Sådan bruges fotoresistorer, fotodioder og fototransistorer

Sensorer er helt forskellige. De adskiller sig i handlingsprincippet, logikken i deres arbejde og de fysiske fænomener og mængder, som de er i stand til at reagere på. Lyssensorer bruges ikke kun i automatisk lysstyringsudstyr, de bruges i et stort antal enheder, fra strømforsyning til alarmer og sikkerhedssystemer.

De vigtigste typer fotoelektroniske enheder. Generel information

En fotodetektor i generel forstand er en elektronisk enhed, der reagerer på en ændring i lysstrømningen på dens følsomme del. De kan være forskellige, både i struktur og i princippet om drift. Lad os se på dem.

Fotoresistorer - ændre modstanden under belysning

En fotoresistor er en fotografisk enhed, der ændrer ledningsevnen (modstand) afhængigt af mængden af ​​lys, der er indfaldet på dens overflade. Jo mere intens lyseksponering følsomt område, jo mindre modstand. Her er en skematisk oversigt over det.

Den består af to metalelektroder, mellem hvilke der er et halvledermateriale. Når lysstrømmen rammer halvlederen, frigives ladningsbærere i den, dette bidrager til strømmen mellem metalelektroderne.

Lysstrømmenes energi bruges på at overvinde båndgabet ved elektronerne og deres overgang til ledningsbåndet. Som halvleder bruger fotoledere materialer såsom: Kadmiumsulfid, blysulfid, kadmiumselenit og andre. Fotoresistorens spektrale karakteristik afhænger af typen af ​​dette materiale.

Jeg undre:

Den spektrale egenskab indeholder information om, hvilke bølgelængder (farve) af lysstrømmen er mest følsomme over for en fotoresistor. I nogle tilfælde er det nødvendigt omhyggeligt at vælge en lysemitter med den passende bølgelængde for at opnå den største følsomhed og arbejdseffektivitet.

Fotoresistoren er ikke designet til at måle belysning nøjagtigt, men snarere til at bestemme tilstedeværelsen af ​​lys, i henhold til dens målinger, miljøet kan detekteres lysere eller mørkere. Fotoresistorens strømspændingsegenskab er som følger.

Det viser strømafhængighed af spænding for forskellige værdier for lysstrømmen: Ф - mørke og Ф3 - dette er skarpt lys. Det er lineært. En anden vigtig egenskab er følsomhed, den måles i mA (μA) / (Lm * V). Dette afspejler, hvor meget strøm der strømmer gennem modstanden med en vis lysstrøm og en påført spænding.

Den mørke modstand er den aktive modstand i fuldstændig fravær af belysning, den betegnes med RT, og den karakteristiske RT / Rb er hastigheden på modstandskiftet fra fotoresistorens tilstand i fuldstændig fravær af belysning til henholdsvis den maksimale belyste tilstand og mindst mulig modstand.

Fotoresistorer har en betydelig ulempe - dens cutoff-frekvens. Denne værdi beskriver den maksimale frekvens af det sinusformede signal, som du modellerer lysstrømmen, hvor følsomheden falder med 1,41 gange. I referencebøger reflekteres dette enten af ​​frekvensværdien eller gennem en tidskonstant. Det afspejler hastigheden på enheder, der normalt tager snesevis af mikrosekunder - 10 ^ (- 5) s. Dette tillader ikke, at du bruger det, hvor du har brug for høj ydeevne.

Photodiode - konverterer lys til elektrisk ladning

En fotodiode er et element, der konverterer lys, der kommer ind i et følsomt område, til en elektrisk ladning. Dette skyldes, at forskellige processer, der er forbundet med bevægelse af ladningsbærere, forekommer under bestråling i pn-krydset.

Hvis konduktiviteten ændres på fotoresistor på grund af bevægelse af ladningsbærere i halvlederen, dannes en ladning ved grænsen til pn-krydset. Det kan fungere i en fotokonverter og en fotogenerator.

I struktur er det det samme som en konventionel diode, men i dets tilfælde er der et vindue til passage af lys. Udad kommer de i forskellige designs.

Fotodioder fra sort krop accepterer kun infrarød stråling. Sort belægning er noget som toning. Filtrerer IR-spektret for at udelukke muligheden for at udløse stråling af andre spektre.

