Paano gamitin ang photoresistors, photodiodes at phototransistors

Ang mga sensor ay ganap na naiiba. Nag-iiba ang mga ito sa prinsipyo ng pagkilos, ang lohika ng kanilang trabaho at ang mga pisikal na phenomena at dami kung saan sila ay maaaring tumugon. Ang mga light sensor ay hindi lamang ginagamit sa awtomatikong kagamitan sa control control, ginagamit ito sa isang malaking bilang ng mga aparato, mula sa mga power supply hanggang sa mga alarma at mga sistema ng seguridad.

Ang mga pangunahing uri ng mga aparato na photoelectronic. Pangkalahatang impormasyon

Ang isang photodetector sa pangkalahatang kahulugan ay isang elektronikong aparato na tumugon sa isang pagbabago sa insidente ng light flux sa sensitibong bahagi. Maaari silang magkakaiba, pareho sa istraktura at sa prinsipyo ng operasyon. Tingnan natin ang mga ito.

Photoresistors - baguhin ang paglaban kapag nag-iilaw

Ang isang photoresistor ay isang aparato na potograpiya na nagbabago ng conductivity (resistensya) depende sa dami ng light insidente sa ibabaw nito. Ang mas matindi light exposure sensitibong lugar, ang mas kaunting pagtutol. Narito ang isang eskematiko nito.

Binubuo ito ng dalawang metal electrodes, sa pagitan ng kung saan mayroong isang materyal na semiconductor. Kapag ang light flux ay tumama sa semiconductor, ang mga carriers ay inilabas sa loob nito, nag-aambag ito sa pagpasa ng kasalukuyang sa pagitan ng mga metal electrodes.

Ang enerhiya ng light flux ay ginugol sa pagtagumpayan ng agwat ng banda ng mga elektron at ang kanilang paglipat sa banda ng pagpapadaloy. Bilang isang semiconductor, ginagamit ng mga photoconductor ang mga materyales tulad ng: Cadmium Sulfide, Lead Sulfide, Cadmium Selenite at iba pa. Ang kamangha-manghang katangian ng photoresistor ay nakasalalay sa uri ng materyal na ito.

Kawili-wili:

Ang kamangha-manghang katangian ay naglalaman ng impormasyon tungkol sa kung aling mga haba ng alon (kulay) ng light flux ang pinaka sensitibo sa isang photoresistor. Para sa ilang mga pagkakataon, kinakailangan na maingat na pumili ng isang light emitter ng naaangkop na haba ng haba upang makamit ang pinakamalaking sensitivity at kahusayan sa trabaho.

Ang photoresistor ay hindi idinisenyo upang tumpak na masukat ang pag-iilaw, ngunit sa halip upang matukoy ang pagkakaroon ng ilaw, ayon sa mga pagbasa nito, ang kapaligiran ay maaaring mas magaan o mas madidilim. Ang kasalukuyang boltahe na katangian ng photoresistor ay ang mga sumusunod.

Inilalarawan nito ang pag-asa ng kasalukuyang sa boltahe para sa iba't ibang mga halaga ng light flux: Ф - kadiliman, at Ф3 - ito ay maliwanag na ilaw. Ito ay linear. Ang isa pang mahalagang katangian ay ang sensitivity, sinusukat ito sa mA (A) / (Lm * V). Sinasalamin nito kung magkano ang kasalukuyang dumadaloy sa pamamagitan ng risistor, na may isang tiyak na maliwanag na pagkilos ng bagay at isang inilapat na boltahe.

Ang madidilim na pagtutol ay ang aktibong pagtutol sa kumpletong kawalan ng pag-iilaw, ito ay ipinapahiwatig ng RT, at ang katangian na RT / Rb ay ang rate ng pagbabago ng paglaban mula sa estado ng photoresistor sa kumpletong kawalan ng pag-iilaw sa maximum na pag-iilaw na estado at ang minimum na posibleng pagtutol, ayon sa pagkakabanggit.

