כיצד להשתמש בצילומי-חיישן, פוטודיודות ופוטו-טרנזיסטורים

חיישנים שונים לחלוטין. הם נבדלים זה מזה בעיקרון הפעולה, ההיגיון בעבודתם והתופעות והכמויות הגופניות עליהן הם מסוגלים להגיב. חיישני אור אינם משמשים רק בציוד בקרת תאורה אוטומטי, הם משמשים במספר עצום של מכשירים, החל מאספקת חשמל ועד אזעקות ומערכות אבטחה.

הסוגים העיקריים של מכשירים פוטו-אלקטרוניים. מידע כללי

גלאי פוטו במובן כללי הוא מכשיר אלקטרוני המגיב לשינוי באירוע שטף האור מצידו הרגיש. הם עשויים להיות שונים, הן במבנה והן בעקרון הפעולה. בואו נסתכל עליהם.

Photoresistors - לשנות את ההתנגדות בעת תאורה

פוטו-היסטור הוא מכשיר צילום המשנה את המוליכות (ההתנגדות) בהתאם לכמות האור שקורה על פני השטח שלו. יותר אינטנסיבי חשיפת אור אזור רגיש, כך פחות התנגדות. להלן סכמה של זה.

זה מורכב משתי אלקטרודות מתכת, שביניהן יש חומר מוליך למחצה. כאשר שטף האור פוגע במוליכים למחצה, משוחררים בו נושאי מטען, הדבר תורם למעבר הזרם בין אלקטרודות המתכת.

האנרגיה של שטף האור מנוצלת על התגברות על פער הלהקה על ידי האלקטרונים ומעברם לפס ההולכה. כמוליכים למחצה, מוליכי פוטו משתמשים בחומרים כמו: קדמיום סולפיד, עופרת סולפיד, קדמיום סלניט ואחרים. המאפיין הספקטרלי של הפוטורסיסטור תלוי בסוג החומר הזה.

מעניין:

המאפיין הספקטרלי מכיל מידע על אורכי הגל (צבע) של שטף האור הרגישים ביותר לפוטורסיסטור. במקרים מסוימים, יש צורך לבחור בזהירות פולט אור באורך הגל המתאים, בכדי להשיג את הרגישות והיעילות בעבודה הגבוהה ביותר.

הפוטורסיסטור אינו מיועד למדידה מדויקת של תאורה, אלא כדי לקבוע את נוכחות האור, על פי קריאתו ניתן לאתר את הסביבה בהירה יותר או כהה יותר. מאפיין המתח הנוכחי של הפוטורסיסטור הוא כדלקמן.

זה מתאר את התלות של זרם במתח לערכים שונים של שטף האור: Ф - חושך, ו- Ф3 - זהו אור בהיר. זה ליניארי. מאפיין חשוב נוסף הוא הרגישות, הוא נמדד ב- mA (μA) / (Lm * V). זה משקף כמה זרם זורם בנגד, עם שטף זוהר מסוים ומתח מיושם.

ההתנגדות האפלה היא ההתנגדות האקטיבית בהיעדר תאורה מוחלט, היא נקבעת על ידי RT, וה- RT / Rb האופייני הוא קצב שינוי ההתנגדות ממצב הפוטורסיסטור בהעדר תאורה מוחלטת למצב מואר מקסימאלי וההתנגדות המינימלית האפשרית, בהתאמה.

לצילומי הקרינה יש חסרון משמעותי - תדירות הניתוק שלו. ערך זה מתאר את התדר המרבי של האות הסינוסואידי איתו אתה מדגם את השטף הזוהר, בו הרגישות פוחתת פי 1.41. בספרי עיון זה בא לידי ביטוי בערך התדר, או באמצעות קבוע זמן. זה משקף את מהירות המכשירים, שלרוב אורכת עשרות מיקרו-שניות - 10 ^ (- 5) שניות. זה לא מאפשר לך להשתמש בו במקום שאתה זקוק לביצועים גבוהים.

פוטודיוד - ממיר אור לטעינה חשמלית

פוטודיוד הוא אלמנט הממיר אור הנכנס לאזור רגיש למטען חשמלי. הסיבה לכך היא שתהליכים שונים הקשורים לתנועתם של נשאי מטען מתרחשים במהלך ההקרנה בצומת ה- pn.

אם המוליכות השתנתה על הפוטורסיסטור עקב תנועתם של נושאי מטען במוליכים למחצה, נוצר מטען בגבול צומת ה- pn. זה יכול לפעול במצב של פוטו ממיר וגנרטור תמונות.

במבנה זהה לדיודה קונבנציונלית, אך במקרה שלה יש חלון למעבר אור. כלפי חוץ הם מגיעים בעיצובים שונים.

פוטודיודות של גוף שחור מקבלות רק קרינה אינפרא אדום. ציפוי שחור הוא משהו כמו גוון. מסנן את ספקטרום ה- IR כדי לא לכלול את האפשרות להפעיל קרינה של ספקטרומים אחרים.

