Nous améliorons le système d'éclairage grâce au circuit relais photo à faire soi-même. Phototransistor à partir d'un simple transistor Comment fabriquer une photodiode à partir d'un transistor

Le fonctionnement de divers récepteurs de rayonnement à semi-conducteurs (photorésistances, photodiodes, phototransistors, photothyristors) repose sur l'utilisation d'un effet photoélectrique interne, qui consiste dans le fait que des paires de porteurs de charge, électrons et trous, sont générées dans les semi-conducteurs sous l'action de radiation. Ces porteurs supplémentaires augmentent la conductivité électrique. Cette conductivité supplémentaire, due à l’action des photons, est appelée photoconductivité. Dans les métaux, le phénomène de photoconductivité est pratiquement absent, puisque leur concentration en électrons de conduction est énorme (environ 1022 cm -3) et ne peut augmenter sensiblement sous l'action du rayonnement. Dans certains appareils, en raison de la photogénération d'électrons et de trous, une CEM apparaît, communément appelée photo-EMF, et ces appareils fonctionnent alors comme des sources de courant. Et à la suite de la recombinaison des électrons et des trous dans les semi-conducteurs, des photons se forment et, dans certaines conditions, les dispositifs semi-conducteurs peuvent fonctionner comme des sources de rayonnement.

Un phototransistor est un récepteur de rayonnement à semi-conducteur photosensible, de structure similaire à un transistor et fournissant une amplification interne du signal. Il peut être considéré comme constitué d’une photodiode et d’un transistor. La photodiode est la partie éclairée de la jonction base-collecteur, le transistor est la partie de la structure située directement sous l'émetteur. Étant donné que la photodiode et la jonction collecteur du transistor sont structurellement combinées, le photocourant s'ajoute au courant collecteur. La tension d'alimentation est appliquée de manière à ce que la jonction du collecteur soit fermée et la jonction de l'émetteur soit ouverte. La base est peut-être désactivée.

Contrairement à un transistor bipolaire, un phototransistor n'a aucun contact électrique avec la base et le courant de base est contrôlé en modifiant son éclairage. Pour cette raison, structurellement, le phototransistor n'a que deux sorties : un émetteur et un collecteur.

Figure 2.1 - a) Schéma d'un phototransistor de structure p-n-p ;

b) diagramme de bande d'un phototransistor en mode actif

Sur la fig. 2.1 montre le circuit de commutation de phototransistor et le diagramme de bande en mode de fonctionnement actif.

Lorsqu'un flux lumineux atteint la région n de la base, des électrons et des trous hors équilibre y sont générés. Les trous seront porteurs minoritaires, et une augmentation de leur concentration entraînera une augmentation de la composante dérive du courant de la base vers le collecteur. La valeur du photocourant primaire « graine » sera exprimée par les mêmes rapports que le photocourant d'une diode basée sur une jonction p-n. La seule différence est que les porteurs hors équilibre impliqués dans le photocourant dans le phototransistor sont collectés à partir de la région de base dont la largeur W est inférieure à la longueur de diffusion L p . Par conséquent, la densité du photocourant primaire « graine » sera :

Du fait que des trous hors équilibre vont de la base au collecteur, la base est chargée négativement par rapport à l'émetteur, ce qui équivaut à une polarisation directe de la jonction émetteur du phototransistor. Avec une polarisation directe de la jonction p-n de l'émetteur, une composante de courant d'injection apparaît de l'émetteur vers la base. Lorsque le coefficient de transfert du courant émetteur b dans la base recombine (1-b) les porteurs injectés, ou en des temps inférieurs au nombre de porteurs injectés. Dans des conditions de courant stationnaire, le nombre de porteurs recombinés dans la base doit être égal à leur nombre parti avec le photocourant initial. Par conséquent, le courant d’injection doit être plusieurs fois supérieur au photocourant primaire. Le courant du collecteur I K sera composé de trois composantes : le photocourant primaire I f, l'injection VI f et le courant thermique I K0 .

I K = I f + in I f = (v + 1) I f + I K0 (2.2)

En utilisant l'expression du gain du courant de base à travers les paramètres de conception et technologiques du transistor bipolaire, on obtient :

La valeur du photocourant primaire I Ф est exprimée en fonction des paramètres du flux lumineux et des caractéristiques du matériau semi-conducteur de manière standard :

Lorsque la base est éclairée, des paires électron-trou y apparaissent. Tout comme dans une photodiode, les paires qui ont atteint la jonction du collecteur par diffusion sont séparées par le champ de jonction, les porteurs minoritaires se déplacent de la base vers le collecteur, tandis que son courant augmente. Les porteurs majoritaires restent dans la base, diminuant son potentiel par rapport à l'émetteur. Dans ce cas, une tension directe supplémentaire est créée à la jonction de l'émetteur, provoquant une injection supplémentaire de l'émetteur dans la base et une augmentation correspondante du courant du collecteur.

Figure 2.2 - Diagramme énergétique du phototransistor (a) et caractéristiques courant-tension du phototransistor à différents niveaux d'éclairement (b).

Fonctionnement d'un phototransistor avec un émetteur commun

Considérons, par exemple, le fonctionnement d'un phototransistor dans un circuit à émetteur commun avec la base éteinte. Le photocourant de la jonction du collecteur s'ajoute au courant du collecteur inverse, donc dans la formule du courant du transistor, au lieu de J K0, il faut mettre

J K0 + J F / J = (J K0 + J F) / (1-b).

Quand J K 0>>J Ф J =J Ф / (1-b) ? en J F, c'est-à-dire le photocourant du phototransistor est amplifié en temps par rapport au courant de la photodiode. En conséquence, la sensibilité augmente également avec le temps. Le courant peut être amplifié d'un facteur 1 000, de sorte que la sensibilité d'un phototransistor est plusieurs fois supérieure à celle d'une photodiode. Cependant, comme le produit du gain par bande passante est une valeur constante, la fréquence limite diminue d'un facteur 1.

Figure 2.3 - Circuit équivalent d'un phototransistor.

