Kaip naudotis fotorezistoriais, fotodiodais ir fototranzistoriais

Jutikliai yra visiškai skirtingi. Jie skiriasi veikimo principu, savo darbo logika ir fiziniais reiškiniais bei kiekiais, į kuriuos sugeba reaguoti. Šviesos jutikliai naudojami ne tik automatinėje apšvietimo valdymo įrangoje, jie naudojami daugybėje prietaisų - nuo maitinimo šaltinių iki signalizacijos ir apsaugos sistemų.

Pagrindiniai fotoelektroninių prietaisų tipai. Bendroji informacija

Fotodetektorius bendrąja prasme yra elektroninis prietaisas, reaguojantis į pakitusį šviesos srauto srautą jo jautrioje dalyje. Jie gali skirtis tiek struktūra, tiek veikimo principu. Pažvelkime į juos.

Fotorezistoriai - pakeiskite atsparumą apšvietimui

Fotorezistorius yra fotografijos įtaisas, keičiantis laidumui (pasipriešinimui) priklausomai nuo jo paviršiaus patenkančio šviesos kiekio. Kuo intensyvesnis šviesos ekspozicija jautresnė sritis, tuo mažesnis pasipriešinimas. Čia yra jo schema.

Jį sudaro du metaliniai elektrodai, tarp kurių yra puslaidininkinė medžiaga. Šviesos srautui patekus į puslaidininkį, jame išsiskiria įkrovos nešikliai, o tai prisideda prie srovės praleidimo tarp metalinių elektrodų.

Šviesos srauto energija išleidžiama elektronų juostos tarpui įveikti ir jų perėjimui į laidumo juostą. Kaip puslaidininkį fotolaidininkai naudoja tokias medžiagas kaip: kadmio sulfidas, švino sulfidas, kadmio selenitas ir kitos. Fotorezistoriaus spektrinė charakteristika priklauso nuo šios medžiagos rūšies.

Įdomu:

Spektrinėje charakteristikoje yra informacijos apie tai, kokie šviesos srauto bangos ilgiai (spalva) yra jautriausi fotorezistoriui. Kai kuriais atvejais būtina atidžiai pasirinkti tinkamo bangos ilgio šviesos skleidėją, kad būtų pasiektas didžiausias jautrumas ir darbo efektyvumas.

Fotorezistorius nėra skirtas tiksliai išmatuoti apšvietimą, o veikiau norint nustatyti šviesos buvimą, atsižvelgiant į jos rodmenis, aplinka gali būti aptinkama šviesesnė ar tamsesnė. Fotorezistoriaus srovės ir įtampos charakteristika yra tokia.

Jis pavaizduoja srovės priklausomybę nuo įtampos įvairioms šviesos srauto vertėms: Ф - tamsa, o Ф3 - tai ryški šviesa. Jis linijinis. Kita svarbi charakteristika yra jautrumas, jis matuojamas mA (μA) / (Lm * V). Tai rodo, kiek srovės teka per rezistorių, esant tam tikram šviesos srautui ir veikiančiai įtampai.

Tamsiosios varžos yra aktyvusis pasipriešinimas, kai nėra viso apšvietimo, jis žymimas RT, o būdinga RT / Rb yra atitinkamai pasipriešinimo pokyčiai nuo fotorezistoriaus būklės, kai nėra viso apšvietimo, iki maksimalios apšviestos būsenos ir mažiausios galimos varžos.

Fotorezistoriai turi reikšmingą trūkumą - jo ribinis dažnis. Ši vertė apibūdina maksimalų sinusoidinio signalo dažnį, su kuriuo modeliuojate šviesos srautą, kurio jautrumas sumažėja 1,41 karto. Vadovuose tai atspindi dažnio reikšmė arba laiko konstanta. Tai atspindi prietaisų greitį, kuris paprastai trunka dešimtis mikrosekundžių - 10 ^ (- 5) s. Tai neleidžia jums jo naudoti ten, kur jums reikia aukšto našumo.

Fotodiodas - paverčia šviesą elektros krūviu

Fotodiodas yra elementas, paverčiantis jautrią vietą patenkančią šviesą elektros krūviu. Taip yra todėl, kad apšvitinus pn sandūroje, vyksta įvairūs procesai, susiję su krūvio nešėjų judėjimu.

Jei dėl įkrovos nešėjų judesio puslaidininkiuose pasikeitė laidininko savybė fotorezistoriuje, tada pn sankryžos krašte susidaro krūvis. Tai gali veikti fotokonverterio ir nuotraukų generatoriaus režimu.

Savo struktūra jis yra toks pats kaip įprastas diodas, tačiau jo atveju yra langas šviesos praleidimui. Išoriškai jie yra įvairių dizainų.