Ang mga photoresistor ay may isang makabuluhang disbentaha - ang dalas ng cutoff nito. Inilalarawan ng halagang ito ang maximum na dalas ng signal ng sinusoidal na kung saan pinamimod mo ang maliwanag na pagkilos ng bagay, kung saan bumababa ang sensitivity ng 1.41 beses. Sa mga sanggunian na libro, makikita ito sa alinman sa dalas na halaga, o sa pamamagitan ng isang pare-pareho ng oras. Sinasalamin nito ang bilis ng mga aparato, na kadalasang tumatagal ng mga sampu-sampung microseconds - 10 ^ (- 5) s. Hindi ka pinapayagan nitong gamitin ito kung saan kailangan mo ng mataas na pagganap.

Photodiode - nag-convert ng ilaw sa singil ng kuryente

Ang isang photodiode ay isang elemento na nag-convert ng ilaw na pumapasok sa isang sensitibong lugar sa isang singil ng kuryente. Ito ay dahil ang iba't ibang mga proseso na nauugnay sa paggalaw ng mga carrier ng singil ay nangyayari sa panahon ng pag-iilaw sa pn junction.

Kung ang kondaktibiti ay nagbago sa photoresistor dahil sa paggalaw ng mga carrier ng singil sa semiconductor, kung gayon ang isang singil ay nabuo sa hangganan ng pn junction. Maaari itong gumana sa mode ng isang photoconverter at isang generator ng larawan.

Sa istraktura, ito ay pareho sa isang maginoo diode, ngunit sa kaso nito mayroong isang window para sa pagpasa ng ilaw. Sa panlabas, dumating sila sa iba't ibang disenyo.

Tumatanggap lamang ang mga itim na photodiod ng katawan ng infrared radiation. Ang itim na patong ay isang bagay tulad ng pag-tinting. Sinala ang spectrum ng IR upang ibukod ang posibilidad ng pag-trigger ng radiation ng iba pang spectra.

Ang mga photodiode, tulad ng mga photoresistor, ay may isang cutoff frequency, dito lamang ito ay mga order ng magnitude na mas malaki at umabot sa 10 MHz, na nagbibigay-daan sa mahusay na pagganap. Ang mga photodod ng P-i-N ay may mataas na bilis - 100 MHz-1 GHz, tulad ng mga diode batay sa hadlang ng Schottky. Ang Avalanche diode ay may isang cutoff frequency na halos 1-10 GHz.

Sa mode na photoconverter, ang tulad ng isang diode ay gumagana tulad ng isang key na kinokontrol ng ilaw, para sa ito ay konektado sa circuit sa pasulong na bias. Iyon ay, ang katod sa isang puntong may mas positibong potensyal (upang madagdagan), at ang anode sa isang mas negatibong potensyal (sa minus).

Kapag ang diode ay hindi naiilaw sa pamamagitan ng ilaw, tanging ang baligtad na madilim na kasalukuyang daloy ng Iobrt (mga yunit at sampu-sampu ng )A), at kapag ang diode ay naiilawan, isang alpabeto ay idinagdag dito, na nakasalalay lamang sa antas ng pag-iilaw (sampu-sampung mA). Ang mas ilaw, ang mas kasalukuyang.

Photocurrent Kung katumbas:

Iph = Sint * F,

kung saan ang Sint ay ang integral na sensitivity, Ф ang maliwanag na pagkilos ng bagay.

Isang pangkaraniwang pamamaraan para sa paglipat sa isang photodiode sa mode ng photoconverter. Bigyang-pansin kung paano ito konektado - sa kabaligtaran ng direksyon na may paggalang sa pinagmulan ng kuryente.

Ang isa pang mode ay ang generator. Kapag pumapasok ang ilaw sa photodiode, ang boltahe ay nabuo sa mga terminal nito, habang ang mga alon na may circuit na short-circuit sa mode na ito ay sampu-sampong mga amperes. Paalala nito operasyon ng solar cellsngunit may mababang lakas.

Phototransistors - bukas sa pamamagitan ng dami ng ilaw ng insidente

Ang Phototransistor ay likas bipolar transistor na sa halip na ang base output ay may isang window sa kaso para sa ilaw na makapasok doon. Ang prinsipyo ng pagpapatakbo at ang mga dahilan para sa epekto na ito ay katulad ng mga nakaraang aparato. Ang mga transistor ng Bipolar ay kinokontrol ng dami ng kasalukuyang dumadaloy sa base, at ang mga phototransistor, sa pamamagitan ng pagkakatulad, ay kinokontrol ng dami ng ilaw.