La présence de diffusion de porteurs provoque une inertie importante du dispositif f = 10-5 -10-6 s. À mesure que la base se rétrécit, le temps de diffusion diminue, tout comme la sensibilité. Pour les phototransistors au germanium SI = 0,2-0,5 A/lm, V esclave = 3 V, I dark = 300 μA, f = 0,2 ms. Une fenêtre transparente est prévue dans le boîtier de l'appareil, à travers laquelle le flux lumineux pénètre généralement dans la zone de base du phototransistor. La superficie de la zone photosensible est de 1 à 3 mm 2 .

photorésistance
À mon humble avis, une espèce en voie de disparition. La dernière fois que je l'ai vu, c'était quand j'étais enfant. Il s'agit généralement d'un bois rond en métal avec une fenêtre en verre dans laquelle une sorte de bois est visible. Lorsqu’elle est allumée, sa résistance diminue, quoique légèrement, de trois à quatre fois.

Phototransistor
Dernièrement, je les rencontre tout le temps, une source inépuisable de phototransistors - des disques de cinq pouces. La dernière fois, pour le prix de la saleté, j'ai vendu sur le marché aux puces de la radio 5 morceaux d'écharpe de disquettes, où les transistors lumineux sont en face des trous pour contrôler l'enregistrement et la rotation de la disquette. Un autre phototransistor double (ou peut-être une photodiode, si vous avez de la chance) se trouve dans une souris à bille ordinaire.
Cela ressemble à une LED ordinaire, seul le corps est transparent. Cependant, les LED sont également les mêmes, il est donc facile de confondre laquelle d’entre elles est qui. Mais cela n'a pas d'importance, le partisan se calcule facilement avec un multimètre ordinaire. Il suffit d'allumer un ohmmètre entre son émetteur et son collecteur (il n'a pas de base) et de le briller, car sa résistance s'effondrera de manière tout simplement catastrophique - de plusieurs dizaines de kilo-ohms à quelques ohms. Celui que j'ai dans le détecteur de rotation des engrenages du robot change sa résistance de 100 kOhm à 30 Ohm. Le phototransistor fonctionne comme un phototransistor normal - il maintient le courant, mais comme action de contrôle, il n'y a pas le courant de base, mais le flux lumineux.

Photodiode
Extérieurement, ce n'est pas différent d'un phototransistor ou d'une LED conventionnelle dans un boîtier transparent. Parfois aussi, on trouve d'anciennes photodiodes dans des boîtiers métalliques. Ce sont généralement des appareils soviétiques, il existe des marques FD-cheto. Un tel cylindre métallique avec une fenêtre au bout et des fils qui sortent du cul.

Contrairement à un phototransistor, il peut fonctionner selon deux modes différents. En photovoltaïque et photodiode.
Dans la première version, photovoltaïque, la photodiode se comporte comme une batterie solaire, c'est-à-dire qu'elle brille dessus - une faible tension apparaît aux bornes. Il peut être renforcé et appliqué =). Mais il est beaucoup plus simple de travailler en mode photodiode. Ici, nous appliquons une tension inverse à la photodiode. Puisque, bien qu'il s'agisse d'une photo, c'est une diode, la tension n'ira pas dans le sens opposé, ce qui signifie que sa résistance sera proche de la coupure, mais si elle est éclairée, la diode commencera à graver très fortement et sa résistance chutera fortement. Et brusquement, de quelques ordres de grandeur, comme un phototransistor.

Gamme
En plus du type d'appareil, il dispose également d'un spectre de fonctionnement. Par exemple, un photodétecteur aiguisé pour le spectre infrarouge (et la plupart d'entre eux) ne réagit pratiquement pas à la lumière d'une LED verte ou bleue. Il réagit mal à une lampe fluorescente, mais il réagit bien à une lampe à incandescence et à une LED rouge, et il n'y a rien à dire sur l'infrarouge. Ne soyez donc pas surpris si votre capteur photo réagit mal à la lumière, peut-être avez-vous fait une erreur avec le spectre.

Connexion
Il est maintenant temps de montrer comment le connecter au microcontrôleur. Avec la photorésistance, tout est clair, il n'y a aucun problème ici - vous la prenez et la branchez selon le schéma.
Avec une photodiode et un phototransistor, c'est plus difficile. Il faut déterminer où se trouve une anode/cathode ou un émetteur/collecteur. Cela se fait simplement. Vous prenez un multimètre, le mettez en mode continuité diode et vous accrochez à votre capteur. Le multimètre dans ce mode affiche la chute de tension aux bornes de la diode/transistor, et la chute de tension dépend ici principalement de sa résistance U = I * R. Vous prenez et éclairez le capteur, en suivant les lectures. Si le nombre a fortement diminué, alors vous avez bien deviné et le fil rouge est sur votre cathode/collecteur, et le fil noir est sur l'anode/émetteur. Si cela n'a pas changé, échangez les broches. Si cela n'aide pas, alors soit le détecteur est mort, soit vous essayez d'obtenir une réaction de la LED (d'ailleurs, les LED peuvent aussi servir de détecteurs de lumière, mais tout n'est pas si simple là-bas. Cependant, quand je j'ai le temps, je vais vous montrer cette perversion technologique).

Maintenant concernant le fonctionnement du circuit, tout est ici élémentaire. À l'état sombre, la photodiode ne laisse pas passer le courant dans la direction opposée, le phototransistor est également fermé et la résistance de la photorésistance est très élevée. La résistance d'entrée est proche de l'infini, ce qui signifie que l'entrée aura la pleine tension d'alimentation, c'est-à-dire une tension logique. Dès que la diode/transistor/résistance est allumée, la résistance chute fortement et la sortie s'avère être étroitement plantée au sol, enfin, ou très près du sol. Dans tous les cas, la résistance sera bien inférieure à la résistance de 10 kΩ, ce qui signifie que la tension disparaîtra fortement et se situera quelque part au niveau du zéro logique. En AVR et PIC, vous ne pouvez même pas installer de résistance, un pull-up interne suffit. Donc DDRx=0 PORTx=1 et vous serez content. Eh bien, enveloppez-le comme un bouton normal. La seule difficulté peut survenir avec une photorésistance : sa résistance ne chute pas si fortement et peut donc ne pas atteindre zéro. Mais ici, vous pouvez jouer avec la valeur de la résistance pull-up et vous assurer que le changement de résistance est suffisant pour passer par le niveau logique.

