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Fotosensori e loro applicazione
Cosa sono i fotosensori
In vari dispositivi elettronici, dispositivi di automazione domestica e industriale, vari progetti di radioamatori fotosensori sono usati molto ampiamente. Chiunque abbia mai smontato un vecchio mouse del computer, come veniva chiamato un "komovskaya", con una palla dentro, deve aver visto le ruote con gli slot che ruotano negli slot dei fotosensori.
Questi fotosensori sono chiamati interruttori fotografici - interrompere il flusso di luce. Su un lato di un tale sensore c'è una fonte - diodi emettitori di lucedi norma, infrarossi (IR), con un altro fototransistor (per essere più precisi, due fototransistor, in alcuni modelli del fotodiodo, per determinare anche il senso di rotazione). Quando la ruota viene ruotata con scanalature all'uscita del fotosensore, si ottengono impulsi elettrici, che sono informazioni sulla posizione angolare di questa ruota stessa. Tali dispositivi sono chiamati encoder. Inoltre, l'encoder può essere solo un contatto, ricorda la ruota di un mouse moderno!
Gli interruttori di foto vengono utilizzati non solo nei "mouse" ma anche in altri dispositivi, ad esempio i sensori di velocità di alcuni meccanismi. In questo caso, viene utilizzato un singolo fotosensore, poiché non è necessario determinare il senso di rotazione.
Se per qualche motivo, il più delle volte per la riparazione, si arrampica su altri dispositivi elettronici, allora i sensori fotografici possono essere trovati in stampanti, scanner e fotocopiatrici, in unità CD, in lettori DVD, registratori di videocassette, videocamere e altre apparecchiature.
Quindi cosa sono i fotosensori e cosa sono? Basta vedere, senza entrare nella fisica dei semiconduttori, non capire le formule e non pronunciare parole incomprensibili (ricombinazione, riassorbimento dei portatori di minoranza), che si chiama "sulle dita", come funzionano questi fotosensori.
Figura 1. Interruttore fotografico
fotoresistore
Tutto è chiaro con lui. Poiché un normale resistore costante ha una resistenza ohmica, la direzione della connessione nel circuito non ha alcun ruolo. Solo a differenza di un resistore costante, cambia la resistenza sotto l'influenza della luce: quando illuminato, diminuisce più volte. Il numero di questi "tempi" dipende dal modello del fotoresistore, principalmente dalla sua resistenza al buio.
Strutturalmente, i fotoresistori sono una custodia di metallo con una finestra di vetro attraverso la quale è visibile una lastra di colore grigiastro con una traccia a zig-zag. I modelli successivi furono realizzati in una custodia di plastica con un piano trasparente.
La velocità dei fotoresistori è bassa, quindi possono funzionare solo a frequenze molto basse. Pertanto, nei nuovi sviluppi, non vengono quasi mai utilizzati. Ma succede che nel processo di riparazione delle vecchie apparecchiature dovranno incontrarsi.
Per verificare la salute del fotoresistor, è sufficiente verificarne la resistenza con un multimetro. In assenza di illuminazione, la resistenza dovrebbe essere elevata, ad esempio, il fotoresistenza SF3-1 ha una resistenza al buio in base ai dati di riferimento di 30 MΩ. Se è acceso, la resistenza scenderà a pochi KOhm. L'aspetto del fotoresistenza è mostrato nella Figura 2.
Figura 2. Fotoresistenza SF3-1
fotodiodi
Molto simile a un diodo raddrizzatore convenzionale, se non per la proprietà di reagire alla luce. Se lo "squilli" con un tester, è meglio usare un interruttore aggiornato, quindi in assenza di illuminazione i risultati saranno gli stessi del caso di un diodo convenzionale: nella direzione in avanti il dispositivo mostrerà un po 'di resistenza e nella direzione opposta la freccia del dispositivo difficilmente si muoverà.
Dicono che il diodo sia acceso nella direzione opposta (questo punto dovrebbe essere ricordato), quindi la corrente non scorre attraverso di esso. Ma se in questa inclusione il fotodiodo è illuminato con una lampadina, allora la freccia si precipiterà bruscamente verso il segno zero.Questa modalità di funzionamento del fotodiodo è chiamata fotodiodo.
