Fotodirençlerin, fotodiyotların ve fototransistörlerin kullanımı

Sensörler tamamen farklı. Eylem ilkesi, çalışmalarının mantığı ve yanıt verebilecekleri fiziksel fenomenler ve miktarlar bakımından farklılık gösterirler. Işık sensörleri sadece otomatik aydınlatma kontrol ekipmanlarında kullanılmaz, güç kaynaklarından alarmlara ve güvenlik sistemlerine kadar çok sayıda cihazda kullanılır.

Ana fotoelektronik cihaz türleri. Genel bilgiler

Genel anlamda bir fotodetektör, hassas kısmındaki ışık akısında meydana gelen değişime cevap veren elektronik bir cihazdır. Hem yapılarında hem de çalışma şekillerinde farklılık gösterebilirler. Onlara bakalım.

Fotodirençler - aydınlatma sırasında direnci değiştirin

Bir fotodirenç, yüzeyinde meydana gelen ışık miktarına bağlı olarak iletkenliği (direnci) değiştiren fotoğrafik bir cihazdır. Daha yoğun ışığa maruz kalma hassas alan, daha az direnç. İşte bir şeması.

Aralarında yarı iletken bir malzeme bulunan iki metal elektrottan oluşur. Işık akısı yarı iletkene çarptığında, şarj taşıyıcıları serbest bırakılır, bu da akımın metal elektrotlar arasında geçişine katkıda bulunur.

Işık akısının enerjisi, elektronlar tarafından bant boşluğunun üstesinden gelmek ve iletim bandına geçişi için harcanır. Yarı iletken olarak, fotokondüktörler Kadmiyum Sülfür, Kurşun Sülfür, Kadmiyum Selenit ve diğerleri gibi malzemeleri kullanır. Fotodirençin spektral özelliği bu malzemenin tipine bağlıdır.

Ben merak:

Spektral karakteristik, ışık akısının hangi dalga boylarının (renk) bir fotodirençe en duyarlı olduğu hakkında bilgi içerir. Bazı durumlarda, en büyük hassasiyeti ve iş verimliliğini elde etmek için uygun dalga boyunda bir ışık yayıcıyı dikkatle seçmek gerekir.

Fotodirenç, aydınlatmayı doğru bir şekilde ölçmek için tasarlanmamıştır, daha ziyade okumaya göre ışığın varlığını belirlemek için çevre daha açık veya daha koyu olarak tespit edilebilir. Fotodirençin akım-gerilim karakteristiği aşağıdaki gibidir.

Işık akısının çeşitli değerleri için akımın voltaja bağımlılığını gösterir: Ф - darkness ve Ф3 - bu parlak ışıktır. Doğrusal. Bir diğer önemli özellik duyarlılıktır, mA (μA) / (Lm * V) olarak ölçülür. Bu, belirli bir ışık akısı ve uygulanan bir voltaj ile dirençten ne kadar akım aktığını yansıtır.

Karanlık direnç, tam aydınlatma yokluğunda aktif dirençtir, RT ile gösterilir ve karakteristik RT / Rb, aydınlatma tamamen yokken fotorezistörün durumundan direncin maksimum aydınlatılmış duruma ve mümkün olan minimum dirence olan değişim oranıdır.

Fotodirençlerin önemli bir dezavantajı vardır - kesme frekansı. Bu değer, ışık akısını modellediğiniz sinüzoidal sinyalin maksimum frekansını tanımlar, burada hassasiyet 1.41 kat azalır. Referans kitaplarda bu, frekans değeri veya bir zaman sabiti ile yansıtılır. Genellikle onlarca mikrosaniye - 10 ^ (- 5) s alan cihazların hızını yansıtır. Bu, yüksek performansın gerekli olduğu yerlerde kullanılmasına izin vermez.

Fotodiyot - ışığı elektrik yüküne dönüştürür

Fotodiyot, hassas bir alana giren ışığı elektrik yüküne dönüştüren bir elementtir. Bunun nedeni, pn kavşağında ışınlandığında, yük taşıyıcıların hareketi ile ilişkili çeşitli işlemlerin gerçekleşmesidir.

Yarı iletken içindeki yük taşıyıcılarının hareketi nedeniyle fotodirenç üzerinde iletkenlik değiştiyse, pn bağlantısının sınırında bir yük oluşur. Bir foto dönüştürücü ve bir foto jeneratör modunda çalışabilir.

Yapıda, geleneksel bir diyot ile aynıdır, ancak durumunda ışığın geçişi için bir pencere vardır. Dışa doğru, çeşitli tasarımlarda gelirler.