S'il est nécessaire de mesurer l'éclairage, et de ne pas capter bêtement la lumière/l'obscurité, alors il faudra tout brancher à l'ADC et rendre la résistance de rappel variable pour ajuster les paramètres.

Il existe également un type avancé de capteurs photo - TSOP il y a un détecteur de fréquence intégré et un amplificateur, mais j'en parlerai un peu plus tard.

Z.Y.
J'ai quelques bugs ici, donc le site sera très bête avec la mise à jour, je pense que c'est avant la fin du mois. Ensuite, j'espère revenir au rythme précédent.

Les photorésistances sont fabriquées à partir de matériaux semi-conducteurs dont la résistance change en fonction du degré d'éclairage. Leur principale différence par rapport aux autres dispositifs photovoltaïques réside dans la grande stabilité des paramètres et la linéarité de l'évolution de la résistance sur une plage assez large. Cette dernière propriété permet l'utilisation de photorésistances non seulement dans l'automatisation numérique, mais également dans la technologie analogique, par exemple, comme contrôles de volume sonore à isolation galvanique.

Les photorésistances sont des éléments relativement inertiels avec une vitesse bien inférieure (quelques kilohertz) par rapport aux photodiodes et phototransistors. Après des changements brusques d'éclairage, leur résistance ne change pas brusquement, mais « flotte » pendant un certain temps. Ceci doit être pris en compte dans les travaux pratiques et résister à de petites pauses pour s'adapter à la lumière. Comme c'est "petit", l'expérience le dira.

En fonction de la sensibilité spectrale, les photorésistances sont divisées en deux grands groupes : pour fonctionner dans les parties visible et infrarouge du spectre. Leurs circuits de commutation électrique sont les mêmes (Fig. 3.44, a ... m). La seule chose que vous devez savoir à l'avance sur la fiche technique est la tension de fonctionnement maximale autorisée. En particulier, les photorésistances SF2-5, SFZ-4A/B, SFZ-5 ne peuvent pas être alimentées à plus de 1,3... 2 V. La grande majorité des photorésistances peuvent fonctionner à des tensions de 5... 50 V. Leur résistance sombre est 1 ... 200 MΩ , et à l'état éclairé - deux ou trois ordres de grandeur de moins.

Riz. 3.44. Schémas de connexion des photorésistances au MK (début) -.

a) les résistances /?U, forment un diviseur de tension. Lorsque la photorésistance /?, sa résistance diminue. La résistance J sert de protection en cas de court-circuit complet du trimmer et de transfert erroné de la ligne MK vers le mode de sortie avec un niveau ÉLEVÉ. Si la résistance R2 est constante, alors la résistance R3 peut être remplacée par un cavalier ;

c) connexion de la photorésistance /? 2k MK en référence à un fil commun, et non au circuit de puissance. Lorsque la photorésistance R2 est éclairée, la tension à l'entrée MK diminue ;

Riz. 3.44. Schémas de connexion des photorésistances au MK (suite) :

d) "Relais Turchenkov" économique sur transistors au germanium VTI, K72 de conductivité différente. La résistance est réglée pour entrer dans le seuil de réponse ;

e) la photorésistance RI détermine le courant de base du transistor UT1, puisqu'elle entre dans le bras supérieur du diviseur RI, R2. Il est nécessaire de placer le curseur de la résistance variable dans une position telle que le courant de base du transistor UT1 ne dépasse pas la norme lorsque la photorésistance est fortement éclairée ;

f) à l'état initial, la photorésistance /?2 est éclairée, le transistor UT1 est fermé, la LED NI est éteinte. Lorsque le niveau d'éclairement de la photorésistance descend jusqu'à un certain seuil (régulé par la résistance R3), le transistor s'ouvre, la LED s'allume et un niveau BAS est réglé à l'entrée MK ;

g) un enregistreur de courts éclairs lumineux ou un récepteur de signaux modulés par impulsions. Le transistor VTI est en mode coupure. Le condensateur C/ élimine les fausses alarmes dues à des changements lents de l'éclairage de fond, par exemple lorsque le jour change la nuit ;

h) le transistor VTI augmente la sensibilité du photocapteur R2, ce qui permet d'utiliser une ligne de port MK classique, et pas seulement l'entrée ADC. La résistance fixe la position du point de fonctionnement du transistor UT1\

i) si les deux photorésistances R2 sont allumées, alors il y a un niveau BAS à l'entrée MK (régulé par la résistance R1). Si une (n'importe laquelle) des photorésistances est obscurcie, alors la « photorésistance » totale augmentera fortement et un niveau ÉLEVÉ apparaîtra à l'entrée MK. Les photorésistances remplissent la fonction logique « lumière ET » ;

Riz. 3.44. Schémas de connexion des photorésistances au MK (fin) :

j) la résistance R3 régule le seuil de fonctionnement de l'OA DAI (comparateur de tension). La résistance de la résistance R2 est choisie approximativement la même que celle de RI à l'état "inactif". En cas de retrait important de la photorésistance, ses fils de connexion doivent être blindés ;

k) les condensateurs C/, C2 augmentent la stabilité des mesures, éliminent le bruit impulsionnel et créent une petite hystérésis avec de fortes fluctuations d'éclairage ;

l) le comparateur analogique interne du MK est utilisé pour évaluer le niveau d'éclairage. La méthode de comparaison de la tension mesurée avec la "scie", qui est générée par le MK lui-même à la borne négative du comparateur, est utilisée (la ligne d'entrée devient temporairement la sortie).

Photodiodes dans les circuits sur MK

Les photodiodes appartiennent à la classe des dispositifs semi-conducteurs dont le fonctionnement est basé sur l'effet photoélectrique interne. Lorsque la jonction /?-A7 est irradiée par des photons, la génération de porteurs de courant se produit à l'intérieur du semi-conducteur. Un changement de courant équivaut à un changement de résistance, facile à fixer et à mesurer.