Juodo kūno fotodiodai priima tik infraraudonąją spinduliuotę. Juodoji danga yra kažkas panašaus į tonizavimą. Filtruoja IR spektrą, kad būtų pašalinta galimybė sukelti kitų spektrų spinduliuotę.

Fotodiodai, kaip ir fotorezistoriai, turi ribinį dažnį, tik čia jis yra eilės laipsnių didesnis ir siekia 10 MHz, o tai leidžia pasiekti gerų rezultatų. P-i-N fotodiodai pasižymi dideliu greičiu - 100 MHz – 1 GHz, kaip ir diodai, kurių pagrindas yra Schottky barjeras. Lavinų diodų ribinis dažnis yra apie 1–10 GHz.

Fotokonverterio režime toks diodas veikia kaip raktas, valdomas šviesos, tam jis yra prijungtas prie grandinės į priekį. T. y. Katodą iki taško, kuriame yra daugiau teigiamo potencialo (iki pliuso), o anodą - prie neigiamesnio potencialo (iki minuso).

Kai diodas nėra apšviestas, teka tik atvirkštinė tamsiosios srovės Iobrt (vienetai ir dešimtys μA), o užsidegus diodui, pridedama foto srovė, kuri priklauso tik nuo apšvietimo laipsnio (dešimtys mA). Kuo daugiau šviesos, tuo daugiau srovės.

Fotoelektrinė srovė, jei lygi:

Iph = Sint * F,

kur Sint yra vientisas jautrumas, Ф yra šviesos srautas.

Tipiška fotodiodo įjungimo schema fotokonverterio schema. Atkreipkite dėmesį į tai, kaip jis yra prijungtas - priešinga kryptimi maitinimo šaltinio atžvilgiu.

Kitas režimas yra generatorius. Kai šviesa patenka į fotodiodą, jo gnybtuose sukuriama įtampa, o trumpojo jungimo srovės šiame režime yra dešimtys amperų. Tai primena saulės elementų veikimasbet turi mažai galios.

Fototranzistoriai - atidaromi pagal patenkančios šviesos kiekį

Fototransistorius yra iš prigimties bipolinis tranzistorius kuris vietoj bazinės išvesties turi langą, į kurį galėtų patekti šviesa. Veikimo principas ir tokio poveikio priežastys yra panašūs į ankstesnius įrenginius. Bipoliniai tranzistoriai yra kontroliuojami pagal srovę, tekančią per bazę, o fototranzistoriai, pagal analogiją, yra valdomi pagal šviesos kiekį.

Kartais UGO vis dar papildomai vaizduoja bazės išvestį. Paprastai įtampa tiekiama ne tik fototransistoriui, bet ir įprastam, o antroji parinktis įjungiama plūduriuojančia baze, kai pagrindinis išėjimas nenaudojamas.

Fototransistoriai taip pat įtraukti į grandinę.

Arba keiskite tranzistorių ir rezistorių, atsižvelgiant į tai, ko jums tiksliai reikia. Trūkstant šviesos, tranzistoriumi teka tamsi srovė, suformuota iš bazinės srovės, kurią galite nustatyti patys.

Nustatę reikiamą bazinę srovę, galite nustatyti fototranzistoriaus jautrumą, pasirinkdami jo bazinį varžą. Tokiu būdu galima užfiksuoti net ir silpniausią šviesą.

Sovietmečiu radijo mėgėjai savo rankomis darydavo fototransistorius - darydavo langą šviesai, dalį bylos išpjaustydavo įprastu tranzistoriumi. Tam puikiai tinka tranzistoriai, tokie kaip MP14-MP42.

Nuo srovės-įtampos charakteristikos matoma fotoelemento priklausomybė nuo apšvietimo, tuo tarpu ji praktiškai nepriklauso nuo kolektoriaus-emiterio įtampos.

Be bipolinių fototranzistorių, yra ir lauko. Bipoliniai veikia 10–100 kHz dažniu, tada laukai yra jautresni. Jų jautrumas siekia keletą amperų vienam liumenui, o „greitesnis“ - iki 100 MHz. Lauko tranzistoriai turi įdomią savybę: esant maksimalioms šviesos srauto reikšmėms, vartų įtampa beveik neturi įtakos kanalizacijos srovei.

Fotoelektronikos prietaisų apimtys

Visų pirma, turėtumėte apsvarstyti labiau žinomus jų taikymo variantus, pavyzdžiui, automatinį šviesos įtraukimą.

Aukščiau parodyta schema yra paprasčiausias įtaisas, skirtas įjungti ir išjungti krovinį tam tikroje šviesos būsenoje. Fotodiodas FD320 Kai į jį patenka šviesa, atsidaro tam tikra įtampa ir R1 nukrenta tam tikra įtampa, kai jos vertės pakanka tranzistoriui VT1 atidaryti - jis atidaro ir atidaro kitą tranzistorių - VT2. Šie du tranzistoriai yra dviejų pakopų srovės stiprintuvas, reikalingas relės ritės K1 maitinimui.

