Come utilizzare fotoresistori, fotodiodi e fototransistori

I sensori sono completamente diversi. Differiscono per principio di azione, logica del loro lavoro, fenomeni fisici e quantità a cui sono in grado di rispondere. I sensori di luce non sono utilizzati solo nelle apparecchiature di controllo automatico dell'illuminazione, ma sono utilizzati in un numero enorme di dispositivi, dagli alimentatori agli allarmi e ai sistemi di sicurezza.

I principali tipi di dispositivi fotoelettronici. Informazioni generali

Un fotorilevatore in senso generale è un dispositivo elettronico che risponde a un cambiamento nell'incidente del flusso luminoso sulla sua parte sensibile. Possono differire, sia nella struttura che nel principio di funzionamento. Diamo un'occhiata a loro.

Fotoresistori: cambia la resistenza durante l'illuminazione

Un fotoresistor è un dispositivo fotografico che modifica la conducibilità (resistenza) in base alla quantità di luce incidente sulla sua superficie. Più intenso esposizione alla luce area sensibile, minore resistenza. Ecco uno schema di esso.

È costituito da due elettrodi metallici, tra i quali è presente un materiale semiconduttore. Quando il flusso luminoso colpisce il semiconduttore, vengono rilasciati dei portatori di carica, ciò contribuisce al passaggio di corrente tra gli elettrodi metallici.

L'energia del flusso luminoso viene spesa per superare il gap di banda degli elettroni e la loro transizione nella banda di conduzione. Come semiconduttore, i fotoconduttori utilizzano materiali come: solfuro di cadmio, solfuro di piombo, selenite di cadmio e altri. La caratteristica spettrale del fotoresistor dipende dal tipo di questo materiale.

meraviglia I:

La caratteristica spettrale contiene informazioni su quali lunghezze d'onda (colore) del flusso luminoso sono più sensibili a un fotoresistor. In alcuni casi, è necessario selezionare attentamente un emettitore di luce della lunghezza d'onda appropriata, al fine di ottenere la massima sensibilità ed efficienza di lavoro.

Il fotoresistor non è progettato per misurare accuratamente l'illuminazione, ma piuttosto per determinare la presenza di luce, secondo le sue letture, l'ambiente può essere rilevato più chiaro o più scuro. La caratteristica corrente-tensione del fotoresistenza è la seguente.

Descrive la dipendenza della corrente dalla tensione per vari valori del flusso luminoso: Ф - oscurità e Ф3 - questa è luce intensa. È lineare. Un'altra caratteristica importante è la sensibilità, misurata in mA (μA) / (Lm * V). Ciò riflette la quantità di corrente che fluisce attraverso il resistore, con un certo flusso luminoso e una tensione applicata.

La resistenza al buio è la resistenza attiva in completa assenza di illuminazione, è indicata da RT, e la caratteristica RT / Rb è la velocità di variazione della resistenza dallo stato del fotoresistenza in completa assenza di illuminazione allo stato di massima illuminazione e alla resistenza minima possibile, rispettivamente.

I fotoresistori hanno uno svantaggio significativo: la frequenza di taglio. Questo valore descrive la frequenza massima del segnale sinusoidale con cui si modella il flusso luminoso, a cui la sensibilità diminuisce di 1,41 volte. Nei libri di riferimento, ciò viene riflesso dal valore della frequenza o attraverso una costante di tempo. Riflette la velocità dei dispositivi, che di solito richiede decine di microsecondi - 10 ^ (- 5) s. Questo non ti consente di usarlo dove hai bisogno di alte prestazioni.

Fotodiodo: converte la luce in carica elettrica

Un fotodiodo è un elemento che converte la luce che entra in un'area sensibile in una carica elettrica. Questo perché vari processi associati al movimento dei portatori di carica si verificano durante l'irradiazione nella giunzione pn.

Se la conduttività è cambiata sul fotoresistore a causa del movimento dei portatori di carica nel semiconduttore, allora si forma una carica al limite della giunzione pn. Può funzionare nella modalità di un fotoconvertitore e un generatore di foto.

Nella struttura, è lo stesso di un diodo convenzionale, ma nel suo caso c'è una finestra per il passaggio della luce. Esternamente, vengono in vari disegni.