Les photodiodes sont largement utilisées pour détecter le rayonnement lumineux. Leur avantage, par rapport aux photorésistances et phototransistors, est une vitesse élevée et une bonne sensibilité.

Il existe deux principaux modes de fonctionnement des photodiodes :

Diode (photodiode, photorésistance) à polarisation inverse ;

Générateur (photovoltaïque, photovoltaïque) sans polarisation.

Le mode diode est utilisé plus souvent et se caractérise par une large plage

changement de résistance inverse et bonne vitesse. Le mode générateur présente les inconvénients suivants : capacité équivalente importante et inertie élevée. L'avantage est un faible niveau de bruit propre.

Les photodiodes sont fabriquées par Vishay, OSRAM, Hamamatsu Photonics, Quartz, etc. Paramètres typiques : longueur d'onde 850…950 nm, sensibilité actuelle 10…80 µA, largeur du faisceau 15…65°, temps de montée/descente 2…100 ns, température de fonctionnement - 55…+ 100°С. La sensibilité des photodiodes diminue avec l'augmentation de la température et de la tension. Le courant d'obscurité augmente de 2 à 2,5 fois tous les 10°C, c'est pourquoi une compensation thermique est souvent introduite dans le circuit.

Sur la fig. 3.45, a ... g montre les schémas de connexion directe des photodiodes au MK. Sur la fig. 3.46, a ... e montre des circuits avec des amplificateurs à transistors. Sur la fig. 3.47, a ... o - avec des amplificateurs sur microcircuits.

b) connecter la photodiode BLI au circuit de puissance. Appuyer sur le commutateur SI simule l'état d'éclairage de la photodiode lors des contrôles de test ;

c) augmenter la sensibilité globale grâce à la connexion en parallèle de plusieurs photodiodes BLI…Bin. Les photodiodes remplissent la fonction logique « lumière OU » ;

d) connexion en parallèle de plusieurs photodiodes en référence à un fil commun ;

e) connexion en série des photodiodes selon le schéma "lumière ET". Permet de détecter le moment d'assombrissement de l'un des nombreux photodétecteurs lumineux sur le convoyeur ;

f) connexion en série de plusieurs photodiodes en référence à un fil commun ;

g) Circuit de commutation de photodiodes BLI avec sensibilité et hystérésis accrues (R6). Un équilibrage préalable du pont avec la résistance R3 est nécessaire.

a) la photodiode BL1 remplace la résistance de base de l'amplificateur à transistor ;

b) la LED NI clignotante sert de... photodétecteur. Dans l'état initial, le NI génère des impulsions électriques (pas lumineuses !) avec une fréquence de « clignotement » d'environ 2 Hz. Avec un éclairage externe, la génération tombe en panne, ce qui fixe le MK via le transistor VTI \\

c) la clé sur le transistor VT1 augmente l'immunité au bruit et augmente la raideur des fronts du signal du photocapteur BLL. Le condensateur C/ élimine les interférences des fluctuations lumineuses ;

d) mélangeur de fréquence optoisolé. L'entrée MK reçoit un signal avec une fréquence de modulation "lumière" différente "/, -/2" provenant de deux LED HL1 (/j) et HL2 (f2). Le circuit /1/ doit être réglé sur la fréquence différentielle ;

e) augmentation de la sensibilité due à la connexion en parallèle de deux photodiodes VI, BL2. Le transistor VTI est en coupure et ne répond pas à une lente dérive de la lumière ;

e) au lieu de l'ampli opérationnel DAI, vous pouvez utiliser un comparateur analogique MK. La vitesse de réception de la photodiode « laser » peut atteindre 5 Mbit/s via un câble à fibre optique d'une longueur de Yum... 1 km.

a) l'utilisation d'un amplificateur de précision DA1 (Analog Devices) pour assurer la stabilité à long terme des signaux du photocapteur BLI

b) inclusion non standard de la LED NI IR en tant que photodétecteur dans la plage de longueurs d'onde infrarouge. La résistance régule le gain de la cascade au niveau de l'ampli opérationnel DAI \\

c) amplificateur-shaper sur la puce "télévision" DA1. La résistance contrôle la sensibilité du capteur photo BLI

d) alimentation bipolaire d'OS DA/. Le condensateur CI élimine la « sonnerie » sur les fronts de signal qui se produit lorsqu'un changement brusque d'éclairage se produit. Il s'agit également d'une astuce standard pour d'autres systèmes ;

e) pour réduire les interférences externes, l'amplificateur transimpédance DA 1.2 (il s'agit d'un convertisseur courant-tension) est couvert par une rétroaction via l'intégrateur DAI.3. L'alimentation est fournie à l'ampli-op à partir de la ligne de sortie du MK. La référence 0,5 V forme le suiveur DAL /;

Riz. 3.47. Schémas de connexion de photodiodes à M K via des amplificateurs sur des microcircuits

(continuation):

f) les photodiodes VTS, 5L2 doivent être éclairées à tour de rôle, sinon leur résistance totale peut s'avérer si faible qu'une surintensité de l'alimentation se produira ;

g) le condensateur C2 élimine la « sonnerie » avec une grande capacité intrinsèque de la photodiode VI

h) un colorimètre basé sur une photodiode BL1 (Advances Photonics), qui a une sensibilité « en forme de cloche » dans la plage de 150…400 nm. Le cavalier ^S/ définit le gain ;

i) des paramètres stables de photoréception dans le domaine infrarouge sont fournis par un microcircuit de précision Z) / 1 / (Analog Devices), un filtre C4, R4 ... R6 et une diode Zener VDI.

j) Connexion « amplificateur-détecteur-shaper » sur l'ampli-op DAI avec réglage du seuil (R6)\O

Riz. 3.47. Schémas de connexion de photodiodes à MK via des amplificateurs sur microcircuits

(fin):

k) le comparateur sur la puce DA1 offre une sensibilité et une immunité au bruit élevées. La résistance J régule le seuil « lumière » pour un type spécifique de photodiode BL1\

m) la sensibilité est ajustée avec une résistance et le point de fonctionnement de l'élément logique DDI est réglé (de préférence avec une caractéristique de déclenchement Schmitt, par exemple K561TL2) ;

m) BL1 - capteur RVB tricolore (Laser Components), DAI - amplificateur transimpédance à quatre canaux (Promis Electro Optics). L'un des quatre canaux de l'amplificateur analogique n'est pas utilisé. Les signaux provenant des sorties de M K définissent les modes de fonctionnement et d'amplification DA1 \ o) un enregistreur très sensible de photo ou de rayonnement sur une photodiode à broches VI spécialisée (des similaires sont fabriquées par Hamamatsu Photonics). L'élément DA 1.1 remplit la fonction d'une transimpédance et DA1.2 - un amplificateur de signal conventionnel.