Minsan pati na rin ang UGO ay naglalarawan ng output ng base. Sa pangkalahatan, ang boltahe ay ibinibigay sa phototransistor pati na rin sa karaniwang isa, at ang pangalawang pagpipilian ay nakabukas sa isang lumulutang na base, kapag ang pangunahing output ay nananatiling hindi nagamit.

Ang mga phototransistor ay kasama rin sa circuit.

O magpalit ng transistor at risistor, depende sa eksaktong kailangan mo. Sa kawalan ng ilaw, isang madilim na kasalukuyang dumadaloy sa transistor, na nabuo mula sa kasalukuyang base, na maaari mong itakda ang iyong sarili.

Ang pagkakaroon ng itakda ang kinakailangang kasalukuyang kasalukuyang, maaari mong itakda ang pagiging sensitibo ng phototransistor sa pamamagitan ng pagpili ng base risistor nito. Sa ganitong paraan, kahit na ang mahina na ilaw ay maaaring makuha.

Sa panahon ng Sobyet, ang mga amateur sa radyo ay gumawa ng mga phototransistor gamit ang kanilang sariling mga kamay - gumawa sila ng isang window para sa ilaw, pinutol ang bahagi ng kaso sa isang maginoo transistor. Para sa mga ito, ang mga transistor tulad ng MP14-MP42 ay mahusay.

Mula sa katangian ng kasalukuyang boltahe-boltahe, nakikita ang pag-asa ng photocurrent sa pag-iilaw, habang ito ay praktikal na independiyenteng boltahe ng kolektor-emitter.

Bilang karagdagan sa mga bipolar phototransistors, mayroong mga patlang. Ang mga bipolar ay nagpapatakbo sa mga frequency ng 10-100 kHz, kung gayon ang mga patlang ay mas sensitibo. Ang kanilang pagiging sensitibo umabot sa ilang mga amperes bawat lumen, at higit pa "mabilis" - hanggang sa 100 MHz. Ang mga transistor na epekto sa larangan ay may isang kawili-wiling tampok: sa maximum na mga halaga ng maliwanag na pagkilos ng bagay, ang boltahe ng gate ay halos hindi nakakaapekto sa kasalukuyang daloy.

Mga saklaw ng mga aparato na photoelectronic

Una sa lahat, dapat mong isaalang-alang ang mas pamilyar na mga pagpipilian para sa kanilang aplikasyon, halimbawa, awtomatikong pagsasama ng ilaw.

Ang diagram na ipinakita sa itaas ay ang pinakasimpleng aparato para sa pag-on at off ang pag-load sa isang tiyak na kondisyon ng ilaw. Photodiode FD320 Kapag ang ilaw ay pumapasok dito, ang isang tiyak na boltahe ay nagbubukas at ang R1 ay bumababa ng isang tiyak na boltahe kapag ang halaga nito ay sapat upang buksan ang transistor VT1 - binuksan nito at binuksan ang isa pang transistor - VT2. Ang dalawang transistor na ito ay isang dalawang yugto na kasalukuyang amplifier, kinakailangan upang mabigyan ng lakas ang relay coil K1.

Diode VD2 - kinakailangan upang sugpuin ang self-induction ng EMF, na nabuo kapag nagpapalitan ng coil. Ang isa sa mga wire mula sa pagkarga ay konektado sa terminal ng input ng relay, ang nangungunang ayon sa pamamaraan (para sa alternatibong kasalukuyang - phase o zero).

Karaniwan kaming isinara at buksan ang mga contact, kinakailangan ang alinman upang piliin ang circuit na isasara, o upang piliin upang i-on o i-off ang pagkarga mula sa network kapag naabot ang kinakailangang pag-iilaw. Ang Potentiometer R1 ay kinakailangan upang ayusin ang aparato upang mapatakbo sa tamang dami ng ilaw. Ang mas mataas na pagtutol, ang mas kaunting ilaw ay kinakailangan upang i-on ang circuit.

Ang mga pagkakaiba-iba ng pamamaraan na ito ay ginagamit sa karamihan ng mga katulad na aparato, pagdaragdag ng isang tiyak na hanay ng mga pag-andar kung kinakailangan.