I fotodiodi a corpo nero accettano solo radiazioni infrarosse. Il rivestimento nero è qualcosa di simile alla colorazione. Filtra lo spettro IR per escludere la possibilità di innescare la radiazione di altri spettri.

I fotodiodi, come i fotoresistori, hanno una frequenza di taglio, solo qui ha ordini di grandezza più grandi e raggiunge i 10 MHz, il che consente buone prestazioni. I fotodiodi P-i-N hanno un'alta velocità: 100 MHz-1 GHz, come i diodi basati sulla barriera Schottky. I diodi a valanga hanno una frequenza di taglio di circa 1-10 GHz.

In modalità fotoconvertitore, un tale diodo funziona come un tasto controllato dalla luce, per questo è collegato al circuito in polarizzazione diretta. Cioè, il catodo in un punto con un potenziale più positivo (a più) e l'anodo a un potenziale più negativo (a meno).

Quando il diodo non è illuminato dalla luce, scorre solo Iobrt corrente inversa (unità e decine di μA) e quando il diodo è acceso, viene aggiunto un fotocorrente, che dipende solo dal grado di illuminazione (decine di mA). Più luce, più corrente.

Fotocorrente Se uguale a:

Iph = Sint * F,

dove Sint è la sensibilità integrale, Ф è il flusso luminoso.

Uno schema tipico per l'accensione di un fotodiodo in modalità fotoconvertitore. Prestare attenzione a come è collegato, nella direzione opposta rispetto alla fonte di alimentazione.

Un'altra modalità è il generatore. Quando la luce entra nel fotodiodo, la tensione viene generata ai suoi terminali, mentre le correnti di corto circuito in questa modalità sono decine di ampere. Ricorda funzionamento di celle solarima a basso consumo.

Fototransistor - aperti dalla quantità di luce incidente

Il fototransistor è intrinsecamente transistor bipolare quale invece dell'uscita di base ha una finestra nel caso in cui la luce entri lì. Il principio di funzionamento e le ragioni di questo effetto sono simili ai dispositivi precedenti. I transistor bipolari sono controllati dalla quantità di corrente che fluisce attraverso la base e i fototransistori, per analogia, sono controllati dalla quantità di luce.

A volte UGO rappresenta ancora ulteriormente l'output della base. In generale, la tensione viene fornita sia al fototransistor che a quello normale, e la seconda opzione viene attivata con una base mobile, quando l'uscita di base rimane inutilizzata.

Anche i fototransistor sono inclusi nel circuito.

O scambia transistor e resistore, a seconda di cosa esattamente hai bisogno. In assenza di luce, una corrente oscura scorre attraverso il transistor, che si forma dalla corrente di base, che puoi impostare da solo.

Impostando la corrente di base richiesta, è possibile impostare la sensibilità del fototransistor selezionando la sua resistenza di base. In questo modo, anche la luce più debole può essere catturata.

In epoca sovietica, i radioamatori creavano fototransistor con le proprie mani: creavano una finestra per la luce, tagliando parte del case con un transistor convenzionale. Per questo, transistor come MP14-MP42 sono eccellenti.

Dalla caratteristica corrente-tensione è visibile la dipendenza della fotocorrente dall'illuminazione, mentre è praticamente indipendente dalla tensione collettore-emettitore.

Oltre ai fototransistor bipolari, ci sono quelli sul campo. Quelli bipolari operano a frequenze di 10-100 kHz, quindi quelli di campo sono più sensibili. La loro sensibilità raggiunge diversi ampere per lume e più "veloce" - fino a 100 MHz. I transistor ad effetto di campo hanno una caratteristica interessante: ai valori massimi del flusso luminoso, la tensione di gate non influisce quasi sulla corrente di drain.

Ambiti di dispositivi fotoelettronici

Prima di tutto, dovresti considerare opzioni più familiari per la loro applicazione, ad esempio l'inclusione automatica della luce.

Il diagramma mostrato sopra è il dispositivo più semplice per accendere e spegnere il carico in una determinata condizione di luce. Fotodiodo FD320 Quando la luce entra in esso, una certa tensione si apre e R1 scende una certa tensione quando il suo valore è sufficiente per aprire il transistor VT1 - si apre e apre un altro transistor - VT2. Questi due transistor sono un amplificatore di corrente a due stadi, necessario per alimentare la bobina del relè K1.