Phototransistors dans les circuits MK

Un phototransistor est un dispositif semi-conducteur photosensible de structure similaire à un transistor bipolaire ou à effet de champ. La différence réside dans le fait qu'une fenêtre transparente est prévue dans son boîtier, à travers laquelle le flux lumineux pénètre dans le cristal. En l'absence d'éclairage extérieur, le transistor est fermé, le courant du collecteur est négligeable. Lorsque les rayons lumineux frappent la jonction de base /?-A7, le transistor s'ouvre et son courant de collecteur augmente fortement.

Les phototransistors, contrairement aux photorésistances, ont une vitesse élevée et, contrairement aux photodiodes, ils ont des propriétés amplificatrices (tableau EVIL).

Le phototransistor, en première approximation, peut être représenté comme une photodiode équivalente connectée en parallèle avec la jonction collecteur d'un transistor classique. Le gain du photocourant est directement proportionnel à /7213. par conséquent, la sensibilité d'un phototransistor est autant de fois supérieure à celle d'une photodiode.

Le principal paramètre à surveiller lors de la conception de circuits à base de phototransistors est le courant du collecteur. Afin de ne pas dépasser sa norme, il est nécessaire de fixer des résistances suffisamment importantes dans le collecteur/émetteur.

Les phototransistors sont fabriqués par Vishay, Kingbright, Avago Technologies, etc. Paramètres typiques : longueur d'onde 550…570 ou 830…930 nm, courant du collecteur à l'état éclairé 0,5…10 mA, demi-angle de sensibilité 15…60°, temps de montée/descente 2 …6 µs, température de fonctionnement -55…+ 100°С, conductivité p-p-p.

Il existe des phototransistors à deux et trois broches. Ils diffèrent entre eux principalement par l'absence/présence d'un robinet depuis la base.

Dans les phototransistors à deux bornes, seuls le collecteur et l'émetteur sont accessibles de l'extérieur. Cela rend difficile la stabilisation du point de fonctionnement et rend la caméra dépendante de la température ambiante, notamment en cas de faible luminosité.

Les phototransistors à deux bornes et les photodiodes de petite taille sont visuellement similaires aux « frères jumeaux ». Découvrir « qu'est-ce que c'est » permet de tirer des conclusions avec un ohmmètre. La tension de test à ses bornes doit être d'au moins 0,7 V. Si la résistance dans un sens est beaucoup plus grande que dans l'autre, alors il s'agit d'une photodiode. Si une grande résistance sonne dans deux directions, il s'agit alors d'un phototransistor (ou d'une photodiode défaillante).

Les phototransistors à trois broches sont moins courants que ceux à deux broches. Pour les connecter, ils utilisent les circuits à transistors habituels, à savoir stabiliser le point de fonctionnement à l'aide de diviseurs sur résistances, introduire du feedback, une compensation thermique, etc.

Sur la fig. 3.48, a ... e montre des schémas pour la connexion directe des phototransistors au MK. Sur la fig. 3.49, a ... h montre des circuits avec des amplificateurs à transistors, sur la Fig. 3,50, a ... g - avec des amplificateurs sur microcircuits.

Riz. 3.48. Schémas de connexion directe des phototransistors au MK :

a) le phototransistor 5L/ est activé selon le circuit amplificateur avec un émetteur commun. Il est permis de fonctionner en mode microcourant collecteur (résistance élevée de la résistance RI), mais la stabilité de la température se détériore. Au lieu d'une entrée ADC, les MK utilisent souvent une ligne de port numérique conventionnelle avec fixation de seuil de l'état « allumé » / « pas de lumière » ;

b) la connexion en parallèle des phototransistors BL1, 5L2 augmente la sensibilité à la lumière. Les phototransistors remplissent une fonction « OU » logique pour les signaux provenant de différentes sources lumineuses. Le condensateur C/ réduit le bruit impulsif. Il peut y avoir plus de deux phototransistors parallèles ;

c) photodétecteur de signaux lumineux pulsés et modulés. L'appareil ne réagit pas aux changements lents d'éclairage dus au condensateur d'isolement C/. Au lieu d'une résistance, vous pouvez utiliser la résistance interne « pull-up » MK ;

d) le phototransistor BLI est connecté selon le circuit émetteur-suiveur. Le condensateur C/ réduit les interférences « lumineuses » impulsionnelles et les puissants capteurs électriques qui peuvent « fuir » vers l'entrée MK lorsque le phototransistor est à l'état fermé ;

e) dans un phototransistor à trois broches BLI, la prise de base est utilisée pour fournir une rétroaction via le transistor VTI. Le filtre RI, C1 bloque les signaux de flux lumineux avec une fréquence de modulation inférieure à 100 Hz (pour éliminer le capteur du « scintillement » des lampes à incandescence) ;

e) le condensateur C/ et le transistor VT1 organisent un "filtre passe-haut léger" pour supprimer les signaux du flux lumineux avec une fréquence de modulation inférieure à 80 Hz. Cela empêche le passage des interférences à l'entrée du MK, provoquées par le "scintillement" des lampes à incandescence du réseau 50 Hz.

