Photosensors และแอปพลิเคชั่น

แสงคืออะไร

ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ต่าง ๆ อุปกรณ์บ้านและอุตสาหกรรมอัตโนมัติออกแบบวิทยุสมัครเล่นต่าง ๆ photosensors มีการใช้กันอย่างแพร่หลายมาก ทุกคนที่เคยถอดเมาส์คอมพิวเตอร์เก่าซึ่งเรียกว่า "komovskaya" ที่มีลูกบอลอยู่ภายในจะต้องเห็นล้อที่มีช่องหมุนในช่องของโฟโต้

ช่างภาพเหล่านี้เรียกว่า ผู้ขัดขวางภาพ - ขัดจังหวะการไหลของแสง ในอีกด้านหนึ่งของเซ็นเซอร์ดังกล่าวเป็นแหล่ง - ไดโอดเปล่งแสงตามกฎแล้วอินฟราเรด (IR) พร้อมโฟโต้ทรานซิสเตอร์อีกตัว (เพื่อความแม่นยำมากขึ้นโฟโตไดโอดสองตัวในบางรุ่นของโฟโตไดโอดเพื่อกำหนดทิศทางการหมุนด้วย) เมื่อล้อหมุนด้วยช่องที่เอาท์พุทของ photosensor จะมีแรงกระตุ้นไฟฟ้าซึ่งเป็นข้อมูลเกี่ยวกับตำแหน่งเชิงมุมของล้อนี้เอง อุปกรณ์ดังกล่าวเรียกว่าเครื่องเข้ารหัส ยิ่งไปกว่านั้นโปรแกรมเปลี่ยนไฟล์อาจเป็นเพียงแค่การติดต่อจดจำล้อเลื่อนของเมาส์ที่ทันสมัย!

ผู้ขัดจังหวะการถ่ายภาพไม่เพียง แต่ใช้ใน“ หนู” แต่ยังใช้กับอุปกรณ์อื่น ๆ เช่นเซ็นเซอร์ความเร็วของกลไกบางอย่าง ในกรณีนี้จะใช้ตัวรับแสงเดียวเนื่องจากไม่จำเป็นต้องกำหนดทิศทางการหมุน

ถ้าด้วยเหตุผลบางอย่างส่วนใหญ่มักจะซ่อมปีนเข้าไปในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์อื่น ๆ แล้วเซ็นเซอร์ภาพถ่ายสามารถพบได้ในเครื่องพิมพ์สแกนเนอร์และเครื่องถ่ายเอกสารในไดรฟ์ซีดีในเครื่องเล่นดีวีดีเครื่องบันทึกวิดีโอเทปกล้องวิดีโอและอุปกรณ์อื่น ๆ

ดังนั้นแสงคืออะไรและพวกเขาคืออะไร? เพิ่งเห็นโดยไม่ต้องเข้าสู่ฟิสิกส์ของเซมิคอนดักเตอร์ไม่เข้าใจสูตรและไม่พูดคำที่ไม่สามารถเข้าใจได้ (การรวมตัวกันใหม่การสลายตัวของผู้ให้บริการรายย่อย) ซึ่งเรียกว่า "ที่นิ้ว" ช่างภาพเหล่านี้ทำงานอย่างไร

รูปที่ 1 ตัวขัดขวางภาพถ่าย

photoresistor

ทุกอย่างชัดเจนกับเขา เนื่องจากตัวต้านทานคงที่ธรรมดามีความต้านทานโอห์มมิกทิศทางของการเชื่อมต่อในวงจรจึงไม่ได้มีบทบาท ซึ่งแตกต่างจากตัวต้านทานคงที่เท่านั้นมันจะเปลี่ยนความต้านทานภายใต้อิทธิพลของแสง: เมื่อส่องสว่างก็ลดลงหลายครั้ง จำนวนของ "เวลา" เหล่านี้ขึ้นอยู่กับรุ่นของ photoresistor ส่วนใหญ่เกี่ยวกับการต่อต้านมืด

โครงสร้าง photoresistor เป็นกล่องโลหะที่มีหน้าต่างกระจกซึ่งมองเห็นแผ่นสีเทาที่มีแทร็กซิกแซก รุ่นต่อมาถูกหามออกมาในกล่องพลาสติกที่มีตัวเรือนโปร่งใส

ความเร็วของ photoresistor ต่ำดังนั้นพวกมันจึงสามารถทำงานที่ความถี่ต่ำมากเท่านั้น ดังนั้นในการพัฒนาใหม่พวกเขาแทบไม่เคยใช้ แต่มันเกิดขึ้นว่าในกระบวนการซ่อมอุปกรณ์เก่าพวกเขาจะต้องพบกัน