Diodas VD2 - reikalingas slopinti EMF sav indukciją, kuri susidaro keičiant ritę. Vienas iš laidų iš apkrovos yra prijungtas prie relės įvesties gnybto, viršutinis - pagal schemą (kintamajai srovei - fazei arba nuliui).

Mes paprastai turime uždarus ir atvirus kontaktus, jie reikalingi arba norint pasirinkti įjungiamą grandinę, arba norint įjungti arba išjungti apkrovą iš tinklo, kai pasiekiamas reikiamas apšvietimas. Potenciometras R1 reikalingas prietaisui sureguliuoti, kad jis veiktų tinkamu šviesos kiekiu. Kuo didesnis pasipriešinimas, tuo mažiau šviesos reikia norint įjungti grandinę.

Šios schemos variantai naudojami daugumoje panašių įrenginių, prireikus pridedant tam tikrą funkcijų rinkinį.

Be šviesos apkrovos įjungimo, tokie fotodetektoriai naudojami įvairiose valdymo sistemose, pavyzdžiui, fotorezistoriai dažnai naudojami metro turniketuose, kad aptiktų neteisėtą (kiškio) turniketą.

Spaustuvėje nutrūkus popieriaus juostai, šviesa patenka į fotodetektorių ir tokiu būdu operatoriui suteikia signalą. Spinduolis yra vienoje popieriaus pusėje, o fotodetektorius - kitoje pusėje. Kai popierius suplėšytas, iš spinduolio sklindanti šviesa pasiekia fotodetektorių.

Kai kurių tipų pavojaus signaluose emitentas ir fotodetektorius naudojami kaip jutikliai įeinant į kambarį, o infraraudonųjų spindulių prietaisai naudojami taip, kad radiacija nebūtų matoma.

Kalbant apie IR spektrą, negalima nepaminėti TV imtuvo, kuris, perjungdamas kanalus, gauna signalus iš IR nuotolinio valdymo pulto. Informacija užkoduojama specialiu būdu ir televizorius supranta, ko jums reikia.

Tokiu būdu anksčiau perduodama informacija buvo perduodama per mobiliųjų telefonų infraraudonųjų spindulių prievadus. Perdavimo greitį riboja tiek nuoseklusis perdavimo būdas, tiek paties prietaiso veikimo principas.

Kompiuterinės pelės taip pat naudoja technologijas, susijusias su fotoelektroniniais prietaisais.

Paraiška signalo perdavimui elektroninėse grandinėse

Optoelektroniniai įtaisai yra įrenginiai, sujungiantys siųstuvą ir fotodetektorių tame pačiame korpuse, pavyzdžiui, aprašyti aukščiau. Jie reikalingi dviem elektros grandinės grandims sujungti.

Tai reikalinga galvaninei izoliacijai, greitam signalo perdavimui, taip pat norint prijungti nuolatinės ir kintamos srovės grandines, kaip ir triakio valdymo atveju 220 V 5 V grandinėje su signalu iš mikrovaldiklio.

Jie turi grafinį žymėjimą, kuriame yra informacijos apie optronų viduje naudojamų elementų tipą.

Pažvelkime į keletą tokių įrenginių naudojimo pavyzdžių.

Triaco valdymas naudojant mikrovaldiklį

Jei suprojektuosite tiristorių ar triaco keitiklį, susidursite su problema. Pirma, jei perėjimas prie valdymo išvesties praeina - prie mikrovaldiklio smeigtuko kris didelis potencialas, o pastarasis žlugs. Tam buvo sukurti specialūs vairuotojai, turintys elementą, vadinamą oposimistoriumi, pavyzdžiui, MOC3041.

Optinio ryšio atsiliepimai

Dėl stabilizuotų perjungiamųjų maitinimo šaltinių reikia grįžtamojo ryšio. Jei neįtrauksime galvaninės izoliacijos šioje grandinėje, tada, sugedus kai kuriems OS grandinės komponentams, išvesties grandinėje atsiras didelis potencialas, o prijungta įranga suges, aš nesakau, kad galite būti šokiruoti.

Konkrečiame pavyzdyje matote tokios OS įgyvendinimą nuo išvesties grandinės iki tranzistoriaus grįžtamojo ryšio apvijos (valdymo), naudojant optroną, kurio serijos žymėjimas U1.

Išvados

Fotoelektronika ir optoelektronika yra labai svarbūs elektronikos skyriai, kurie žymiai pagerino įrangos kokybę, jos kainą ir patikimumą. Naudojant optroną, tokiose grandinėse galima atsisakyti izoliacinio transformatoriaus naudojimo, o tai sumažina bendruosius matmenis. Be to, kai kurių prietaisų tiesiog neįmanoma įgyvendinti be tokių elementų.