a) le nœud d'entrée du "light gun" de la console de jeu vidéo "Dendy". Le phototransistor BL1 est envoyé à l'écran du téléviseur. La résistance /?2 régule la plage de réception ;

b) le transistor à effet de champ VTI réalise l'adaptation des résistances RI et R2 \\

c) un amplificateur à deux étages basé sur des transistors de conductivité différente KG/, KT'2 offre une sensibilité accrue du photocapteur VI\

d) une version améliorée du capteur photo pour le "pistolet léger" avec ajustement automatique à différentes luminosités d'arrière-plan. Les éléments VTI, R1, R2, forment un stabilisateur de courant dynamique ;

e) la résistance R2 sélectionne une position telle que le transistor VTI soit ouvert en l'absence d'éclairage du phototransistor. Le condensateur BLL C1 filtre les interférences ;

f) Le déclenchement de Schmitt sur les transistors à effet de champ VTI, KT'2 détermine le seuil de fonctionnement du photocapteur BL1. Le condensateur C1 élimine les interférences « lumineuses » impulsionnelles ;

g) diodes VD1, augmentent l'immunité au bruit de l'amplificateur sur le transistor VTI\0

h) un amplificateur à trois étages à base de transistors KG/... avec indication visuelle de la réception des colis provenant d'un capteur infrarouge ^L/LED HL1.

Riz. 3h50. Schémas de connexion de phototransistors à MK via des amplificateurs sur microcircuits :

a) Capteur phototransistor BLI avec comparateur intégré DAI wc large gamme de paramètres régulation avec deux résistances variables R2, R3\

b) Déclencheur Schmitt sur la puce logique DZ) / améliore l'immunité au bruit et augmente la raideur des fronts des signaux provenant du phototransistor VI

c) le phototransistor ^L/ est connecté à un comparateur intégré externe DA1 pour améliorer la précision de fonctionnement. Le condensateur C/ augmente la raideur des fronts des signaux ;

d) un filtre passe-bande sur une puce de décodeur DA/ton (National Semiconductor) traite les signaux lumineux modulés par impulsions reçus par le phototransistor BLI. La fréquence centrale du filtre est déterminée par la formule / ^ „[kHz] = 1 / (/? 2 [kOhm] -C4 [μF]). La bande passante du filtre est inversement proportionnelle à la capacité du condensateur C2. La résistance /?/ définit le niveau optimal du signal d’entrée pour DAI dans la plage de 100 à 200 mV.

La vie d'une personne devient chaque jour plus confortable. Il existe de nouvelles inventions, des appareils qui effectuent un travail sans personne. Un tel dispositif est un simple photorelais. Ils l'achètent dans un magasin, réaliser un relais photo de ses propres mains est plus économique et plus intéressant. Vous trouverez toujours les outils et pièces nécessaires à portée de main.

Assemblons le photorelais de nos propres mains.

J'ai acheté un transistor à effet de champ. J'ai utilisé ce schéma pour éclairer le garage. Fonctionne depuis environ 2 mois maintenant sans problème. Fonctionne à partir d'un accumulateur, à travers, en augmentant. J'utilise deux batteries, je les ai soudées au convertisseur DC, j'y ai mis 12 volts. La sortie est maintenant de 12 volts, on connecte la bande LED, elle s'allume.

Passons au circuit relais photo. Faisons fonctionner la bande LED, on éteint la lumière. Et quand on l'allumera, il s'éteindra.

Comment assembler un circuit qui fonctionnera ? Nous n'utiliserons aucun circuit abstrus issu de l'électronique radio, car rien n'y est clair. Nous utiliserons notre propre schéma de photorelais, qui est plus compréhensible pour tout le monde.

Le circuit photorelais se compose d'un transistor, d'une alimentation, d'une résistance (résistance), d'une bande LED et d'une photorésistance. Nous prenons le transistor et signons ses pattes. La jambe la plus à gauche est la porte, la jambe la plus à droite est la source et celle du milieu est le drain. Mettez le transistor de côté. Notre photorésistance est connectée à la grille et à la source. Le fil négatif de la bande LED est connecté à la source, le fil positif de la bande est connecté à une résistance. Le fil positif va également de l’alimentation à la résistance. C'est-à-dire que deux fils seront connectés à la résistance : de la bande LED et de l'alimentation positive.

Ensuite, le fil du fil de résistance va à la grille du transistor. C'est-à-dire qu'un fil d'une photorésistance, d'une résistance (deux fils) s'approchera de la grille du transistor. Nous connectons le fil négatif de l'alimentation à la source. Il s'agit d'un circuit permettant au rétroéclairage de fonctionner dans l'obscurité et lorsque la lumière est allumée, elle s'éteint.

Rassemblons-le et voyons comment cela fonctionne. Nous prenons un transistor, une photorésistance, le soudons aux pattes avec un fer à souder. On prend une résistance de plusieurs kilo-ohms. Sa taille n'est pas particulièrement importante, puisqu'elle doit être choisie vous-même. Vous pouvez en mettre plus ou moins, la sensibilité du capteur va changer. En fonction de l'éclairage et de la résistance de la résistance, le rétroéclairage s'allumera. Nous prenons la bande LED, soudons le fil négatif au drain, c'est-à-dire à la jambe du milieu. Soudez le fil positif à la résistance à l'autre extrémité.

Voici le résultat intermédiaire de l'assemblage du circuit photorelais de nos propres mains :

Nous avons soudé la photorésistance aux pattes extrêmes du transistor. Le contact négatif de la bande LED a été soudé au pied central. Le contact positif a été soudé via une résistance à la jambe la plus à gauche (porte).

Nous prenons l'alimentation, le contact négatif, la soudons à la patte la plus à droite (source). Nous soudons le contact positif de l'alimentation à la résistance, au même endroit où nous avons soudé le contact positif de la bande LED. Vous devriez obtenir un tel schéma, selon un schéma préalablement dessiné.

Vérifions le fonctionnement du circuit photorelais de nos propres mains. On ferme la photorésistance, le rétroéclairage s'allume. Ce schéma est élémentaire et très bon marché. Les composants radio ne coûtent que quelques centimes.

Portée du photorelais.

Cet appareil s'utilise à différents moments de la journée, dans le jardin. Avec lui, ouvrez les stores, gardez la maison.