Fotodioder har ligesom fotoresistorer en afskæringsfrekvens, kun her er det størrelsesordrer større og når 10 MHz, hvilket giver god ydeevne. P-i-N-fotodioder har en høj hastighed - 100 MHz-1 GHz, ligesom dioder baseret på Schottky-barrieren. Lavine dioder har en afskæringsfrekvens på ca. 1-10 GHz.

I fotokonvertertilstand fungerer en sådan diode som en nøgle, der styres af lys, for dette er den forbundet til kredsløbet i fremadskævning. Det vil sige katoden til et punkt med et mere positivt potentiale (til plus) og anoden til et mere negativt potentiale (til minus).

Når dioden ikke er oplyst af lys, flyder kun den modsatte mørke strøm Iobrt (enheder og titalls μA), og når dioden lyser, tilføjes en lysstrøm, som kun afhænger af belysningsgraden (titalls mA). Jo mere lys, jo mere strøm.

Photocurrent Hvis det er lig med:

Iph = Sint * F,

hvor Sint er den integrerede følsomhed, Ф er den lysstrøm.

Et typisk skema til at tænde en fotodiode i fotokonvertertilstand. Vær opmærksom på, hvordan den er forbundet - i den modsatte retning med hensyn til strømkilden.

En anden tilstand er generatoren. Når lys kommer ind i fotodioden, genereres der spænding ved dens terminaler, mens kortslutningsstrømmene i denne tilstand er snesevis af ampere. Det minder drift af solcellermen har lav effekt.

Fototransistorer - åben efter mængden af ​​indfaldende lys

Phototransistor er iboende bipolær transistor som i stedet for basisudgangen har et vindue i tilfældet for lys at komme ind der. Funktionsprincippet og årsagerne til denne effekt svarer til tidligere enheder. Bipolære transistorer styres af mængden af ​​strøm, der strømmer gennem basen, og fototransistorer, analogt, styres af mængden af ​​lys.

Undertiden viser UGO stadig yderligere output fra basen. Generelt leveres spændingen til fototransistor såvel som til den sædvanlige, og den anden mulighed tændes med en flydende base, når basisudgangen forbliver ubrugt.

Fototransistorer er ligeledes inkluderet i kredsløbet.

Eller skift transistor og modstand, afhængigt af, hvad du nøjagtigt har brug for. I fravær af lys flyder en mørk strøm gennem transistoren, som dannes fra basisstrømmen, som du selv kan indstille.

Ved at indstille den krævede basestrøm kan du indstille fototransistorens følsomhed ved at vælge dens basismodstand. På denne måde kan selv det svageste lys indfanges.

I sovjettiden lavede radioamatører fototransistorer med deres egne hænder - de lavede et vindue til lys og skar en del af sagen af ​​med en konventionel transistor. Til dette er transistorer som MP14-MP42 fremragende.

Fra strømspændingsegenskaben er afhængigheden af ​​lysstrømmen af ​​belysning synlig, mens den praktisk taget er uafhængig af kollektor-emitter-spændingen.

Ud over bipolære fototransistorer er der felt-felt. Bipolære opererer ved frekvenser på 10-100 kHz, så feltfelter er mere følsomme. Deres følsomhed når flere ampere per lumen og mere "hurtig" - op til 100 MHz. Felt-effekt-transistorer har en interessant funktion: ved maksimale værdier for lysstrømmen påvirker portspændingen næsten ikke dræningsstrømmen.

Omfang af fotoelektroniske enheder

Først og fremmest skal du overveje mere kendte muligheder for deres anvendelse, f.eks. Automatisk inkludering af lys.

Diagrammet vist ovenfor er den enkleste enhed til at tænde og slukke lasten i en bestemt lystilstand. Photodiode FD320 Når lys kommer ind i den, åbnes en bestemt spænding, og R1 falder en bestemt spænding, når dens værdi er tilstrækkelig til at åbne transistoren VT1 - den åbnes og åbner en anden transistor - VT2. Disse to transistorer er en to-trins strømforstærker, som er nødvendig for at drive relæspolen K1.