เพื่อตรวจสอบสุขภาพของ photoresistor มันก็เพียงพอที่จะตรวจสอบความต้านทานของมันด้วยมัลติมิเตอร์ ในกรณีที่ไม่มีแสงความต้านทานควรมีขนาดใหญ่เช่น photoresistor SF3-1 มีความต้านทานมืดตามข้อมูลอ้างอิง 30MOhm หากมีแสงสว่างเพียงพอความต้านทานจะลดลงเป็นไม่กี่ KOhms การปรากฏตัวของ photoresistor แสดงในรูปที่ 2

รูปที่ 2 Photoresistor SF3-1

โฟโตไดโอด

คล้ายกันมากกับไดโอดเรียงกระแสแบบดั้งเดิมถ้าไม่ใช่เพราะคุณสมบัติของการตอบสนองต่อแสง หากคุณ“ โทรหา” ด้วยเครื่องทดสอบจะเป็นการดีกว่าถ้าใช้สวิตช์ที่ทันสมัยแล้วหากไม่มีแสงสว่างผลที่ได้จะเหมือนกับในกรณีของไดโอดทั่วไป: ในทิศทางไปข้างหน้าอุปกรณ์จะแสดงความต้านทานเล็กน้อยและในทิศทางตรงกันข้ามลูกศรของอุปกรณ์จะเคลื่อนไหวอย่างหนัก

พวกเขาบอกว่าไดโอดเปิดอยู่ในทิศทางตรงกันข้าม (ควรจดจำจุดนี้) ดังนั้นกระแสไม่ไหลผ่าน แต่ถ้าในการรวมโฟโตไดโอดนั้นถูกจุดด้วยหลอดไฟลูกศรจะพุ่งไปที่เครื่องหมายศูนย์ทันทีโหมดการทำงานของโฟโตไดโอดนี้เรียกว่าโฟโตไดโอด

โฟโตไดโอดยังมีโหมดการทำงานของเซลล์แสงอาทิตย์: เมื่อแสงกระทบถึงมันจะเป็นเช่นนั้น แบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์สร้างแรงดันไฟฟ้าอ่อนซึ่งหากมีความเข้มแข็งสามารถใช้เป็นสัญญาณที่มีประโยชน์ได้ แต่บ่อยครั้งที่ใช้โฟโตไดโอดในโหมดโฟโตไดโอด

โฟโตไดโอดของการออกแบบแบบเก่าที่มีรูปทรงกระบอกโลหะที่มีสองนำ ในอีกทางหนึ่งคือเลนส์แก้ว โฟโตไดโอดสมัยใหม่มีตัวเรือนที่ทำจากพลาสติกใสตรงกับ LED

มะเดื่อ 2. โฟโตไดโอด

phototransistors

ในลักษณะที่ปรากฏพวกเขาจะแยกไม่ออกจากหลอดไฟ LED, กรณีเดียวกันที่ทำจากพลาสติกใสหรือถังที่มีแก้วในตอนท้ายและจากนั้นมันมีสองเอาท์พุท - นักสะสมและอีซีแอล phototransistor ดูเหมือนจะไม่ต้องการเอาต์พุตพื้นฐานเพราะสัญญาณอินพุตสำหรับมันคือฟลักซ์แสง

แม้ว่า phototransistor บางตัวยังคงมีเอาต์พุตพื้นฐานซึ่งนอกเหนือจากแสงแล้วยังช่วยให้ทรานซิสเตอร์สามารถควบคุมด้วยไฟฟ้าได้ สามารถพบได้ในออปโตคัปเปลอร์ของทรานซิสเตอร์บางตัวเช่น AOT128 และนำเข้า 4N35 ซึ่งเป็นแอนะล็อกที่ใช้งานได้เป็นหลัก ตัวต้านทานมีการเชื่อมต่อระหว่างฐานและตัวส่งของ phototransistor เพื่อครอบคลุม phototransistor เล็กน้อยดังแสดงในรูปที่ 4

รูปที่ 3 Phototransistor

optocoupler ของเรามักจะ "แฮงค์" 10-100KΩในขณะที่ "analog" ที่นำเข้ามีประมาณ 1M imported ถ้าคุณใส่แม้แต่ 100K มันจะไม่ทำงานทรานซิสเตอร์ก็ปิดอย่างแน่นหนา

วิธีตรวจสอบโฟโต้ทรานซิสเตอร์

phototransistor สามารถตรวจสอบได้ง่าย ๆ โดยผู้ทดสอบแม้ว่ามันจะไม่มีเอาต์พุตพื้นฐาน เมื่อโอห์มมิเตอร์เชื่อมต่อในขั้วใด ๆ ความต้านทานของตัวสะสม - อิมิตเตอร์มีขนาดค่อนข้างใหญ่เนื่องจากทรานซิสเตอร์ถูกปิด เมื่อแสงที่มีความเข้มและสเปกตรัมเพียงพอเข้ามาในเลนส์โอห์มมิเตอร์จะแสดงความต้านทานเล็กน้อย - ทรานซิสเตอร์เปิดถ้าแน่นอนมันเป็นไปได้ที่จะเดาขั้วของการเชื่อมต่อเครื่องทดสอบ ในความเป็นจริงพฤติกรรมนี้คล้ายกับทรานซิสเตอร์ธรรมดาเพียง แต่จะเปิดขึ้นพร้อมกับสัญญาณไฟฟ้าและอันนี้มีกระแสไฟ นอกจากความเข้มของฟลักซ์ของแสงองค์ประกอบของสเปกตรัมก็มีบทบาทสำคัญ สำหรับคุณสมบัติการทดสอบทรานซิสเตอร์โปรดดู ที่นี่. 

แสงสเปกตรัม

โดยทั่วไปแล้วแสงจะถูกปรับให้เข้ากับความยาวคลื่นเฉพาะของรังสีแสง หากนี่คือการแผ่รังสีอินฟราเรดเซ็นเซอร์ดังกล่าวจะตอบสนองไม่ดีต่อ LED สีน้ำเงินและสีเขียวดีพอที่จะเป็นสีแดงหลอดไส้และแน่นอนว่าเป็นอินฟราเรด นอกจากนี้ยังไม่รับแสงจากหลอดฟลูออเรสเซนต์ ดังนั้นสาเหตุของการทำงานที่ไม่ดีของตัวรับแสงอาจเป็นเพียงแค่สเปกตรัมที่ไม่เหมาะสมของแหล่งกำเนิดแสง

มันเขียนไว้ข้างต้นว่าจะส่งสัญญาณโฟโตไดโอดและโฟโตทรานซิสเตอร์อย่างไร ที่นี่คุณจะต้องใส่ใจกับเรื่องเล็ก ๆ น้อย ๆ ที่ดูเหมือนจะเป็นอุปกรณ์วัด ในมัลติมิเตอร์แบบดิจิตอลที่ทันสมัยในโหมดของความต่อเนื่องของเซมิคอนดักเตอร์บวกอยู่ในสถานที่เดียวกับเมื่อวัดแรงดันไฟฟ้ากระแสตรงเช่น บนสายสีแดง

ผลลัพธ์ของการวัดจะเป็นการลดแรงดันเป็นมิลลิโวลต์ที่จุดแยก p-n ในทิศทางไปข้างหน้า ตามกฎแล้วตัวเลขเหล่านี้อยู่ในช่วง 500 - 600 ซึ่งขึ้นอยู่กับชนิดของอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ แต่ยังขึ้นกับอุณหภูมิด้วย เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้นตัวเลขนี้จะลดลง 2 สำหรับทุกๆองศาเซลเซียสซึ่งเป็นผลมาจากค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิของความต้านทานของ TCS

เมื่อใช้เครื่องทดสอบตัวชี้จะต้องจำไว้ว่าในโหมดการวัดความต้านทานเอาต์พุตบวกจะอยู่ที่เครื่องหมายลบในโหมดการวัดแรงดันไฟฟ้า ด้วยการตรวจสอบดังกล่าวจะเป็นการดีกว่าที่จะให้แสงสว่างเซ็นเซอร์ภาพด้วยหลอดไส้ในระยะใกล้

จับคู่ photosensor กับไมโครคอนโทรลเลอร์

เมื่อเร็ว ๆ นี้ผู้ที่ชื่นชอบวิทยุจำนวนมากให้ความสนใจในการออกแบบหุ่นยนต์ ส่วนใหญ่มักจะเป็นสิ่งที่ดูเหมือนว่าดั้งเดิมเช่นกล่องที่มีแบตเตอรี่บนล้อ แต่สมาร์ทชะมัด: ได้ยินทุกอย่างเห็นทุกอย่างและไปรอบ ๆ อุปสรรคเขามองเห็นทุกสิ่งเพียงเพราะ phototransistor หรือ photodiodes และอาจจะเป็น photoresistor

ทุกอย่างง่ายมากที่นี่ หากนี่คือ photoresistor มันก็เพียงพอที่จะเชื่อมต่อมันตามที่ระบุไว้ในแผนภาพและในกรณีของ phototransistor หรือ photodiode เพื่อไม่ให้เกิดความสับสนขั้ว "ring" พวกเขาก่อนตามที่อธิบายไว้ข้างต้น มีประโยชน์อย่างยิ่งในการดำเนินการนี้หากชิ้นส่วนไม่ใช่ของใหม่ให้ตรวจสอบว่าเหมาะสม การเชื่อมต่อเซ็นเซอร์ภาพถ่ายต่าง ๆ กับ ไมโครคอนโทรลเลอร์ แสดงในรูปที่ 4