Circuit relais photo.

Le circuit photorelais comprend deux transistors, une résistance, une diode et une photorésistance. Le transistor est utilisé KT315B, qui est inclus en composite. Sa charge est l'enroulement du relais. Cela donne à l'entrée une amplification, permettant une mise sous tension avec une résistance considérable.

Lorsque la lumière augmente sur la photorésistance, qui est connectée entre la base du 1er transistor, le 1er transistor et le n°2 s'ouvrent. Le courant collecteur du 2ème transistor apparaît, le relais est activé, les contacts se ferment et la charge est connectée. C'est ainsi que fonctionne l'appareil.

Pour protéger le circuit de la force électromotrice de l'induction, une diode KD522 est connectée lorsque le relais est éteint. Pour régler la sensibilité souhaitée du 1er transistor, un transistor d'une résistance nominale de 10 kilohms est connecté.

Le photorelais est utilisé pour l'éclairage, les locaux, les maisons. Le circuit dépend de l'ensemble des sorties vers les charges.

Dans le tableau électrique, des disjoncteurs automatiques et des surcharges sont installés.

La source d'alimentation d'un tel relais est constituée de courant continu de 5 à 15 volts. Si la source de tension est conçue pour 6 volts, le relais photo RES-9 est utilisé.

Pour souder le circuit, il vaut mieux réaliser une carte. Sur la carte, fixez le boîtier, les pièces, percez des trous, réalisez par soudure.

Pour configurer le relais, vous devez vous rendre dans une pièce sombre où vous pourrez allumer la lumière. Le seuil souhaité pour allumer la lumière est sélectionné avec une résistance variable. Au lieu de cela, mettez une résistance constante.

Méthode d'assemblage du relais photo.

Avec les appareils complexes, les relais photo à faire soi-même sont constitués de trois composants. Un tel dispositif y est intégré, dont le courant est de 4 ampères et la tension est de 600 volts. Le circuit se compose de Q6004LT, d'une résistance et d'une photorésistance. Tension - 220 volts. A la lumière, la photorésistance donne peu de résistance. Il y a une petite tension sur l'électrode de commande. Aucun courant ne circule vers la charge. Lorsque la lumière est atténuée, la photorésistance donne une augmentation de résistance, les impulsions augmentent. Lorsque la tension atteint 40 volts, le triac s'ouvre, la lumière s'allume.

Le circuit est configuré avec une résistance. La première résistance est de 47 kilo-ohms. Il est sélectionné parmi l'éclairage et la photorésistance. La marque de la photorésistance peut être n'importe laquelle.

Le Q6004LT permet de connecter une puissance de 0,5 kW ou plus au relais, avec un refroidissement supplémentaire. Il existe des appareils dotés de caractéristiques plus puissantes.

L'avantage d'un tel circuit de relais réside dans le petit nombre de composants radio, il n'est pas nécessaire de connecter une alimentation électrique, vous pouvez utiliser une charge de puissance élevée.

L'installation d'un tel circuit n'est pas difficile, car il comprend peu d'éléments. Le réglage n'est pas non plus difficile et consiste à préparer le terrain pour allumer le circuit d'éclairage.

Conclusions :

1. Dans de nombreux systèmes de contrôle, un relais photo est utilisé.
2. Il existe de nombreux circuits et systèmes de photorelais avec capteurs : phototransistors, photodiodes, photorésistances.
3. De vos propres mains, vous pouvez créer des circuits photorelais avec le moins d'éléments.

Réparation du photorelais IEK FR-602.

On démonte au préalable le boîtier, on répare le photorelais. Le relais s'active en fonction de l'éclairage, et l'éclairage doit s'allumer. Nous n'avons pas de relais photo. A l'intérieur du boîtier, le schéma sur la photo :

J'ai moi-même soudé deux fils, trouvé un élément défectueux. C'est du 24 volts. Elle était percée dans les deux sens. Cela peut être vérifié avec un multitesteur.

Lorsque j'ai abandonné la diode Zener, j'ai commencé à m'occuper du circuit. J'ai essayé d'allumer l'ampoule, sans diode Zener. Il y a un capteur qui réagit à la lumière. On le couvre, la lumière s'allume. De plus, lorsqu'on ouvre le capteur de lumière, rien ne se passe, puisque la diode Zener est cassée, le relais photo ne fonctionne pas. Nous allons changer le stabilisateur. Depuis, la tension a augmenté au point de la diode Zener, où se trouve un condensateur de 100 microfarads à 50 volts. J'ai également décidé de remplacer ce condensateur. La tension a augmenté de plus de 50 volts. S'il fait sombre, la tension chute à ce stade à 18 volts, et s'il fait clair, elle monte à 80-90 volts. La diode Zener était censée stabiliser cette tension. Le condensateur chauffe donc et gonfle.

Afin de ne pas avoir de surprises diverses à l'avenir, nous soudons tout. Soudez le condensateur, ne confondez pas la polarité. Le moins est indiqué par un ombrage blanc. Soudez un nouveau condensateur. Le coût de réparation du photorelais est toujours de 10 roubles. Cela vaut donc la peine d’être réparé. Le condensateur sur lequel la tension dépassait la valeur nominale a été remplacé. Ensuite, appelons la nouvelle diode Zener pour sa facilité d'entretien. Dans un sens il s'ouvre, il y a une résistance. Il ne s'ouvre pas dans l'autre sens, c'est à dire qu'il sonne comme une diode. C'est du 24 volts.

Dans le schéma, la diode Zener est désignée par Z1. Une pastille de diode Zener légèrement brûlée est visible sur la carte. Il s'est réchauffé. La diode Zener a une bande noire. Nous le soudons au risque blanc sur le tableau. Au lieu d'une charge, nous avons une ampoule connectée pour vérifier le fonctionnement du photorelais. Et aussi, voyons quelle est la tension au point de la diode Zener dans des conditions de faible et de bonne lumière. Nous mordons les jambes qui ne sont pas nécessaires. Une fiche est connectée et se branche sur une prise. Nous vérifions la bonne soudure des fils. Réglez le multimètre sur 200 volts. On ferme le capteur de la lumière, la charge (ampoule) est allumée. On ouvre le capteur, il devient lumineux, la lampe s'éteint. Le système fonctionne.