Diode VD2 - nødvendigt for at undertrykke EMF-selvinduktion, der dannes, når spolen skiftes. En af ledningerne fra belastningen er forbundet til relæindgangsterminalen, den øverste i henhold til skemaet (til vekselstrøm - fase eller nul).

Vi har normalt lukkede og åbne kontakter, de er enten nødvendige for at vælge det kredsløb, der skal tændes, eller for at vælge at tænde eller slukke belastningen fra netværket, når den krævede belysning er nået. Potentiometer R1 er nødvendigt for at justere enheden til at fungere i den rigtige lysmængde. Jo større modstand, jo mindre lys er det nødvendigt for at tænde for kredsløbet.

Variationer af dette skema bruges i de fleste lignende enheder og tilføjer et vist sæt funktioner om nødvendigt.

Ud over at tænde for lysbelastningen bruges sådanne fotodetektorer i forskellige styresystemer, for eksempel bruges fotoresistorer ofte på metroturnostil til at detektere uautoriseret (hare) krydsning af drejebanen.

I et trykkeri, når en papirstrimmel går i stykker, kommer lys ind i fotodetektoren og giver operatøren derved et signal om dette. Emitteren er på den ene side af papiret, og fotodetektoren er på bagsiden. Når papiret rives, når lyset fra emitteren til fotodetektoren.

I nogle typer alarmer bruges en emitter og en fotodetektor som sensorer til at komme ind i rummet, og infrarøde enheder bruges, så strålingen ikke er synlig.

Med hensyn til IR-spektret kan du ikke nævne tv-modtageren, der modtager signaler fra IR LED i fjernbetjeningen, når du skifter kanal. Information kodes på en speciel måde, og tv'et forstår, hvad du har brug for.

Oplysninger, der tidligere er transmitteret via de infrarøde porte på mobiltelefoner. Transmissionshastigheden er begrænset både af den sekventielle transmissionsmetode og princippet om selve anordningens drift.

Computermus bruger også teknologi, der er forbundet med fotoelektroniske enheder.

Ansøgning om signaloverførsel i elektroniske kredsløb

Optoelektroniske enheder er enheder, der kombinerer en sender og en fotodetektor i det samme hus, såsom dem, der er beskrevet ovenfor. De er nødvendige for at forbinde to kredsløb i det elektriske kredsløb.

Dette er nødvendigt til galvanisk isolering, hurtig signaloverførsel såvel som til tilslutning af jævnstrøm og vekselstrømskredsløb, som i tilfælde af triac-styring i et 220 V 5 V kredsløb med et signal fra mikrokontrolleren.

De har en grafisk betegnelse, der indeholder oplysninger om den type elementer, der bruges i optokoppleren.

Overvej et par eksempler på brugen af ​​sådanne enheder.

Kontrol af en triac vha. En mikrokontroller

Hvis du designer en tyristor eller triac-konverter, vil du støde på et problem. For det første, hvis overgangen ved kontroloutput bryder igennem - til stiften på mikrokontrolleren stort potentiale vil falde, og sidstnævnte vil mislykkes. Til dette er der udviklet specielle drivere med et element kaldet en optosymistor, for eksempel MOC3041.

Optokoblingsfeedback

I stabiliserede skiftekraftforsyninger kræves feedback. Hvis vi udelukker galvanisk isolering i dette kredsløb, i tilfælde af svigt i nogle komponenter i OS-kredsløbet, vil der vises et stort potentiale på outputkredsløbet, og det tilsluttede udstyr mislykkes, jeg siger ikke, at du kan blive chokeret.

I et specifikt eksempel kan du se implementeringen af ​​et sådant operativsystem fra outputkredsløbet til feedbackviklingen (styring) af transistoren ved hjælp af en optokoppler med den serielle betegnelse U1.

fund

Foto og optoelektronik er meget vigtige sektioner inden for elektronik, der har forbedret udstyrets kvalitet betydeligt, dets omkostninger og pålidelighed. Ved hjælp af en optokoppler er det muligt at udelukke brugen af ​​en isolationstransformator i sådanne kredsløb, hvilket reducerer de samlede dimensioner. Derudover er nogle enheder simpelthen umulige at implementere uden sådanne elementer.