לתמונות פוטו-דיודות, כמו לצילומי-חיישן, יש תדר ניתוק, רק שכאן סדרי גודל גדולים יותר ומגיעים ל -10 מגהרץ, המאפשרים ביצועים טובים. פוטודיודות P-i-N מהירות גבוהה - 100 מגה הרץ -1 ג'יגה הרץ, כמו דיודות המבוססות על מכשול שוטקי. דיודות מפולת אוויר בעלות תדירות ניתוק של כ- 1-10 ג'יגה הרץ.

במצב פוטו-ממיר, דיודה כזו עובדת כמו מפתח הנשלט על ידי אור, לשם כך היא מחוברת למעגל בהטיה קדימה. כלומר, הקתודה לנקודה עם פוטנציאל חיובי יותר (לפלוס), והאנודה לפוטנציאל שלילי יותר (למינוס).

כאשר הדיודה אינה מוארת על ידי אור, רק הזרם הכהה ההפוך Iobrt זורם (יחידות ועשרות מיקרו-אמפר), וכאשר הדודה מוארת, מתווסף אליו זרם זרם תלוי רק במידת התאורה (עשרות mA). ככל שיותר אור, יותר אקטואלי.

זרם זרם אם שווה:

Iph = Sint * F,

כאשר סינט הוא הרגישות האינטגרלית, Ф הוא השטף הזורם.

תכנית טיפוסית להפעלת פוטודיוד במצב פוטו-ממיר. שימו לב לאופן שהוא מחובר - בכיוון ההפוך ביחס למקור הכוח.

מצב אחר הוא הגנרטור. כאשר האור נכנס לפוטודיוד, נוצר מתח במסופים שלו, ואילו הזרמים הקצרים במצב זה הם עשרות אמפר. זה מזכיר הפעלת תאים סולארייםאבל יש להם כוח נמוך.

פוטו-טרנזיסטורים - פתוחים בכמות האור שקורה

פוטו-טרנזיסטור הוא מטבעו טרנזיסטור דו קוטבי שבמקום לפלט הבסיס יש חלון במקרה שאור יכנס לשם. עקרון הפעולה והסיבות להשפעה זו דומים למכשירים קודמים. טרנזיסטורים דו קוטביים נשלטים על ידי כמות הזרם שזורמת בבסיס, וטרנזיסטורים פוטו, על ידי אנלוגיה, נשלטים על ידי כמות האור.

לפעמים UGO עדיין מתאר את תפוקת הבסיס. באופן כללי, המתח מועבר לפוטו-טרנסיסטור כמו גם לזו הרגילה, והאפשרות השנייה מופעלת באמצעות בסיס צף, כאשר הפלט הבסיסי נשאר ללא שימוש.

פוטו-טרנזיסטורים כלולים גם במעגל.

או החלף את הטרנזיסטור והנגד, תלוי מה בדיוק אתה צריך. בהיעדר אור, זרם כהה זורם בטרנזיסטור, הנוצר מזרם הבסיס, אותו תוכלו להגדיר לעצמכם.

על ידי קביעת זרם הבסיס הנדרש, באפשרותך להגדיר את הרגישות של פוטו-טרנזיסטור על ידי בחירת הנגד הבסיס שלו. בדרך זו ניתן אפילו לתפוס את האור הקלוש ביותר.

בתקופה הסובייטית, חובבי רדיו עשו פוטו-טרנזיסטורים במו ידיהם - הם עשו חלון לאור, וניתקו חלק מהמארז עם טרנזיסטור קונבנציונאלי. לשם כך טרנזיסטורים כמו MP14-MP42 מצוינים.

מהמאפיין של מתח זרם, ניתן לראות את התלות של זרם הצילום בתאורה, בעוד שהוא למעשה בלתי תלוי במתח הפולט-אספן.

בנוסף לפוטו-טרנזיסטורים דו-קוטביים, ישנם כאלה בשדה. אלו הדו קוטביים פועלים בתדרים של 10-100 קילו הרץ ואז אלה שדה רגישים יותר. הרגישות שלהם מגיעה למספר אמפר לומן, ו"מהירה יותר "- עד 100 מגהרץ. לטרנזיסטורים להשפעת שדה יש ​​תכונה מעניינת: בערכים מקסימליים של השטף הזוהר, מתח השער כמעט ואינו משפיע על זרם הניקוז.

טווחי מכשירים פוטואלקטריים

ראשית, כדאי לך לשקול אפשרויות מוכרות יותר ליישום שלהן, למשל הכללה אוטומטית של אור.

התרשים המוצג לעיל הוא המכשיר הפשוט ביותר להפעלת וכיבוי העומס במצב אור מסוים. פוטודיוד FD320 כשנכנס אור אליו מתח מסוים נפתח ו- R1 מוריד מתח מסוים כאשר ערכו מספיק לפתיחת הטרנזיסטור VT1 - הוא נפתח ופותח טרנזיסטור אחר - VT2. שני הטרנזיסטורים הללו הם מגבר זרם דו-שלבי, הכרחי להפעלת סליל הממסר K1.