Vérifions maintenant avec un testeur ce qu'il advient de la tension. Avec le capteur ouvert, le multitesteur affiche 26 volts. Lorsque le capteur est fermé, la tension tombe à zéro, la lampe s'allume, la tension est de 18 volts. A la lumière, la tension remonte, atteint 26 volts et la diode Zener se déclenche. Il reste à assembler toutes les pièces dans le boîtier, et la réparation du relais photo est terminée. Il existe un schéma du relais photo sur Internet.

Un simple photorelais.

Il peut être utilisé pour mettre en valeur un DVD. Il existe deux types de schéma. Dans l’un, l’inclusion est activée par la lumière, et dans l’autre par l’obscurité. Lorsque la lumière éclaire la photodiode, le transistor s'ouvre et la LED n°2 s'allume. Nous ajustons la sensibilité avec une résistance. La photodiode peut être utilisée à partir d'une souris d'ordinateur. vous pouvez prendre n'importe quel infrarouge. Grâce à son application, il n’y aura aucune interférence de la lumière. Au lieu de la LED n°2 - une ou plusieurs LED. Vous pouvez même utiliser une ampoule. Deux schémas sont présentés ci-dessous :

Les DVD n'utilisent pas toujours de photodiode. Il possède une puce électronique. S'il n'y a pas de photodiode, une photorésistance peut être utilisée. Et si ce n'est pas là, alors retrouvez les anciens transistors de la série MP42 ou MP39, meulez la partie supérieure du boîtier avec une lime. Vous obtiendrez une fenêtre qui servira de photodiode. Sa sensibilité est suffisante pour cette application. Vous pouvez également mettre une diode infrarouge depuis la télécommande du téléviseur.

Écrivez des commentaires, des ajouts à l'article, j'ai peut-être raté quelque chose. Jetez un oeil à , je serai heureux si vous trouvez autre chose d'utile sur le mien.

L'un des principaux éléments d'automatisation de l'éclairage public, avec les minuteries et les détecteurs de mouvement, est un relais photo ou relais crépusculaire. Le but de ce dispositif est la connexion automatique de la charge utile, dès l'apparition de la nuit sombre de la journée, sans intervention humaine. Cet appareil a également acquis une immense popularité en raison de son faible coût, de sa disponibilité et de sa facilité de connexion. Dans cet article, nous analyserons en détail le principe de fonctionnement de l'interrupteur crépusculaire et les nuances de sa connexion, et vous expliquerons également comment réaliser un relais photo de vos propres mains. Cela ne prendra pas beaucoup de temps et d'efforts, mais vous serez heureux d'utiliser un appareil auto-assemblé.

Conception du relais

L'élément principal du relais est un photocapteur ; des diodes, des transistors, des cellules photovoltaïques peuvent être utilisées dans les circuits. Lorsque l'éclairage de la cellule photoélectrique change, ses propriétés changent en conséquence, telles que la résistance, les états de jonction P-N dans les diodes et les transistors, ainsi que les tensions aux contacts de l'élément photosensible. De plus, le signal est amplifié et l'élément de puissance commute la charge. Des relais ou des triacs sont utilisés comme éléments de contrôle de sortie.

Presque tous les articles achetés sont assemblés selon un principe similaire et disposent de deux entrées et de deux sorties. La tension secteur de 220 Volts est appliquée à l'entrée et, en fonction des paramètres définis, apparaît également à la sortie. Parfois le photorelais n'a que 3 fils. Ensuite, zéro est commun, une phase est appliquée à un fil et, avec le bon éclairage, elle est connectée au fil restant.

Si nécessaire, lisez la notice, portez une attention particulière à la puissance maximale de la charge connectée, au type de lampes d'éclairage (à incandescence, à décharge, ampoules LED). Il est important de savoir que les relais d'éclairage avec sortie à thyristor ne pourront pas fonctionner avec des lampes à économie d'énergie, ainsi qu'avec certains types en raison de caractéristiques de conception. Cette nuance doit être prise en compte afin de ne pas endommager le matériel.

Examinons plusieurs schémas d'auto-assemblage d'un interrupteur crépusculaire à la maison. Par exemple, voyons comment réaliser une veilleuse triac avec une cellule photoélectrique.

instructions de montage

Il s'agit du circuit photorelais le plus élémentaire composé de plusieurs parties : un triac Quadrac Q60, une résistance de référence R1 et une photo de l'élément FSK :

En l'absence de lumière, la touche triac s'ouvre complètement et la lampe de la veilleuse brille à pleine incandescence. Avec une augmentation de l'éclairage dans la pièce, un décalage de tension se produit au niveau du contact de commande et la luminosité de la lampe change, jusqu'à l'atténuation complète de l'ampoule.

Veuillez noter qu'une tension potentiellement mortelle est présente dans le circuit. Il doit être connecté et testé avec le plus grand soin. Et l'appareil fini doit être dans un boîtier diélectrique.

Le circuit suivant avec sortie relais :

Le transistor VT1 amplifie le signal du diviseur de tension, composé d'une photorésistance PR1 et d'une résistance R1. VT2 contrôle le relais électromagnétique K1, qui peut avoir des contacts normalement ouverts et normalement fermés, selon l'objectif. La diode VD1 shunte les impulsions de tension lors de la désactivation de la bobine, protégeant ainsi les transistors des pannes dues aux surtensions inverses. Après avoir examiné ce circuit, vous constaterez que sa partie (surlignée en rouge) est proche en fonctionnalité des assemblages de modules de relais prêts à l'emploi pour Arduino.

En retravaillant légèrement le circuit et en le complétant avec un transistor et une photocellule solaire provenant d'une vieille calculatrice, un prototype d'interrupteur crépusculaire a été assemblé - un relais photo fait maison sur un transistor. Lorsque la cellule solaire PR1 est éclairée, le transistor VT1 s'ouvre et envoie un signal au module relais de sortie, qui commute ses contacts, contrôlant la charge utile.