzékelő párosítása mikrovezérlővel

Az utóbbi időben sok rádiós rajongó nagy érdeklődést mutatott a robotok tervezése iránt. Ez általában olyasmi, ami primitívnek tűnik, mint például egy doboz, akkumulátorral a kerekeken, de szörnyen okos: mindent meghall, lát, mindent megtesz, és akadályokkal jár.Mindent lát, csak a fototranzisztorok vagy fotodiodok, és talán még a fotorezisztrátorok miatt is.

Itt minden nagyon egyszerű. Ha ez egy fotorezisztor, akkor elegendő azt csatlakoztatni, ahogyan az az ábrán látható, és fototranzisztor vagy fotodiod esetében, hogy ne zavarja a polaritást, előbb „gyűrűzzük” őket, a fent leírtak szerint. Különösen hasznos ezt a műveletet végrehajtani, ha az alkatrészek nem újak, ellenőrizze, hogy megfelelőek-e. Különböző fényérzékelők csatlakoztatása a mikrokontroller a 4. ábrán látható.

4. ábra: A fotoérzékelők és a mikrovezérlő csatlakoztatásának sémái

Fénymérés

A fotodiodok és a fototranzisztorok alacsony érzékenységgel, magas nemlinearitással és nagyon szűk spektrummal rendelkeznek. Ezen fotóeszközök fő alkalmazása kulcs módban történő működés: be - ki. Ezért a fénymérők elkészítése rájuk nagyon problematikus, bár korábban az összes analóg fénymérőben pontosan ezeket a fényérzékelőket használták.

De szerencsére a nanotechnológia nem áll meg, hanem ugrásszerűen halad előre. A megvilágítás mérésére "ott készítették" egy speciális TSL230R chipet, amely egy programozható fényfrekvencia-átalakító.

Külsőleg az eszköz egy chip egy átlátszó műanyagból készült DIP8 tokban. Az összes szintű bemeneti és kimeneti jel kompatibilis a TTL - CMOS logikával, amely megkönnyíti a konverter és bármilyen mikrovezérlő párosítását.

Külső jelek segítségével megváltoztathatja a fotodiod érzékenységét és a kimeneti jel skáláját 1, 10, 100 és 2, 10 és 100-szor. A kimeneti jel frekvenciájának a megvilágítástól való függése lineáris, hertz frakcióitól 1 MHz-ig terjedve. A skála és az érzékenység beállítását úgy kell elvégezni, hogy a logikai szinteket mindössze 4 bemenetre adja.

A mikroáramkör bevezethető mikrofogyasztási módba (5 μA), erre vonatkozóan külön következtetés van, bár működési módban ez nem különösebben zavaró. 2,7 ... 5,5 V tápfeszültségnél az áramfelvétel nem haladja meg a 2 mA-t. A chip működéséhez nincs szükség külső pántolásra, kivéve azt, hogy a blokkoló kondenzátor táplálja az energiát.

Valójában elegendő egy frekvencia-mérőt csatlakoztatni a mikroáramkörhöz, és megvilágítási leolvasást kapni, nyilvánvalóan, egyes UE-kben. Mikrokontroller használata esetén, a kimeneti jel frekvenciájára összpontosítva, a helyiség megvilágítását vezérelheti, vagy egyszerűen a "be - ki" elv alapján.

A TSL230R nem az egyetlen fénymérő. Még fejlettebbek a Maxim MAX44007-MAX44009 érzékelők. Méretek kisebbek, mint a TSL230R-nél, az energiafogyasztás megegyezik a többi alvó üzemmódban alkalmazott érzékelőkével. Az ilyen fényérzékelők fő célja az akkumulátorral működő eszközök használata.

A fényérzékelők vezérlik a világítást

A fényérzékelők segítségével végzett egyik feladat a világításvezérlés. Az ilyen rendszereket hívják fotó relé, ez általában a sötét világítás egyszerű beépítése. E célból sok amatőr sok áramkört fejlesztett ki, amelyek közül néhányat a következő cikkben tárgyalunk.

A cikk folytatása: Fotó relé sémák a világítás vezérléséhez