דיודה VD2 - נחוצה לדיכוי ההשראה העצמית EMF, הנוצרת בעת החלפת הסליל. אחד החוטים מהעומס מחובר למסוף כניסת הממסר, החלק העליון לפי הסכימה (לזרם חילופי - שלב או אפס).

בדרך כלל סגרנו ופתחנו אנשי קשר, הם נדרשים לבחירת המעגל שיופעל, או לבחור להפעיל או לכבות את העומס מהרשת כאשר מגיעים לתאורה הנדרשת. יש צורך בפוטנציומטר R1 בכדי להתאים את המכשיר לפעולה בכמות האור הנכונה. ככל שהתנגדות גדולה יותר, נדרש פחות אור כדי להפעיל את המעגל.

וריאציות של סכימה זו משמשות ברוב המכשירים הדומים, ומוסיפות מערך פונקציות מסוים במידת הצורך.

מלבד הפעלת עומס האור, משתמשים בגישה פוטו-גלאית כזו במערכות בקרה שונות, לדוגמה, לרוב משתמשים בצילומי ניעור על קרוסלות במטרו לאיתור חצייה (ארנבת) בלתי מורשית של הקרוסלה.

בבית דפוס, כאשר רצועת נייר נשברת, האור נכנס למצב הצילום ובכך נותן למפעיל איתות על כך. הפולט נמצא בצד אחד של הנייר, וצילום הצילום נמצא בגב. כאשר הנייר נקרע, האור מהפולט מגיע לצילום הצילום.

בסוגים מסוימים של אזעקות משמשים פולטים וצילום גלאי כחיישנים לכניסה לחדר, ומשתמשים במכשירי אינפרא אדום כך שהקרינה אינה נראית לעין.

לגבי ספקטרום ה- IR, אינך יכול להזכיר את מקלט הטלוויזיה שמקבל אותות מהנורית ה- IR בשלט הרחוק כשאתה מחליף ערוצים. המידע מקודד בצורה מיוחדת והטלוויזיה מבינה את מה שאתה צריך.

מידע שהועבר בעבר בעבר דרך יציאות האינפרא אדום של טלפונים ניידים. מהירות השידור מוגבלת הן על ידי שיטת ההעברה הרציפה והן על ידי עקרון הפעולה של המכשיר עצמו.

עכברי מחשב משתמשים גם בטכנולוגיה הקשורה להתקנים פוטואלקטריים.

בקשה להעברת אות במעגלים אלקטרוניים

מכשירים אופטיים אלקטרוניים הם מכשירים המשלבים משדר וצילום גלאי פוטנציאלי באותו הדיור, כמו אלה שתוארו לעיל. הם נדרשים לחיבור שני מעגלים של המעגל החשמלי.

זה הכרחי לבידוד גלווני, להעברת אותות מהירים, כמו גם לחיבור מעגלי DC ו- AC, כמו במקרה של שליטת טריאק במעגל 220 וולט 5 וולט עם אות מבקר המיקרו.

יש להם ייעוד גרפי המכיל מידע על סוג האלמנטים המשמשים בתוך מצמד האופטי.

שקול כמה דוגמאות לשימוש במכשירים כאלה.

בקרת טריאק באמצעות מיקרו-בקר

אם אתה מעצב תיריסטור או ממיר טריאק, תיתקל בבעיה. ראשית, אם המעבר בפלט הבקרה פורץ דרך - לסיכת המיקרו-בקר פוטנציאל גבוה ייפול והאחרון ייכשל. לשם כך פותחו דרייברים מיוחדים, עם אלמנט שנקרא אופטוסימיסטור, למשל MOC3041.

משוב מצמד אופטי

בספקי מיתוג מיוצבים, נדרש משוב. אם אנו מוציאים מכלל בידוד גלווני במעגל זה, אז במקרה של כישלון של חלק מהרכיבים במעגל מערכת ההפעלה, פוטנציאל גבוה יופיע במעגל הפלט והציוד המחובר ייכשל, אני לא מדבר על העובדה שאתה יכול להיות המום.

בדוגמה ספציפית, אתה רואה יישום של מערכת הפעלה כזו ממעגל הפלט לסלילת המשוב (שליטה) של הטרנזיסטור באמצעות מצמד אופטי עם הכינוי הסידורי U1.

מסקנות

צילום אלקטרוניים אופטיים הם חלקים חשובים מאוד בתחום האלקטרוניקה, אשר שיפרו משמעותית את איכות הציוד, את עלותו ואת האמינות שלו. באמצעות מצמד אופטי ניתן לשלול את השימוש בשנאי בידוד במעגלים כאלה, מה שמקטין את הממדים הכלליים. בנוסף, מכשירים מסוימים פשוט בלתי אפשריים ליישום ללא אלמנטים כאלה.