Diodo VD2 - necessario per sopprimere l'autoinduzione EMF, che si forma quando si cambia la bobina. Uno dei fili del carico è collegato al terminale di ingresso del relè, quello superiore secondo lo schema (per corrente alternata - fase o zero).

Abbiamo normalmente contatti chiusi e aperti, sono necessari sia per selezionare il circuito da accendere, sia per selezionare di accendere o spegnere il carico dalla rete quando viene raggiunta l'illuminazione richiesta. Il potenziometro R1 è necessario per regolare il dispositivo affinché funzioni alla giusta quantità di luce. Maggiore è la resistenza, meno luce è necessaria per accendere il circuito.

Le variazioni di questo schema sono utilizzate nella maggior parte dei dispositivi simili, aggiungendo un certo set di funzioni se necessario.

Oltre all'accensione del carico leggero, tali fotorilevatori vengono utilizzati in vari sistemi di controllo, ad esempio i fotoresistori vengono spesso utilizzati su tornelli della metropolitana per rilevare l'attraversamento non autorizzato (lepre) del tornello.

In una tipografia, quando una striscia di carta si rompe, la luce penetra nel fotorilevatore e quindi fornisce all'operatore un segnale al riguardo. L'emettitore è su un lato del foglio e il fotorilevatore è sul retro. Quando la carta viene strappata, la luce dell'emettitore raggiunge il fotorilevatore.

In alcuni tipi di allarmi, un emettitore e un fotorilevatore vengono utilizzati come sensori per entrare nella stanza e dispositivi a infrarossi vengono utilizzati per prevenire le radiazioni visibili.

Per quanto riguarda lo spettro IR, non è possibile menzionare il ricevitore TV, che riceve i segnali dal LED IR del telecomando quando si cambia canale. Le informazioni sono codificate in modo speciale e la TV capisce di cosa hai bisogno.

Informazioni così precedentemente trasmesse attraverso le porte a infrarossi dei telefoni cellulari. La velocità di trasmissione è limitata sia dal metodo di trasmissione sequenziale sia dal principio di funzionamento del dispositivo stesso.

I mouse per computer usano anche la tecnologia associata ai dispositivi fotoelettronici.

Applicazione per la trasmissione del segnale in circuiti elettronici

I dispositivi optoelettronici sono dispositivi che combinano un trasmettitore e un fotorilevatore nella stessa custodia, come quelli sopra descritti. Sono necessari per collegare due circuiti del circuito elettrico.

Ciò è necessario per l'isolamento galvanico, la trasmissione veloce del segnale, nonché per il collegamento di circuiti CC e CA, come nel caso del controllo triac in un circuito a 220 V 5 V con un segnale dal microcontrollore.

Hanno una designazione grafica che contiene informazioni sul tipo di elementi utilizzati all'interno dell'accoppiatore ottico.

Considera un paio di esempi sull'uso di tali dispositivi.

Controllo di un triac usando un microcontrollore

Se si sta progettando un tiristore o un convertitore di triac, si verificherà un problema. Innanzitutto, se la transizione all'uscita di controllo si interrompe - al pin del microcontrollore l'alto potenziale cadrà e quest'ultimo fallirà. Per questo, sono stati sviluppati driver speciali, con un elemento chiamato optosymistor, ad esempio MOC3041.

Feedback Optoaccoppia

Negli alimentatori a commutazione stabilizzata è necessario un feedback. Se escludiamo l'isolamento galvanico in questo circuito, quindi in caso di guasto di alcuni componenti nel circuito del sistema operativo, apparirà un alto potenziale sul circuito di uscita e l'apparecchiatura collegata non funzionerà, non sto parlando del fatto che si può essere scioccati.

In un esempio specifico, si vede l'implementazione di un tale SO dal circuito di uscita all'avvolgimento di feedback (controllo) del transistor usando un accoppiatore ottico con la designazione seriale U1.

risultati

La foto e l'optoelettronica sono sezioni molto importanti dell'elettronica, che hanno notevolmente migliorato la qualità dell'attrezzatura, i suoi costi e l'affidabilità. Utilizzando un accoppiatore ottico, è possibile escludere l'uso di un trasformatore di isolamento in tali circuiti, il che riduce le dimensioni complessive. Inoltre, alcuni dispositivi sono semplicemente impossibili da implementare senza tali elementi.