Il fotodiodo ha anche una modalità di funzionamento fotovoltaica: quando la luce lo colpisce, è come batteria solare, produce una tensione debole che, se rafforzata, può essere utilizzata come segnale utile. Ma più spesso il fotodiodo viene utilizzato in modalità fotodiodo.
I fotodiodi del vecchio design in apparenza sono un cilindro metallico a due conduttori. D'altra parte è una lente di vetro. I fotodiodi moderni hanno un alloggiamento in plastica trasparente, esattamente come i LED.
Fig. 2. Fotodiodi
fototransistori
In apparenza, sono semplicemente indistinguibili dai LED, la stessa custodia è realizzata in plastica trasparente o un cilindro con un vetro all'estremità e da esso ci sono due uscite: un collettore e un emettitore. Il fototransistor non sembra necessitare di un'uscita di base, perché il segnale di ingresso è il flusso luminoso.
Tuttavia, alcuni fototransistor hanno ancora un'uscita di base, che, oltre alla luce, consente anche di controllare elettricamente il transistor. Questo può essere trovato in alcuni fotoaccoppiatori a transistor, ad esempio AOT128 e importati 4N35, che sono essenzialmente analoghi funzionali. Un resistore è collegato tra la base e l'emettitore del fototransistor per coprire leggermente il fototransistor, come mostrato nella Figura 4.
Figura 3. Fototransistor
Il nostro fotoaccoppiatore di solito "si blocca" 10-100 KΩ, mentre il "analogico" importato ha circa 1 MΩ. Se metti anche 100K, non funzionerà, il transistor è appena chiuso.
Come controllare un fototransistor
Un fototransistor può essere semplicemente controllato da un tester, anche se non ha un'uscita di base. Quando un ohmmetro è collegato in qualsiasi polarità, la resistenza della sezione collettore-emettitore è piuttosto grande, poiché il transistor è chiuso. Quando una luce di intensità e spettro sufficienti arriva sull'obiettivo, l'ohmetro mostrerà una piccola resistenza: il transistor si apriva, se, ovviamente, era possibile indovinare la polarità della connessione del tester. In effetti, questo comportamento ricorda un transistor convenzionale, solo si apre con un segnale elettrico e questo con un flusso luminoso. Oltre all'intensità del flusso luminoso, la sua composizione spettrale svolge un ruolo importante. Per le funzioni di test dei transistor, vedere qui.
Spettro di luce
In genere, i fotosensori sono sintonizzati su una lunghezza d'onda specifica della radiazione luminosa. Se si tratta di radiazione infrarossa, tale sensore non risponde bene ai LED blu e verde, abbastanza buono per il rosso, una lampada a incandescenza e, naturalmente, per gli infrarossi. Inoltre non accetta la luce delle lampade fluorescenti. Pertanto, il motivo del cattivo funzionamento del fotosensore potrebbe essere semplicemente uno spettro inappropriato della sorgente luminosa.
È stato scritto sopra come far suonare un fotodiodo e un fototransistor. Qui dovresti prestare attenzione a un aspetto apparentemente insignificante come il tipo di dispositivo di misurazione. In un moderno multimetro digitale, nel modo di continuità dei semiconduttori, plus è nello stesso posto di quando si misura la tensione CC, ad es. sul filo rosso.
Il risultato della misurazione sarà la caduta di tensione in millivolt sulla giunzione p-n nella direzione avanti. Di norma, si tratta di numeri compresi nell'intervallo 500 - 600, che dipende non solo dal tipo di dispositivo a semiconduttore, ma anche dalla temperatura. All'aumentare della temperatura, questa cifra diminuisce di 2 per ogni grado Celsius, a causa del coefficiente di temperatura della resistenza del TCS.
Quando si utilizza un tester di puntatore, è necessario ricordare che nella modalità di misurazione della resistenza, l'uscita positiva si trova sul meno nella modalità di misurazione della tensione. Con tali controlli, è meglio illuminare i sensori fotografici con una lampada a incandescenza a distanza ravvicinata.
