קטגוריות: מאמרים מוצגים » אלקטרוניקה מעשית
מספר צפיות: 127164
הערות לכתבה: 5
חיישני פוטוס ויישומם
מהם חיישני פוטוס
במכשירים אלקטרוניים שונים, מכשירי אוטומציה ביתיים ותעשייתיים, עיצובים שונים של רדיו חובבים חיישני פוטו נמצאים בשימוש נרחב מאוד. כל מי שפירק אי פעם עכבר מחשב ישן, כפי שכונה "קומובסקאיה", עם כדור בפנים, בוודאי ראה גלגלים עם חריצים מסתובבים בחריצים של חיישני הצילום.
חיישני הצילום האלה נקראים מפסקי תמונות - להפריע לזרימת האור. בצד אחד של חיישן כזה יש מקור - לדככלל, אינפרא אדום (IR), עם פוטו-טרנזיסטור אחר (ליתר דיוק, שני פוטו-טרנזיסטורים, בדגמים מסוימים של הפוטודיוד, כדי לקבוע גם את כיוון הסיבוב). כאשר מסתובב הגלגל עם חריצים ביציאת חיישן הצילום מתקבלים דחפים חשמליים, שהם מידע על המיקום הזוויתי של גלגל זה עצמו. מכשירים כאלה נקראים מקודדים. יתר על כן, המקודד יכול להיות רק איש קשר, זכרו את גלגל העכבר המודרני!
מפסקי תמונות משמשים לא רק ב"עכברים ", אלא גם במכשירים אחרים, למשל חיישני מהירות של מנגנון כלשהו. במקרה זה, משתמשים בחיישן פוטוש יחיד, מכיוון שאין צורך לקבוע את כיוון הסיבוב.
אם מסיבה כלשהי, לרוב לצורך תיקון, מטפסים למכשירים אלקטרוניים אחרים, אז ניתן למצוא חיישני תמונות במדפסות, סורקים ומעתיקים, בכונני CD, בנגני DVD, מקליטי וידיאו, מצלמות וידיאו וציוד אחר.
אז מה הם חיישני פוטוס, ומה הם? רק ראו, מבלי להיכנס לפיזיקה של מוליכים למחצה, לא להבין את הנוסחאות ולא להשמיע מילים לא מובנות (קומבינציה, ספיגה חוזרת של נשאי מיעוט), המכונה "על האצבעות", איך עובדי חיישני הצילום הללו עובדים.
איור 1. תמונה מפריעה
פוטורסיסטור
הכל ברור איתו. מכיוון שלנגדיר קבוע רגיל יש התנגדות אוהם, כיוון החיבור במעגל אינו ממלא תפקיד. רק שלא כמו נגדי קבוע, משנה את ההתנגדות בהשפעת האור: כשהוא מואר הוא פוחת מספר פעמים. מספר ה"זמנים "הללו תלוי בדגם של הצילום היסטורי, בעיקר בהתנגדותו הכהה.
מבחינה מבנית, הפוטורסיסטורים הם מארז מתכת עם חלון זכוכית דרכו נראית פלטה בצבע אפרפר עם מסילת זיגזג. דגמים מאוחרים יותר בוצעו במארז פלסטיק עם ראש שקוף.
המהירות של פוטורסיסטורים נמוכה, כך שהם יכולים לעבוד רק בתדרים נמוכים מאוד. לכן בפיתוחים חדשים כמעט ולא משתמשים בהם. אבל זה קורה שבתהליך תיקון ציוד ישן הם יצטרכו לעמוד.
כדי לבדוק את תקינות הפוטורסיסטור, די לבדוק את ההתנגדות שלו באמצעות מולטימטר. בהיעדר תאורה, ההתנגדות צריכה להיות גדולה, למשל, לפוטורסיסטור SF3-1 יש התנגדות חשוכה על פי נתוני ההתייחסות של 30MOhm. אם היא דולקת, ההתנגדות תצנח לכמה KOhms. המראה של פוטורסיסטור מוצג באיור 2.
איור 2. פוטורסיסטור SF3-1
פוטודיודות
דומה מאוד לדיוד מיישר קונבנציונאלי, אם לא למאפיין של תגובה לאור. אם אתה "מצלצל" אליו עם בודק, עדיף להשתמש במתג מעודכן, אז בהיעדר תאורה התוצאות יהיו זהות למקרה של דיודה קונבנציונלית: בכיוון קדימה המכשיר יראה מעט התנגדות, ובכיוון ההפוך חץ המכשיר כמעט ולא יזיז.
