Hvordan bruke fotoresistorer, fotodioder og fototransistorer

Sensorer er helt forskjellige. De avviker i prinsippet om handling, logikken i arbeidet og de fysiske fenomenene og mengdene de er i stand til å svare på. Lyssensorer brukes ikke bare i automatisk belysningskontrollutstyr, de brukes i et stort antall enheter, fra strømforsyninger til alarmer og sikkerhetssystemer.

Hovedtyper av fotoelektroniske enheter. Generell informasjon

En fotodetektor i generell forstand er en elektronisk enhet som reagerer på en endring i lysstrømningen på den sensitive delen. De kan være forskjellige, både i struktur og i prinsippet om driften. La oss se på dem.

Fotoresistorer - endre motstanden når du lyser

En fotoresistor er et fotografisk apparat som endrer konduktiviteten (motstanden) avhengig av mengden lys som kommer på overflaten. Jo mer intens lyseksponering følsomt område, jo mindre motstand. Her er en skjematisk oversikt over det.

Den består av to metallelektroder, mellom hvilke det er et halvledermateriale. Når lysstrømmen treffer halvlederen, frigjøres ladningsbærere i den, dette bidrar til strømføringen mellom metallelektrodene.

Energien fra lysstrømmen blir brukt på å overvinne båndgapet av elektronene og deres overgang til ledningsbåndet. Som halvleder bruker fotoledere materialer som: Kadmiumsulfid, Blysulfid, Kadmiumselenitt og andre. Den spektrale egenskapen til fotoresistor avhenger av typen av dette materialet.

Jeg lurer på:

Spektralkarakteristikken inneholder informasjon om hvilke bølgelengder (farge) på lysstrømmen som er mest følsom for en fotoresistor. For noen tilfeller er det nødvendig å velge en lyssender med passende bølgelengde nøye for å oppnå størst følsomhet og arbeidseffektivitet.

Fotoresistoren er ikke designet for å måle belysningen nøyaktig, men snarere for å bestemme tilstedeværelsen av lys, i henhold til dens målinger, kan miljøet oppdages lysere eller mørkere. Strømspenningskarakteristikken for fotoresistor er som følger.

Den viser avhengighet av strøm på spenning for forskjellige verdier av lysstrømmen: Ф - mørke, og Ф3 - dette er sterkt lys. Det er lineært. En annen viktig egenskap er følsomhet, den måles i mA (μA) / (Lm * V). Dette reflekterer hvor mye strøm som strømmer gjennom motstanden, med en viss lysstrøm og en påført spenning.

Den mørke motstanden er den aktive motstanden i fullstendig fravær av belysning, den betegnes med RT, og den karakteristiske RT / Rb er hastigheten på endring av motstand fra fotoresistorens tilstand i fullstendig fravær av belysning til henholdsvis maksimal belyst tilstand og minst mulig motstand.

Fotoresistorer har en betydelig ulempe - dens avskjæringsfrekvens. Denne verdien beskriver den maksimale frekvensen av det sinusformede signalet du modellerer lysstrømmen, hvor følsomheten avtar med 1,41 ganger. I referansebøker reflekteres dette enten av frekvensverdien, eller gjennom en tidskonstant. Det gjenspeiler hastigheten på enheter, som vanligvis tar titalls mikrosekunder - 10 ^ (- 5) s. Dette lar deg ikke bruke det der du trenger høy ytelse.

Fotodiode - konverterer lys til elektrisk lading

En fotodiode er et element som konverterer lys som kommer inn i et følsomt område til en elektrisk ladning. Dette fordi forskjellige prosesser assosiert med bevegelse av ladningsbærere oppstår under bestråling i pn-krysset.

Hvis konduktiviteten endret seg på fotoresistor på grunn av bevegelse av ladningsbærere i halvlederen, dannes en ladning ved grensen til pn-krysset. Den kan fungere i modus for en fotokonverter og en fotogenerator.

I struktur er det det samme som en konvensjonell diode, men i tilfelle er det et vindu for lysgjennomgang. Utad kommer de i forskjellige utførelser.