Associazione del fotosensore con un microcontrollore
Di recente, molti appassionati di radio hanno avuto un grande interesse nella progettazione di robot. Molto spesso, è qualcosa di apparentemente primitivo, come una scatola con batterie su ruote, ma terribilmente intelligente: sente tutto, vede tutto, aggira gli ostacoli.Vede tutto solo a causa di fototransistor o fotodiodi e forse anche fotoresistori.
Qui è tutto molto semplice. Se si tratta di un fotoresistenza, è sufficiente collegarlo, come indicato nel diagramma, e nel caso di un fototransistor o fotodiodo, per non confondere la polarità, "squillare" prima, come descritto sopra. È particolarmente utile eseguire questa operazione, se le parti non sono nuove, assicurarsi che siano adatte. Collegamento a diversi sensori fotografici a microcontrollore mostrato in figura 4.
Figura 4. Schemi per il collegamento di fotosensori a un microcontrollore
Misurazione della luce
Fotodiodi e fototransistori hanno bassa sensibilità, alta non linearità e uno spettro molto stretto. L'applicazione principale di questi dispositivi fotografici è quella di funzionare in modalità chiave: on - off. Pertanto, la creazione di misuratori di luce su di essi è piuttosto problematica, sebbene in precedenza in tutti i misuratori di luce analogici fossero stati utilizzati proprio questi fotosensori.
Ma per fortuna la nanotecnologia non si ferma, ma va avanti a passi da gigante. Per misurare l'illuminazione "lì hanno" creato un chip specializzato TSL230R, che è un convertitore programmabile di illuminazione - frequenza.
Esternamente, il dispositivo è un chip in una custodia DIP8 in plastica trasparente. Tutti i segnali di ingresso e uscita a livello sono compatibili con la logica TTL - CMOS, che semplifica l'abbinamento del convertitore a qualsiasi microcontrollore.
Utilizzando segnali esterni, è possibile modificare la sensibilità del fotodiodo e la scala del segnale di uscita, rispettivamente, 1, 10, 100 e 2, 10 e 100 volte. La dipendenza della frequenza del segnale di uscita dall'illuminazione è lineare, che varia da frazioni di un hertz a 1 MHz. Le impostazioni di scala e sensibilità vengono eseguite fornendo livelli logici a soli 4 ingressi.
Il microcircuito può essere introdotto in modalità micro consumo (5 μA) per la quale esiste una conclusione separata, sebbene non sia particolarmente vorace in modalità operativa. Con una tensione di alimentazione di 2,7 ... 5,5 V, il consumo di corrente non è superiore a 2 mA. Per il funzionamento del chip non richiede alcun reggia esterno, tranne che il condensatore di blocco per l'alimentazione.
In effetti, è sufficiente collegare un misuratore di frequenza al microcircuito e ottenere letture di illuminazione, beh, a quanto pare, in alcune UE. Nel caso di utilizzo del microcontrollore, concentrandosi sulla frequenza del segnale di uscita, è possibile controllare l'illuminazione nella stanza, o semplicemente mediante il principio di "accensione - spegnimento".
TSL230R non è l'unico esposimetro. Ancora più avanzati sono i sensori Maxim MAX44007-MAX44009. Le loro dimensioni sono inferiori a quelle del TSL230R, il consumo energetico è lo stesso di quello di altri sensori in modalità sleep. Lo scopo principale di tali sensori di luce è l'uso in dispositivi alimentati a batteria.
I fotosensori controllano l'illuminazione
Uno dei compiti eseguiti con l'aiuto dei fotosensori è controllo dell'illuminazione. Tali schemi sono chiamati relè fotografico, molto spesso questa è una semplice inclusione dell'illuminazione al buio. A tal fine, molti dilettanti hanno sviluppato molti circuiti, alcuni dei quali considereremo nel prossimo articolo.
Continuazione dell'articolo: Schemi di relè fotografici per il controllo dell'illuminazione
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