Siyah cisim fotodiyotları yalnızca kızılötesi radyasyonu kabul eder. Siyah kaplama renklendirme gibi bir şey. IR spektrumunu diğer spektrumların radyasyonunu tetikleme olasılığını dışlamak için filtreler.

Fotodirençler gibi fotodiyotlar da bir kesme frekansına sahiptir, sadece burada daha büyük büyüklük sıralarıdır ve 10 MHz'e ulaşır, bu da iyi performans sağlar. P-i-N fotodiyotların yüksek bir hızı vardır - Schottky bariyerine dayanan diyotlar gibi 100 MHz-1 GHz. Çığ diyotlarının kesme frekansı yaklaşık 1-10 GHz'dir.

Foto dönüştürücü modunda, böyle bir diyot, ışık tarafından kontrol edilen bir anahtar gibi çalışır, çünkü bunun için ön sapma ile devreye bağlanır. Yani, katot daha fazla pozitif potansiyele (artıya) ve anot daha negatif bir potansiyele (eksi'ye).

Diyot ışıkla aydınlanmadığında, sadece ters karanlık akım Iobrt akar (birimler ve onlarca μA) ve diyot yandığında, ona sadece aydınlatma derecesine (onlarca mA) bağlı olan bir foto akım eklenir. Daha fazla ışık, daha fazla akım.

Photocurrent Şuna eşitse:

Iph = Sint * F,

Sint'in integral duyarlılık olduğu yerde Ф, ışık akısıdır.

Foto dönüştürücü modunda bir fotodiyotun açılması için tipik bir şema. Nasıl bağlandığına dikkat edin - güç kaynağına göre ters yönde.

Başka bir mod jeneratördür. Işık fotodiyole girdiğinde, terminallerinde voltaj üretilirken, bu moddaki kısa devre akımları onlarca amperdir. Hatırlatıyor güneş pillerinin çalışmasıancak düşük güce sahiptir.

Fototransistörler - gelen ışık miktarına göre açık

Fototransistör doğal olarak iki kutuplu transistör taban çıkışı yerine ışığın oraya girmesi için bir pencere vardır. Çalışma prensibi ve bu etkinin nedenleri önceki cihazlara benzer. Bipolar transistörler tabana akan akım miktarı ile kontrol edilir ve fototransistörler benzetme yoluyla ışık miktarı ile kontrol edilir.

Bazen UGO hala ek olarak tabanın çıktısını tasvir eder. Genel olarak voltaj, fototransistöre ve normal olana verilir ve temel çıkış kullanılmadığında ikinci seçenek kayan bir tabanla açılır.

Fototransistörler de benzer şekilde devreye dahil edilir.

Ya da tam olarak neye ihtiyacınız olduğuna bağlı olarak transistörü ve direnci değiştirin. Işığın yokluğunda, kendiniz ayarlayabileceğiniz taban akımından oluşan transistörden karanlık bir akım akar.

Gerekli baz akımını ayarlayarak, baz direncini seçerek fototransistörün hassasiyetini ayarlayabilirsiniz. Bu şekilde, en ince ışık bile yakalanabilir.

Sovyet döneminde, radyo amatörleri kendi elleriyle fototransistörler yaptılar - ışık için bir pencere yaptılar, davanın bir kısmını geleneksel bir transistörle kesdiler. Bunun için MP14-MP42 gibi transistörler mükemmeldir.

Akım-voltaj karakteristiğinden, foto-akımın aydınlatmaya bağımlılığı görünürken, toplayıcı-yayıcı voltajından pratik olarak bağımsızdır.

Bipolar fototransistörlere ek olarak, tarlalar da vardır. Bipolar olanlar 10-100 kHz frekanslarda çalışır, daha sonra alan olanlar daha duyarlıdır. Hassasiyetleri lümen başına birkaç ampere ve daha “hızlı” - 100 MHz'e ulaşır. Alan etkili transistörler ilginç bir özelliğe sahiptir: ışık akısının maksimum değerlerinde, geçit voltajı neredeyse tahliye akımını etkilemez.

Fotoelektronik cihazların kapsamları

Her şeyden önce, uygulamaları için daha tanıdık seçenekleri, örneğin ışığın otomatik olarak dahil edilmesini düşünmelisiniz.

Yukarıda gösterilen şema, belirli bir ışık koşulunda yükü açmak ve kapatmak için en basit cihazdır. Fotodiyot FD320 Işık girdiğinde, belirli bir voltaj açılır ve değeri, transistör VT1'i açmak için yeterli olduğunda R1 belirli bir voltajı düşürür - başka bir transistör - VT2 açar ve açar. Bu iki transistör, röle bobinine K1 güç vermek için gerekli olan iki aşamalı bir akım amplifikatörüdür.