Bilang karagdagan sa pag-switch sa light load, ang mga naturang photodetectors ay ginagamit sa iba't ibang mga sistema ng control, halimbawa, ang mga photoresistor ay madalas na ginagamit sa mga turnstiles ng metro upang makita ang hindi awtorisadong (liyebre) na pagtawid sa turnstile.

Sa bahay ng pag-print, kapag ang isang guhit na papel ay sumisira, ang ilaw ay pumapasok sa photodetector at sa gayon ay nagbibigay ng signal ng operator tungkol dito. Ang emitter ay nasa isang tabi ng papel, at ang photodetector ay nasa likod. Kapag ang papel ay napunit, ang ilaw mula sa emitter ay umaabot sa photodetector.

Sa ilang mga uri ng mga alarma, ang isang emitter at isang photodetector ay ginagamit bilang mga sensor para sa pagpasok sa silid, at ang mga aparato ng infrared ay ginagamit upang hindi makita ang radiation.

Tungkol sa IR spectrum, hindi mo maaaring banggitin ang tagatanggap ng TV, na tumatanggap ng mga signal mula sa IR LED sa remote control kapag lumipat ka ng mga channel. Ang impormasyon ay naka-encode sa isang espesyal na paraan at nauunawaan ng TV ang kailangan mo.

Sa gayon ang impormasyong dati nang ipinadala sa pamamagitan ng mga infrared port ng mga mobile phone. Ang bilis ng paghahatid ay limitado pareho sa pamamagitan ng sunud-sunod na paraan ng paghahatid at ang prinsipyo ng pagpapatakbo ng aparato mismo.

Gumagamit din ang mga computer na daga ng teknolohiya na nauugnay sa mga aparato na photoelectronic.

Application para sa paghahatid ng signal sa mga electronic circuit

Ang mga aparatong optoelectronic ay mga aparato na pinagsama ang isang transmiter at isang photodetector sa parehong pabahay, tulad ng mga inilarawan sa itaas. Kinakailangan silang ikonekta ang dalawang circuit ng electric circuit.

Ito ay kinakailangan para sa paghihiwalay ng galvanic, mabilis na paghahatid ng signal, pati na rin para sa pagkonekta sa DC at AC circuit, tulad ng sa kaso ng triac control sa isang 220 V 5 V circuit na may signal mula sa microcontroller.

Mayroon silang isang graphic designation na naglalaman ng impormasyon tungkol sa uri ng mga elemento na ginamit sa loob ng optocoupler.

Isaalang-alang ang isang pares ng mga halimbawa ng paggamit ng mga nasabing aparato.

Pagkontrol ng isang triac gamit ang isang microcontroller

Kung nagdidisenyo ka ng isang thyristor o triac converter, tatakbo ka sa isang problema. Una, kung lumilipas ang paglipat sa control output - sa pin ng microcontroller ang mataas na potensyal ay mahuhulog at ang huli ay mabibigo. Para sa mga ito, ang mga espesyal na driver ay binuo, na may isang elemento na tinatawag na isang optosymistor, halimbawa, MOC3041.

Feedback ng Optocouple

Sa nagpapatatag na mga power supply ng paglipat, kinakailangan ang feedback. Kung ibubukod namin ang paghihiwalay ng galvanic sa circuit na ito, kung gayon sa kaso ng pagkabigo ng ilang mga sangkap sa OS circuit, ang mataas na potensyal ay lilitaw sa output circuit at mabibigo ang konektadong kagamitan, hindi ko pinag-uusapan ang katotohanan na maaari kang mabigla.

Sa isang tiyak na halimbawa, nakikita mo ang pagpapatupad ng tulad ng isang OS mula sa output circuit papunta sa paikot-ikot na feedback (kontrol) ng transistor gamit ang isang optocoupler kasama ang serial designation U1.

Konklusyon

Ang larawan at optoelectronics ay napakahalagang mga seksyon sa electronics, na makabuluhang napabuti ang kalidad ng kagamitan, gastos at pagiging maaasahan. Gamit ang isang optocoupler, posible na ibukod ang paggamit ng isang ibukod na transpormer sa naturang mga circuit, na binabawasan ang pangkalahatang mga sukat. Bilang karagdagan, ang ilang mga aparato ay imposible lamang upang maipatupad nang walang ganoong mga elemento.