รูปที่ 4 แบบแผนการเชื่อมต่อ photosensors กับไมโครคอนโทรลเลอร์

การวัดแสง

โฟโตไดโอดและโฟโต้ทรานซิสเตอร์มีความไวต่ำความไม่เป็นเชิงเส้นสูงและสเปกตรัมที่แคบมาก แอปพลิเคชันหลักของอุปกรณ์ภาพถ่ายเหล่านี้คือการทำงานในโหมดคีย์: เปิด - ปิด ดังนั้นการสร้างตัววัดแสงบนตัวเครื่องจึงค่อนข้างเป็นปัญหาแม้ว่าก่อนหน้านี้ในตัววัดแสงแบบอะนาล็อกทั้งหมดพวกเขาจะใช้ตัวรับแสงเหล่านี้อย่างแม่นยำ

แต่โชคดีที่นาโนเทคโนโลยียังไม่หยุดนิ่ง แต่ก็ก้าวไปข้างหน้าด้วยการก้าวกระโดด เพื่อวัดความสว่าง "ที่นั่นพวกเขา" ได้สร้างชิปพิเศษ TSL230R ซึ่งเป็นตัวแปลงที่ตั้งโปรแกรมได้ของความถี่การส่องสว่าง

ภายนอกอุปกรณ์เป็นชิปในเคส DIP8 ที่ทำจากพลาสติกใส สัญญาณเข้าและส่งออกในระดับทั้งหมดเข้ากันได้กับ TTL - CMOS ลอจิกซึ่งทำให้ง่ายต่อการจับคู่ตัวแปลงกับไมโครคอนโทรลเลอร์ใด ๆ

การใช้สัญญาณภายนอกคุณสามารถเปลี่ยนความไวของโฟโตไดโอดและสเกลของสัญญาณเอาท์พุตตามลำดับ 1, 10, 100 และ 2, 10 และ 100 เท่า การพึ่งพาความถี่ของสัญญาณเอาต์พุตในการส่องสว่างเป็นแบบเส้นตรงตั้งแต่เศษส่วนของเฮิร์ตซ์ถึง 1 MHz การตั้งค่าสเกลและความไวจะดำเนินการโดยการจัดหาระดับตรรกะเพียง 4 อินพุต

microcircuit สามารถนำเข้าสู่โหมดการบริโภคแบบไมโคร (5 μA) ซึ่งมีข้อสรุปแยกต่างหากแม้ว่าจะไม่ได้เลวร้ายในโหมดปฏิบัติการ ด้วยแรงดันไฟฟ้าซัพพลาย 2.7 ... 5.5 V การสิ้นเปลืองกระแสไฟฟ้าไม่เกิน 2 mA สำหรับการดำเนินงานของชิปไม่จำเป็นต้องรัดนอกใด ๆ ยกเว้นว่าตัวเก็บประจุบล็อกสำหรับพลังงาน

ในความเป็นจริงมันเพียงพอที่จะเชื่อมต่อเครื่องวัดความถี่เข้ากับ microcircuit และรับการอ่านค่าแสงได้ดีในบาง UEs ในกรณีของการใช้ไมโครคอนโทรลเลอร์โดยมุ่งเน้นที่ความถี่ของสัญญาณเอาท์พุตคุณสามารถควบคุมการส่องสว่างในห้องหรือตามหลักการของ "เปิด - ปิด"

TSL230R ไม่ได้เป็นเครื่องวัดแสงเท่านั้น ขั้นสูงยิ่งขึ้นคือเซ็นเซอร์ Maxim MAX44007-MAX44009 ขนาดของมันเล็กกว่า TSL230R การสิ้นเปลืองพลังงานเหมือนกับเซ็นเซอร์อื่น ๆ ในโหมดสลีป วัตถุประสงค์หลักของเซ็นเซอร์วัดแสงคือการใช้งานในอุปกรณ์ที่ใช้พลังงานจากแบตเตอรี่

photosensors ควบคุมแสง

หนึ่งในงานที่ดำเนินการด้วยความช่วยเหลือของ photosensors คือ การควบคุมแสง. แผนการดังกล่าวเรียกว่า รีเลย์ภาพส่วนใหญ่มักจะเป็นการรวมแสงอย่างง่ายในที่มืด ด้วยเหตุนี้มือสมัครเล่นหลายคนได้พัฒนาวงจรจำนวนมากซึ่งบางส่วนเราจะพิจารณาในบทความถัดไป

ความต่อเนื่องของบทความ: รูปแบบการถ่ายทอดรูปถ่ายสำหรับการควบคุมแสง