אומרים שהדיודה מופעלת בכיוון ההפוך (יש לזכור נקודה זו), כך שהזרם לא עובר אותה. אבל, אם בהכללה זו הפוטודיוד מואר בנורה, אז החץ ימהר בפתאומיות לסימן האפס.מצב פעולה זה של הפוטודיוד נקרא פוטודיוד.
לפוטודיוד יש גם מצב פעולה פוטו-וולטאי: כאשר האור פוגע בו, הוא, כאילו סוללה סולארית, מפיק מתח חלש, שאם הוא מתחזק, יכול לשמש אות כשימושי. אולם, לעתים קרובות יותר משתמשים בפוטודיוד במצב פוטודיוד.
הפוטודיודות של העיצוב הישן במראהו הן גליל מתכת עם שני מובילים. מצד שני עדשת זכוכית. פוטודיודות מודרניות כוללות מעטפת עשויה מפלסטיק שקוף, זהה לחלוטין לנורות LED.
איור. 2. פוטודיודות
פוטו-טרנזיסטורים
במראה, הם פשוט לא ניתנים להבחנה בין נורות לד, אותו מארז עשוי מפלסטיק שקוף או צילינדר עם כוס בסוף, וממנו יש שני יציאות - אספן ופולט. נראה כי הפוטוטרנזיסטור אינו זקוק לפלט בסיסי, מכיוון שאות הקלט עבורו הוא שטף האור.
אם כי, בחלק מהפוטו-טרנזיסטורים יש עדיין פלט בסיס, אשר בנוסף לאור מאפשר גם שליטה חשמלית על הטרנזיסטור. ניתן למצוא זאת בכמה מצמדי טרנזיסטור אופטיים, למשל AOT128 ו- 4N35 מיובאים, שהם אנלוגים פונקציונליים למעשה. נגן מחובר בין הבסיס לפולט הצילום-טרנזיסטור בכדי לכסות מעט את הצילום-טרנזיסטור, כפי שמוצג באיור 4.
איור 3. פוטו טרנסיסטור
מצמד האופטי שלנו בדרך כלל "תולה" 10-100KΩ ואילו ה"אנלוגי "המיובא כולל בערך 1MΩ. אם תשים אפילו 100K, זה לא יעבוד, הטרנזיסטור פשוט סגור היטב.
כיצד לבדוק פוטו-טרנזיסטור
בודק ניתן לבדוק פוטו-טרנזיסטור על ידי בודק, גם אם אין לו פלט בסיס. כאשר מחבר אווימטר מחובר בקוטביות כלשהי, ההתנגדות של קטע הפולט-אספן היא די גדולה מכיוון שהטרנזיסטור סגור. כשמגיע אור בעוצמה וספקטרום מספיק על העדשה, הווממטר יראה מעט התנגדות - הטרנזיסטור נפתח, אם, כמובן, הצלחנו לנחש את הקוטביות של חיבור הבוחן. למעשה, התנהגות זו דומה לטרנזיסטור קונבנציונאלי, רק שהיא נפתחת עם אות חשמלי, וזה עם זרם אור. בנוסף לעוצמת שטף האור, ההרכב הספקטרלי שלו ממלא תפקיד חשוב. לתכונות בדיקת טרנזיסטור, ראה כאן.
ספקטרום קל
בדרך כלל, חיישני פוטון מכוונים לאורך הגל הספציפי של קרינת האור. אם מדובר בקרינת אינפרא אדום, אז חיישן כזה אינו מגיב היטב לנורות LED כחולות וירוקות, מספיק טוב לאדום, מנורת ליבון וכמובן לאינפרא אדום. זה גם לא מקבל אור ממנורות ניאון. לכן, הסיבה לפעילותו הלקויה של חיישן הצילום עשויה פשוט להיות ספקטרום בלתי הולם של מקור האור.
נכתב למעלה כיצד לצלצל פוטודיוד ופוטוטרנזיסטור. כאן כדאי לשים לב לזוט כזה לכאורה כמו סוג מכשיר המדידה. במולטימטר דיגיטלי מודרני, במצב של המשכיות מוליכים למחצה, פלוס נמצא באותו מקום כמו במדידת מתח DC, כלומר על החוט האדום.
תוצאת המדידה תהיה ירידת המתח במיליוולט בצומת p-n בכיוון קדימה. ככלל, מדובר במספרים בטווח של 500 - 600, אשר אינם תלויים רק בסוג מכשיר המוליכים למחצה, אלא גם בטמפרטורה. עם עליית הטמפרטורה, נתון זה יורד ב -2 לכל תואר צלזיוס, הנובע מקדם הטמפרטורה של ההתנגדות של ה- TCS.