Fotokameraer av svart kropp aksepterer kun infrarød stråling. Svart belegg er noe som toning. Filtrerer IR-spekteret for å utelukke muligheten for å utløse stråling av andre spektre.

Fotodioder har i likhet med fotoresistorer en avskjæringsfrekvens, bare her er størrelsesorden større og når 10 MHz, noe som gir god ytelse. P-i-N fotodioder har høy hastighet - 100 MHz-1 GHz, som dioder basert på Schottky-barrieren. Skreddioder har en avskjæringsfrekvens på omtrent 1-10 GHz.

I fotokonverteringsmodus fungerer en slik diode som en nøkkel som styres av lys, for dette er den koblet til kretsen i forspenning. Det vil si katoden til et punkt med et mer positivt potensiale (til pluss), og anoden til et mer negativt potensial (til minus).

Når dioden ikke blir opplyst av lys, flyter bare den motsatte mørkestrøm Iobrt (enheter og titalls μA), og når dioden lyser, tilsettes en lysstrøm, som bare avhenger av belysningsgraden (titalls mA). Jo mer lys, jo mer strøm.

Fotstrøm Hvis tilsvarer:

Iph = Sint * F,

der Sint er den integrerte følsomheten, Ф er lysstrømmen.

Et typisk skjema for å slå på en fotodiode i fotokonverteringsmodus. Vær oppmerksom på hvordan den er koblet - i motsatt retning med hensyn til strømkilden.

En annen modus er generatoren. Når lys kommer inn i fotodioden, genereres det spenning ved terminalene, mens kortslutningsstrømmene i denne modusen er titalls ampere. Det minner om drift av solcellermen har lav effekt.

Fototransistorer - åpent med mengden innfallende lys

Fototransistor er iboende bipolar transistor som i stedet for basisutgangen har et vindu i tilfelle for lys å komme inn der. Prinsippet om drift og årsakene til denne effekten ligner på tidligere enheter. Bipolare transistorer styres av mengden strøm som strømmer gjennom basen, og fototransistorer, analogt, styres av mengden lys.

Noen ganger viser UGO fremdeles output av basen. Generelt tilføres spenningen til fototransistor så vel som til den vanlige, og det andre koblingsalternativet er med en flytende base når basisutgangen forblir ubrukt.

Fototransistorer er også inkludert i kretsen.

Eller bytt transistor og motstand, avhengig av akkurat hva du trenger. I mangel av lys strømmer en mørk strøm gjennom transistoren, som dannes fra basestrømmen, som du kan stille inn selv.

Ved å stille inn den nødvendige basestrømmen, kan du stille inn fototransistorens følsomhet ved å velge basismotstanden. På denne måten kan til og med det svakeste lyset fanges opp.

I sovjettiden laget radioamatører fototransistorer med egne hender - de laget et vindu for lys, og avskåret en del av saken med en konvensjonell transistor. For dette er transistorer som MP14-MP42 utmerket.

Fra strømspenningskarakteristikken er avhengigheten av lysstrømmen av belysning synlig, mens den er praktisk talt uavhengig av samler-emitter-spenningen.

I tillegg til bipolare fototransistorer er det felt-felt. Bipolare opererer med frekvenser på 10-100 kHz, og feltfeltene er mer følsomme. Følsomheten deres når flere ampere per lumen, og mer "rask" - opp til 100 MHz. Felt-effekt-transistorer har en interessant egenskap: ved maksimale verdier for lysstrømmen påvirker portspenningen nesten ikke avløpsstrømmen.

Omfang av fotoelektroniske enheter

Først av alt, bør du vurdere mer kjente alternativer for deres anvendelse, for eksempel automatisk inkludering av lys.

Diagrammet vist ovenfor er den enkleste enheten for å slå av og på lasten i en viss lysforhold. Fotodiode FD320 Når lys kommer inn i den, åpnes en viss spenning og R1 synker en viss spenning når verdien er tilstrekkelig til å åpne transistoren VT1 - den åpnes og åpner en annen transistor - VT2. Disse to transistorene er en totrinns strømforsterker, nødvendig for å drive reléspolen K1.

Diode VD2 - nødvendig for å undertrykke EMF-selvinduksjonen, som dannes når du bytter spole. En av ledningene fra lasten er koblet til reléinngangsterminalen, den øverste i henhold til skjemaet (for vekselstrøm - fase eller null).

Vi har normalt lukkede og åpne kontakter, de trengs enten for å velge kretsen som skal slås på, eller for å velge å slå på eller av belastningen fra nettverket når ønsket belysning er nådd. Potensiometer R1 er nødvendig for å justere enheten til å fungere i riktig mengde lys. Jo større motstand, jo mindre lys er nødvendig for å slå på kretsen.

Variasjoner av dette skjemaet brukes i de fleste lignende enheter, og legger til et visst sett med funksjoner om nødvendig.

I tillegg til å slå på lysbelastningen, brukes slike fotodetektorer i forskjellige styringssystemer, for eksempel blir fotoresistorer ofte brukt på metroturnstiler for å oppdage uautorisert (hare) kryssing av turnstilen.

I et trykkeri, når en papirstrimmel går i stykker, kommer lys inn i fotodetektoren og gir dermed operatøren et signal om dette. Senderen er på den ene siden av papiret, og fotodetektoren er på baksiden. Når papiret rives, når lyset fra senderen fotodetektoren.

I noen alarmer brukes en emitter og en fotodetektor som sensorer for å komme inn i rommet, og infrarøde enheter brukes slik at strålingen ikke er synlig.

Når det gjelder IR-spekteret, kan du ikke nevne TV-mottakeren, som mottar signaler fra IR-LED i fjernkontrollen når du bytter kanal. Informasjon er kodet på en spesiell måte, og TV-en forstår hva du trenger.

Informasjon som tidligere er overført gjennom infrarøde portene på mobiltelefoner. Overføringshastigheten er begrenset både av den sekvensielle transmisjonsmetoden og prinsippet om drift av selve enheten.

Datamus bruker også teknologi tilknyttet fotoelektroniske enheter.

Søknad om signaloverføring i elektroniske kretsløp

Optoelektroniske enheter er enheter som kombinerer en sender og en fotodetektor i samme hus, slik som de som er beskrevet ovenfor. De er nødvendige for å koble to kretser til den elektriske kretsen.

Dette er nødvendig for galvanisk isolering, rask signaloverføring, så vel som for tilkobling av likestrøm- og vekselstrømskretser, som for triac-kontroll i en 220 V 5 V-krets med et signal fra mikrokontrolleren.

De har en grafisk betegnelse som inneholder informasjon om typen elementer som brukes i optokopplingen.

Tenk på et par eksempler på bruk av slike enheter.

Kontrollere en triac ved hjelp av en mikrokontroller

Hvis du designer en tyristor eller triac-omformer, vil du få et problem. For det første, hvis overgangen ved kontrollutgangen bryter gjennom - til pinnen på mikrokontrolleren stort potensial vil falle, og det siste vil mislykkes. For dette er det utviklet spesielle drivere, med et element som kalles en optosymistor, for eksempel MOC3041.

Opto-tilbakemelding

I stabiliserte koblingsforsyninger er tilbakemelding nødvendig. Hvis vi utelukker galvanisk isolering i denne kretsen, vil det i tilfelle feil av noen komponenter i OS-kretsen vises et stort potensial på utgangskretsen og det tilkoblede utstyret vil mislykkes, jeg snakker ikke om det faktum at du kan bli sjokkert.

I et spesifikt eksempel ser du implementeringen av et slikt operativsystem fra utgangskretsen til tilbakemeldingsviklingen (kontrollen) av transistoren ved hjelp av en optokoppling med seriell betegnelse U1.

funn

Foto og optoelektronikk er veldig viktige seksjoner innen elektronikk, noe som har forbedret utstyrets kvalitet betydelig, dets kostnader og pålitelighet. Ved å bruke en optokoppler er det mulig å ekskludere bruken av en isolasjonstransformator i slike kretsløp, noe som reduserer de generelle dimensjonene. I tillegg er noen enheter ganske enkelt umulige å implementere uten slike elementer.