Diyot VD2 - bobini değiştirirken oluşan EMF kendiliğinden indüksiyonunu bastırmak için gereklidir. Yükteki kablolardan biri röle giriş terminaline, üstteki şemaya göre (alternatif akım - faz veya sıfır için) bağlanır.

Normalde kapalı ve açık kontaklarımız vardır, bunlar açılacak devreyi seçmek veya gerekli aydınlatmaya ulaşıldığında yükü ağdan açıp kapatmak için gereklidir. Cihazı doğru ışıkta çalışacak şekilde ayarlamak için R1 potansiyometresi gereklidir. Direnç ne kadar büyük olursa, devreyi açmak için o kadar az ışık gerekir.

Bu şemanın varyasyonları, çoğu benzer cihazda kullanılır ve gerekirse belirli bir işlev kümesi eklenir.

Hafif yükü açmaya ek olarak, bu tür fotodetektörler çeşitli kontrol sistemlerinde kullanılır, örneğin, turnikelerin izinsiz (tavşan) geçişini tespit etmek için genellikle metro turnikelerinde fotodirençler kullanılır.

Bir basımevinde, bir kağıt şeridi kırıldığında, ışık fotodetektöre girer ve böylece operatöre bu konuda bir sinyal verir. Verici kağıdın bir tarafında ve fotodetektör arkada. Kağıt yırtıldığında, yayıcıdan gelen ışık fotodetektöre ulaşır.

Bazı alarm türlerinde, odaya girmek için sensör olarak bir verici ve bir fotodetektör kullanılır ve radyasyonun görünmemesi için kızılötesi cihazlar kullanılır.

IR spektrumu ile ilgili olarak, kanalları değiştirdiğinizde uzaktan kumandadaki IR LED'inden sinyal alan TV alıcısından söz edemezsiniz. Bilgi özel bir şekilde kodlanır ve TV neye ihtiyacınız olduğunu anlar.

Böylece daha önce cep telefonlarının kızılötesi bağlantı noktalarından aktarılan bilgiler. İletim hızı, hem sıralı iletim yöntemi hem de cihazın kendisinin çalışma prensibi ile sınırlıdır.

Bilgisayar fareleri ayrıca fotoelektronik cihazlarla ilişkili teknolojiyi kullanır.

Elektronik devrelerde sinyal iletimi için uygulama

Optoelektronik cihazlar, bir vericiyi ve bir fotodetektörü, aynı mahfazada, yukarıda tarif edilenler gibi birleştiren cihazlardır. Elektrik devresinin iki devresini bağlamak için gereklidirler.

Bu, 220 V 5 V'luk bir devrede mikrodenetleyiciden gelen bir sinyalde olduğu gibi, galvanik izolasyon, hızlı sinyal iletimi ve DC ve AC devrelerini bağlamak için gereklidir.

Optokuplör içinde kullanılan elemanların tipi hakkında bilgi içeren bir grafik atamaları vardır.

Bu tür cihazların kullanımına ilişkin birkaç örnek düşünün.

Mikrodenetleyici kullanarak triyak kontrolü

Bir tristör veya triyak dönüştürücü tasarlıyorsanız, bir sorunla karşılaşırsınız. İlk olarak, kontrol çıkışındaki geçiş - mikrodenetleyicinin pimine yüksek potansiyel düşecek ve ikincisi başarısız olacaktır. Bunun için, bir optosimistör adı verilen bir eleman, örneğin MOC3041 gibi özel sürücüler geliştirilmiştir.

Optokupl Geribildirimi

Stabilize anahtarlama güç kaynaklarında geri bildirim gereklidir. Bu devrede galvanik yalıtımı hariç tutarsak, OS devresindeki bazı bileşenlerin arızalanması durumunda, çıkış devresinde yüksek potansiyel ortaya çıkar ve bağlı ekipman başarısız olur, şok olabileceğinizi söylemiyorum.

Belirli bir örnekte, böyle bir işletim sisteminin çıkış devresinden transistörün geri besleme sargısına (kontrolüne) seri tanımına U1 sahip bir optokuplör kullanarak uygulandığını görürsünüz.

bulgular

Fotoğraf ve optoelektronik, ekipmanın kalitesini, maliyetini ve güvenilirliğini önemli ölçüde geliştiren elektronikte çok önemli bölümlerdir. Bir optokuplör kullanarak, bu tür devrelerde bir izolasyon transformatörü kullanımını hariç tutmak mümkündür, bu da genel boyutları azaltır. Ayrıca, bazı cihazların bu tür elemanlar olmadan uygulanması imkansızdır.