בעת שימוש בבוחן מצביע, יש לזכור שבמצב מדידת ההתנגדות, הפלט החיובי נמצא במינוס במצב מדידת המתח. עם בדיקות כאלה, עדיף להאיר את חיישני הצילום עם מנורת ליבון מטווח קרוב.
זיווג את חיישן הצילום עם בקר מיקרו
לאחרונה, חובבי רדיו רבים התעניינו מאוד בעיצוב רובוטים. לרוב זה משהו שנראה פרימיטיבי, כמו ארגז עם סוללות על גלגלים, אבל חכם להפליא: שומע הכל, רואה הכל ומסתובב במכשולים.הוא רואה הכל רק בגלל פוטו-טרנזיסטורים או פוטודיו, ואולי אפילו פוטורסיסטורים.
הכל מאוד פשוט כאן. אם זהו פוטורסיסטור, די לחבר אותו, כמצוין בתרשים, ובמקרה של פוטו-טרנזיסטור או פוטודיוד, כדי לא לבלבל את הקוטביות, "צלצלו" אותם תחילה, כמתואר לעיל. כדאי במיוחד לבצע פעולה זו, אם החלקים אינם חדשים, וודאו שהם מתאימים. חיבור חיישני תמונות שונים ל- בקר מיקרו מוצג באיור 4.
איור 4. תרשים לחיבור חיישני פוטו למיקרו-בקר
מדידת אור
לפוטודיודות ולפוטוטרנסיסטורים יש רגישות נמוכה, אי ליניאריות גבוהה וספקטרום צר מאוד. היישום העיקרי של התקני הצילום הללו הוא לעבוד במצב מקשים: מופעל. לכן, יצירת מדי אור עליהם היא בעייתית למדי, אם כי קודם לכן בכל מדי האור האנלוגיים השתמשו בהם בדיוק בחיישני הצילום הללו.
אך למרבה המזל, ננוטכנולוגיה לא עומדת בשקט, אלא ממשיכה קפיצת מדרגה. כדי למדוד את התאורה "יש להם שם" יצר שבב מיוחד TSL230R, שהוא ממיר לתכנות של תאורה - תדר.
חיצונית, המכשיר הוא שבב בתיק DIP8 העשוי מפלסטיק שקוף. כל אותות הכניסה והפלט ברמה תואמים את היגיון ה- TTL - CMOS, שמקל על צימוד הממיר עם כל בקר מיקרו.
באמצעות אותות חיצוניים, באפשרותך לשנות את הרגישות של הפוטודיוד ואת קנה המידה של אות הפלט בהתאמה, 1, 10, 100 ו- 2, 10 ו- 100 פעמים. התלות בתדר של אות הפלט בתאורה היא ליניארית, הנע בין שברים של הרץ ל- 1 מגהרץ. הגדרות קנה מידה ורגישות מבוצעות על ידי אספקת רמות לוגיקה ל -4 כניסות בלבד.
ניתן להכניס את מעגל המיקרו למצב צריכת מיקרו (5 μA) שעבורו ישנה מסקנה נפרדת, אם כי היא אינה דוחה במיוחד במצב ההפעלה. עם מתח אספקה של 2.7 ... 5.5 וולט, צריכת הזרם אינה עולה על 2 mA. לצורך הפעלת השבב אינו דורש שום רצועה חיצונית, פרט לכך שקבל החוסם לחשמל.
לאמיתו של דבר, זה מספיק כדי לחבר מד תדר למעגל המיקרו ולקבל קריאות תאורה, ובכן, ככל הנראה, בחלק מה- UEs. במקרה של שימוש במיקרו-בקר, תוך התמקדות בתדירות של אות הפלט, תוכלו לשלוט על התאורה בחדר, או פשוט על פי העיקרון של "כיבוי".
TSL230R אינו מד האור היחיד. מתקדמים עוד יותר הם חיישני Maxim MAX44007-MAX44009. הממדים שלהם קטנים יותר מזו של TSL230R, צריכת החשמל זהה לזו של חיישנים אחרים במצב שינה. המטרה העיקרית של חיישני אור כאלה היא השימוש במכשירים המופעלים באמצעות סוללות.
חיישני פוטו שולטים בתאורה
אחת המשימות שבוצעו בעזרת חיישני פוטוס היא בקרת תאורה. תוכניות כאלה נקראות ממסר תמונות, לרוב זו הכללה פשוטה של תאורה בחושך. לשם כך פיתחו חובבים רבים מעגלים רבים, שאת חלקם נשקול במאמר הבא.
המשך המאמר: תוכניות ממסר תמונות לבקרת תאורה
ראה גם באתר elektrohomepro.com
: