Îmbunătățim sistemul de iluminat utilizând circuitul fotoreleu de tip „do-it-yourself”. Fototranzistor dintr-un tranzistor simplu Cum se face o fotodiodă dintr-un tranzistor
Funcționarea diferitelor receptoare de radiații semiconductoare (fotorezistoare, fotodiode, fototranzistoare, fototiristoare) se bazează pe utilizarea unui efect fotoelectric intern, care constă în faptul că perechile de purtători de sarcină, electroni și găuri, sunt generate în semiconductori sub acțiunea radiatii. Acești purtători suplimentari cresc conductivitatea electrică. Această conductivitate suplimentară, datorită acțiunii fotonilor, se numește fotoconductivitate. În metale, fenomenul de fotoconductivitate este practic absent, deoarece concentrația lor de electroni de conducție este uriașă (aproximativ 1022 cm -3) și nu poate crește semnificativ sub acțiunea radiației. În unele dispozitive, din cauza fotogenerării electronilor și a găurilor, apare un EMF, care se numește în mod obișnuit foto-EMF, iar apoi aceste dispozitive funcționează ca surse de curent. Și ca urmare a recombinării electronilor și a găurilor în semiconductori, se formează fotoni și, în anumite condiții, dispozitivele semiconductoare pot funcționa ca surse de radiație.
Un fototranzistor este un receptor de radiație semiconductor fotosensibil, similar ca structură cu un tranzistor și care asigură amplificarea internă a semnalului. Poate fi considerat ca fiind format dintr-o fotodiodă și un tranzistor. Fotodioda este partea iluminată a joncțiunii bază-colector, tranzistorul este partea din structura situată direct sub emițător. Deoarece fotodioda și joncțiunea de colector a tranzistorului sunt combinate structural, fotocurentul este adăugat la curentul de colector. Tensiunea de alimentare este aplicată astfel încât joncțiunea colectorului să fie închisă și joncțiunea emițătorului să fie deschisă. Baza poate fi dezactivată.
Spre deosebire de un tranzistor bipolar, un fototranzistor nu are contact electric cu baza, iar curentul de bază este controlat prin schimbarea iluminării. Din acest motiv, din punct de vedere structural, fototranzistorul are doar două ieșiri - un emițător și un colector.
Figura 2.1 - a) Schema unui fototranzistor cu structură p-n-p;
b) diagrama de benzi a unui fototranzistor în regim activ
Pe fig. 2.1 prezintă circuitul de comutare a fototranzistorului și diagrama de benzi în modul activ de funcționare.
Când un flux de lumină lovește regiunea n a bazei, în ea se generează electroni și găuri de neechilibru. Găurile vor fi purtători minoritari, iar o creștere a concentrației lor va duce la o creștere a componentei de deriva a curentului de la bază la colector. Valoarea fotocurentului primar „sămânță” va fi exprimată prin aceleași rapoarte ca și fotocurentul unei diode bazate pe o joncțiune p-n. Singura diferență este că purtătorii de neechilibru implicați în fotocurent din fototranzistor sunt colectați din regiunea de bază, a cărei lățime W este mai mică decât lungimea de difuzie L p . Prin urmare, densitatea fotocurentului primar „sămânță” va fi:
Datorită faptului că găurile de neechilibru merg de la bază la colector, baza este încărcată negativ față de emițător, ceea ce este echivalent cu polarizarea directă a joncțiunii emițătorului fototranzistorului. Cu o polarizare directă a joncțiunii p-n emițătorului, apare o componentă a curentului de injecție de la emițător la bază. Când coeficientul de transfer al curentului de emițător b în baza recombină (1-b) purtătorii injectați, sau în timpi mai mici decât numărul de purtători injectați. În condiții de curent staționar, numărul de purtători recombinați din bază ar trebui să fie egal cu numărul lor rămas cu fotocurentul inițial. Prin urmare, curentul de injecție trebuie să fie de câteva ori mai mare decât fotocurentul primar. Curentul colector I K va fi format din trei componente: fotocurent primar I f, injecție VI f și curent termic I K0 .
I K \u003d I f + în I f \u003d (v + 1) I f + I K0 (2.2)
Folosind expresia câștigului în curentul de bază prin parametrii de proiectare și tehnologici ai tranzistorului bipolar, obținem:
Valoarea fotocurentului primar I Ф este exprimată în funcție de parametrii fluxului luminos și de caracteristicile materialului semiconductor în modul standard:
Când baza este iluminată, în ea apar perechi electron-gaură. La fel ca într-o fotodiodă, perechile care au ajuns la joncțiunea colectorului ca urmare a difuziei sunt separate de câmpul de joncțiune, purtătorii minoritari se deplasează de la bază la colector, în timp ce curentul acestuia crește. Purtătorii majoritari rămân în bază, scăzându-i potențialul în raport cu emițătorul. În acest caz, se creează o tensiune directă suplimentară la joncțiunea emițătorului, provocând o injecție suplimentară de la emițător în bază și o creștere corespunzătoare a curentului colectorului.
Figura 2.2 - Diagrama energetică a fototranzistorului (a) și caracteristicile curent-tensiune ale fototranzistorului la diferite niveluri de iluminare (b).
Funcționarea unui fototranzistor cu un emițător comun
Luați în considerare, de exemplu, funcționarea unui fototranzistor într-un circuit cu emițător comun cu baza oprită. Fotocurentul joncțiunii colectorului se adaugă la curentul inversor al colectorului, prin urmare, în formula pentru curentul tranzistorului, în loc de J K0, ar trebui să se pună
J K0 + J F / J = (J K0 + J F) / (1-b).
Când J K 0>>J Ф J =J Ф / (1-b) ? în J F, adică fotocurentul fototranzistorului este amplificat în timp în comparație cu curentul fotodiodei. În consecință, și sensibilitatea crește în timp. Curentul poate fi amplificat cu un factor de 1000, astfel încât sensibilitatea unui fototranzistor este de multe ori mai mare decât a unei fotodiode. Cu toate acestea, deoarece produsul câștigului pe lățime de bandă este o valoare constantă, frecvența limită scade cu un factor de 1.
Figura 2.3 - Circuitul echivalent al unui fototranzistor.
Prezența difuziei purtătorului determină o inerție semnificativă a dispozitivului f = 10-5 -10-6 s. Pe măsură ce baza se îngustează, timpul de difuzie scade, dar și sensibilitatea scade. Pentru fototranzistoarele cu germaniu SI = 0,2-0,5 A / lm, V slave = 3 V, I întuneric = 300 μA, f = 0,2 ms. În carcasa dispozitivului este prevăzută o fereastră transparentă, prin care fluxul de lumină intră de obicei în zona de bază a fototranzistorului. Aria zonei fotosensibile este de 1-3 mm 2 .
fotorezistor
IMHO o specie pe cale de dispariție. Ultima dată când l-am văzut a fost când eram copil. De obicei, este o astfel de cherestea rotundă metalică cu o fereastră de sticlă în care este vizibil un fel de. Când este iluminată, rezistența sa scade, deși ușor, de trei până la patru ori.
Fototranzistor
În ultimul timp, m-am întâlnit cu ei tot timpul, o sursă inepuizabilă de fototranzistori - drive-uri de cinci inci. Ultima dată am, la prețul murdăriei, nadybyl pe piața de vechituri radio 5 bucăți de eșarfă de pe dischete, unde tranzistorii de lumină sunt vizavi de găurile pentru controlul înregistrării și rotației dischetei. Un alt fototranzistor dublu (sau poate o fotodiodă, dacă ai noroc) se află într-un mouse obișnuit cu bilă.
Arată ca un LED obișnuit, doar corpul este transparent. Cu toate acestea, LED-urile sunt, de asemenea, aceleași, așa că este ușor de confundat care dintre ele este cine. Dar acest lucru nu contează, partizanul este ușor de calculat cu un multimetru obișnuit. Este suficient să porniți un ohmmetru între emițător și colector (nu are bază) și să străluciți pe el, deoarece rezistența sa se va prăbuși pur și simplu catastrofal - de la zeci de kilo-ohmi la câțiva ohmi. Cel pe care îl am în detectorul de rotație a vitezei din robot își schimbă rezistența de la 100 kOhm la 30 Ohm. Fototranzistorul funcționează ca unul normal - reține curentul, dar ca acțiune de control nu există curentul de bază, ci fluxul luminos.
Fotodiodă
În exterior, nu este diferit de un fototranzistor sau un LED convențional într-o carcasă transparentă. De asemenea, uneori există fotodiode antice în carcase metalice. De obicei, acestea sunt dispozitive sovietice, mărcile FD-cheto sunt acolo. Un astfel de cilindru metalic cu o fereastră la capăt și fire care ies din fund.
Spre deosebire de un fototranzistor, acesta poate funcționa în două moduri diferite. În fotovoltaic și fotodiodă.
În prima versiune, fotovoltaică, fotodioda se comportă ca o baterie solară, adică a strălucit pe ea - la borne a apărut o tensiune slabă. Se poate intari si aplica =). Dar este mult mai ușor să lucrezi în modul fotodiodă. Aici aplicăm o tensiune inversă fotodiodei. Deoarece, deși este o fotografie, este o diodă, tensiunea nu va merge în direcția opusă, ceea ce înseamnă că rezistența sa va fi aproape de o întrerupere, dar dacă este iluminată, dioda va începe să se graveze foarte puternic și rezistența sa va scădea brusc. Și brusc, cu câteva ordine de mărime, ca un fototranzistor.
Gamă
Pe lângă tipul de dispozitiv, are și un spectru de lucru. De exemplu, un fotodetector ascuțit pentru spectrul infraroșu (și majoritatea dintre ele) practic nu reacționează la lumina unui LED verde sau albastru. Reacționează prost la o lampă fluorescentă, dar reacționează bine la o lampă incandescentă și un LED roșu și nu este nimic de spus despre infraroșu. Așa că nu fi surprins dacă fotosenzorul tău reacționează prost la lumină, poate ai făcut o greșeală cu spectrul.
Conexiune
Acum este timpul să arătăm cum să-l conectați la microcontroler. Totul este clar cu fotorezistorul, aici nu sunt probleme - îl iei și îl conectezi conform diagramei.
Cu o fotodiodă și un fototranzistor este mai dificil. Este necesar să se determine unde are un anod / catod sau emițător / colector. Acest lucru se face simplu. Luați un multimetru, îl puneți în modul de continuitate a diodei și vă agățați de senzor. Multimetrul în acest mod arată căderea de tensiune pe diodă / tranzistor, iar căderea de tensiune aici depinde în principal de rezistența sa U = I * R. Luați și iluminați senzorul, urmând citirile. Dacă numărul a scăzut brusc, atunci ați ghicit corect și firul roșu este pe catod / colector, iar cel negru este pe anod / emițător. Dacă nu s-a schimbat, schimbați pinii. Dacă nu ajută, atunci fie detectorul este mort, fie încercați să obțineți o reacție de la LED (apropo, LED-urile pot servi și ca detectoare de lumină, dar totul nu este atât de simplu acolo. Cu toate acestea, când am aveți timp, vă voi arăta această perversiune tehnologică).
 |
Acum despre funcționarea circuitului, totul este elementar aici. În stare întunecată, fotodioda nu trece curent în sens opus, fototranzistorul este de asemenea închis, iar rezistența fotorezistorului este foarte mare. Rezistența de intrare este aproape de infinit, ceea ce înseamnă că intrarea va avea tensiunea de alimentare completă, adică una logică. De îndată ce dioda / tranzistorul / rezistorul este iluminat, rezistența scade brusc, iar ieșirea se dovedește a fi plantată strâns pe pământ, bine sau foarte aproape de pământ. În orice caz, rezistența va fi mult mai mică decât rezistența de 10kΩ, ceea ce înseamnă că tensiunea va dispărea brusc și va fi undeva la nivelul zero logic. În AVR și PIC, nici măcar nu puteți instala o rezistență, un pull-up intern este suficient. Deci DDRx=0 PORTx=1 și vei fi fericit. Ei bine, înfășurați-l ca pe un buton normal. Singura dificultate poate apărea cu un fotorezistor - rezistența sa nu scade atât de puternic, așa că este posibil să nu ajungă la zero. Dar aici vă puteți juca cu valoarea rezistenței de tragere și vă puteți asigura că schimbarea rezistenței este suficientă pentru a trece prin nivelul logic.
Dacă este necesar să se măsoare iluminarea și să nu se prindă în mod prostesc lumina / întuneric, atunci va fi necesar să conectați totul la ADC și să faceți variabil rezistorul de pull-up pentru a ajusta parametrii.
Există, de asemenea, un tip avansat de senzori foto - TSOP există un detector de frecvență încorporat și un amplificator, dar despre asta voi scrie puțin mai târziu.
Z.Y.
Am niște parcuri aici, așa că site-ul va fi foarte prost cu actualizarea, cred că e înainte de sfârșitul lunii. Apoi sper să revin la ritmul anterior.
Fotorezistoarele sunt fabricate din materiale semiconductoare care își modifică rezistența în funcție de gradul de iluminare. Principala lor diferență față de alte dispozitive fotovoltaice constă în stabilitatea ridicată a parametrilor și liniaritatea modificării rezistenței pe o gamă destul de largă. Această din urmă proprietate permite utilizarea fotorezistoarelor nu numai în automatizarea digitală, ci și în tehnologia analogică, de exemplu, ca control al volumului sunetului izolat galvanic.
Fotorezistoarele sunt elemente relativ inerțiale cu o viteză mult mai mică (de câțiva kiloherți) în comparație cu fotodiodele și fototranzistoarele. După schimbări bruște de iluminare, rezistența lor nu se schimbă brusc, ci „plutește” de ceva timp. Acest lucru trebuie luat în considerare în munca practică și să reziste la mici pauze pentru a se adapta la lumină. Cât de „mic”, va spune experimentul.
În funcție de sensibilitatea spectrală, fotorezistoarele sunt împărțite în două grupuri mari: pentru funcționarea în părțile vizibile și în infraroșu ale spectrului. Circuitele lor electrice de comutare sunt aceleași (Fig. 3.44, a ... m). Singurul lucru pe care trebuie să-l știți în avans din fișa de date este tensiunea maximă de funcționare admisă. În special, fotorezistoarele SF2-5, SFZ-4A / B, SFZ-5 nu pot fi alimentate mai mult de 1,3 ... 2 V. Marea majoritate a fotorezistoarelor pot funcționa la tensiuni de 5 ... 50 V. Rezistența lor întunecată este 1 ... 200 MΩ , iar în starea iluminată - cu două sau trei ordine de mărime mai puțin.
Orez. 3.44. Scheme pentru conectarea fotorezistoarelor la MK (început) -.
a) rezistențele /? U, formează un divizor de tensiune. Când fotorezistorul /? Rezistența acestuia scade. Rezistorul J servește ca protecție în cazul unui scurtcircuit complet al trimmerului și al unui transfer eronat al liniei MK în modul de ieșire cu un nivel ÎNALT. Dacă rezistorul R2 este constant, atunci rezistorul R3 poate fi înlocuit cu un jumper;
c) conectarea fotorezistorului /? 2k MK cu referire la un fir comun, și nu la circuitul de putere. Când fotorezistorul R2 este iluminat, tensiunea la intrarea MK scade;
Orez. 3.44. Scheme pentru conectarea fotorezistoarelor la MK (continuare):
d) "Releu Turchenkov" economic pe tranzistoare cu germaniu VTI, K72 de conductivitate diferită. Rezistorul este setat să introducă pragul de răspuns;
e) fotorezistorul RI determină curentul de bază al tranzistorului UT1, deoarece intră în brațul superior al divizorului RI, R2. Este necesar să setați cursorul de rezistență variabilă într-o astfel de poziție încât curentul de bază al tranzistorului UT1 să nu depășească norma atunci când fotorezistorul este puternic iluminat;
f) în starea inițială, fotorezistorul /?2 este aprins, tranzistorul UT1 este închis, LED-ul NI este stins. Când nivelul de iluminare al fotorezistorului scade la un anumit prag (reglat de rezistența R3), tranzistorul se deschide, LED-ul se aprinde și un nivel LOW este setat la intrarea MK;
g) un înregistrator de flash-uri scurte de lumină sau un receptor de semnale modulate în impuls. Tranzistorul VTI este în modul de întrerupere. Condensatorul C/ elimină alarmele false de la schimbări lente ale iluminării de fundal, de exemplu, când ziua se schimbă noaptea;
h) tranzistorul VTI crește sensibilitatea fotosenzorului R2, ceea ce vă permite să utilizați o linie obișnuită de port MK și nu doar intrarea ADC. Rezistorul stabilește poziția punctului de funcționare al tranzistorului UT1\
i) dacă ambele fotorezistoare R2 sunt aprinse, atunci există un nivel LOW la intrarea MK (reglat de rezistența R1). Dacă unul (oricare) fotorezistoare este întunecat, atunci „fotorezistența” totală va crește brusc și va apărea un nivel ÎNALT la intrarea MK. Fotorezistențele îndeplinesc funcția logică „lumină ȘI”;
Orez. 3.44. Scheme pentru conectarea fotorezistoarelor la MK (capăt):
j) rezistența R3 reglează pragul de funcționare al OA DAI (comparator de tensiune). Rezistența rezistorului R2 este aleasă aproximativ la fel ca RI în starea „inactivă”. Cu o îndepărtare semnificativă a fotorezistorului, firele sale de conectare ar trebui să fie ecranate;
k) condensatorii C /, C2 măresc stabilitatea măsurătorilor, elimină zgomotul de impuls și creează o mică histerezis cu fluctuații bruște ale iluminării;
l) comparatorul analog intern al MK este utilizat pentru a evalua nivelul de iluminare. Este utilizată metoda de comparare a tensiunii măsurate cu „fierăstrăul”, care este generată de MK însuși la borna negativă a comparatorului (linia de intrare devine temporar ieșire).
Fotodiode în circuite pe MK
Fotodiodele aparțin clasei de dispozitive semiconductoare, a căror funcționare se bazează pe efectul fotoelectric intern Când joncțiunea /?-A7 este iradiată cu fotoni, generarea purtătorilor de curent are loc în interiorul semiconductorului. O modificare a curentului este echivalentă cu o schimbare a rezistenței, care este ușor de fixat și măsurat.
Fotodiodele sunt utilizate pe scară largă pentru a detecta radiația luminoasă. Avantajul lor, în comparație cu fotorezistoare și fototranzistoare, este viteza mare și sensibilitatea bună.
Există două moduri principale de funcționare a fotodiodelor:
Diodă (fotodiodă, fotorezistor) cu polarizare inversă;
Generator (fotovoltaic, fotovoltaic) fără polarizare.
Modul diodă este folosit mai des și se caracterizează printr-o gamă largă
modificarea rezistenței inverse și viteză bună. Modul generator are următoarele dezavantaje: capacitate echivalentă mare și inerție mare. Avantajul este un nivel scăzut de zgomot propriu.
Fotodiodele sunt fabricate de Vishay, OSRAM, Hamamatsu Photonics, Quartz, etc. Parametri tipici: lungime de undă 850…950 nm, sensibilitate la curent 10…80 µA, lățimea fasciculului 15…65°, timp de creștere/cădere 2…100 ns, temperatura de funcționare - 55…+ 100°С. Sensibilitatea fotodiodelor scade odată cu creșterea temperaturii și a tensiunii. Curentul de întuneric crește de 2-2,5 ori la fiecare 10°C, motiv pentru care compensarea termică este adesea introdusă în circuit.
Pe Fig. 3.45, a ... g prezintă diagramele pentru conectarea directă a fotodiodelor la MC. Pe Fig. 3.46, a ... e prezintă circuite cu amplificatoare cu tranzistori. Pe Fig. 3.47, a ... o - cu amplificatoare pe microcircuite.
b) conectarea fotodiodei BLI la circuitul de alimentare. Apăsarea comutatorului SI simulează starea de iluminare a fotodiodei în timpul verificărilor de testare;
c) creșterea sensibilității generale datorită conexiunii în paralel a mai multor fotodiode BLI…Bin. Fotodiodele îndeplinesc funcția logică „lumină SAU”;
d) conectarea în paralel a mai multor fotodiode cu referire la un fir comun;
e) conectarea în serie a fotodiodelor conform schemei „ȘI lumină”. Vă permite să detectați momentul de întunecare a unuia dintre mai mulți fotodetectori iluminați de pe transportor;
f) conectarea în serie a mai multor fotodiode cu referire la un fir comun;
g) Circuit de comutare fotodiodă BLI cu sensibilitate și histerezis crescute (R6). Este necesară echilibrarea preliminară a punții cu rezistența R3.
a) fotodioda BL1 înlocuiește rezistența de bază a amplificatorului tranzistor;
b) LED-ul NI care clipește servește ca... un fotodetector. În starea inițială, NI generează impulsuri electrice (nu luminoase!) cu o frecvență de „clipire” de aproximativ 2 Hz. Cu iluminare externă, generația se defectează, ceea ce fixează MK prin tranzistorul VTI \\
c) cheia de pe tranzistorul VT1 crește imunitatea la zgomot și crește abruptul fronturilor semnalului de la fotosenzorul BLL Condensator C/ elimină interferența de la fluctuațiile luminii;
d) mixer de frecvenţă optoizolat. Intrarea MK primește un semnal cu o diferență de frecvență de modulație „luminoasă” „/, -/2” de la două LED-uri HL1 (/j) și HL2 (f2). Circuitul /1 / trebuie reglat la diferența de frecvență;
e) creșterea sensibilității datorită conexiunii în paralel a două fotodiode VI, BL2. Tranzistorul VTI este în întrerupere și nu răspunde la deplasarea lentă a luminii;
e) în loc de amplificator operațional DAI, puteți utiliza un comparator analogic MK. Viteza de recepție a fotodiodei „laser” este de până la 5 Mbit / s printr-un cablu de fibră optică cu o lungime de Yum ... 1 km.
a) utilizarea unui amplificator de precizie DA1 (Analog Devices) pentru a asigura stabilitatea pe termen lung a semnalelor de la senzorul foto BLI
b) includerea non-standard a LED-ului NI IR ca fotodetector în domeniul lungimii de undă în infraroșu. Rezistorul reglează câștigul cascadei la amplificatorul operațional DAI \\
c) modelator-amplificator pe cipul „televizor” DA1. Rezistorul controlează sensibilitatea senzorului foto BLI
d) alimentare bipolară a OS DA /. Condensatorul CI elimină „soneria” de pe fronturile de semnal care apare atunci când are loc o schimbare bruscă a iluminării. Acesta este un truc standard și pentru alte scheme;
e) pentru a reduce interferența externă, amplificatorul de transimpedanță DA 1.2 (acesta este un convertor curent-tensiune) este acoperit de feedback prin integratorul DAI.3. Amplificatorul operațional este alimentat de la linia de ieșire a MK. Referința de 0,5 V formează adeptul DAL /;
Orez. 3.47. Scheme de conectare a fotodiodelor la M K prin amplificatoare pe microcircuite
(continuare):
f) fotodiodele VTS, 5L2 trebuie să fie iluminate pe rând, altfel rezistența lor totală se poate dovedi atât de scăzută încât va funcționa un supracurent al sursei de alimentare;
g) condensatorul C2 elimină „soneria” cu o capacitate intrinsecă mare a fotodiodei VI
h) un colormetru bazat pe o fotodiodă BL1 (Advances Photonics), care are o sensibilitate „în formă de clopot” în intervalul 150…400 nm. Jumper ^S/ stabilește câștigul;
i) parametrii stabili ai fotorecepției în domeniul infraroșu sunt asigurați de un microcircuit de precizie Z) / 1 / (Analog Devices), filtrul C4, R4 ... R6 și o diodă zener VDI.
j) conexiune „amplificator-detector-shaper” pe amplificatorul operațional DAI cu ajustare a pragului (R6)\O
Orez. 3.47. Scheme pentru conectarea fotodiodelor la MK prin amplificatoare pe microcircuite
(final):
k) comparatorul de pe cipul DA1 oferă sensibilitate ridicată și imunitate la zgomot. Rezistorul J reglează pragul de „lumină” pentru un anumit tip de fotodiodă BL1\
m) se reglează sensibilitatea cu un rezistor și se stabilește punctul de funcționare al elementului logic DDI (de preferință cu o caracteristică de declanșare Schmitt, de exemplu, K561TL2);
m) BL1 - senzor RGB cu trei culori (Componente laser), DAI - amplificator de transimpedanță cu patru canale (Promis Electro Optics). Unul dintre cele patru canale analogice de amplificare nu este utilizat. Semnalele de la ieșirile lui M K stabilesc modurile de funcționare și amplificarea DA1 \ o) un înregistrator extrem de sensibil al radiațiilor foto sau radiațiilor pe o fotodiodă specializată VI pin (cele similare sunt fabricate de Hamamatsu Photonics). Elementul DA 1.1 îndeplinește funcția de transimpedanță, iar DA1.2 - un amplificator de semnal convențional.
Fototranzistoare în circuitele MK
Un fototranzistor este un dispozitiv semiconductor fotosensibil similar ca structură cu un tranzistor bipolar sau cu efect de câmp. Diferența constă în faptul că în carcasa lui este prevăzută o fereastră transparentă, prin care fluxul luminos pătrunde în cristal. În absența iluminării exterioare, tranzistorul este închis, curentul colectorului este neglijabil. Când razele de lumină lovesc joncțiunea de bază /?-A7, tranzistorul se deschide și curentul său de colector crește brusc.
Fototranzistoarele, spre deosebire de fotorezistoare, au viteză mare și, spre deosebire de fotodiode, au proprietăți de amplificare (Tabelul EVIL).
Fototranzistorul, în prima aproximare, poate fi reprezentat ca o fotodiodă echivalentă conectată în paralel cu joncțiunea colector a unui tranzistor convențional. Câștigul fotocurentului este direct proporțional cu /7213. prin urmare, sensibilitatea unui fototranzistor este de atâtea ori mai mare decât cea a unei fotodiode.
Principalul parametru care trebuie monitorizat la proiectarea circuitelor fototranzistoare este curentul colectorului. Pentru a nu-i depăși norma, este necesar să setați rezistențe suficient de mari în colector/emițător.
Fototranzistoarele sunt fabricate de Vishay, Kingbright, Avago Technologies etc. Parametri tipici: lungime de undă 550…570 sau 830…930 nm, curent de colector în stare iluminată 0,5…10 mA, unghi de jumătate de sensibilitate 15…60°, timp de creștere/cădere 2 …6 µs, temperatura de funcționare -55…+ 100°С, conductivitate p-p-p.
Există fototranzistoare cu doi și trei pini. Ele diferă între ele în primul rând prin absența / prezența unui robinet de la bază.
În fototranzistoarele cu două terminale, numai colectorul și emițătorul sunt accesibile din exterior. Acest lucru face dificilă stabilizarea punctului de funcționare și face ca camera să fie dependentă de temperatura ambiantă, mai ales în condiții de lumină scăzută.
Fototranzistoarele cu două terminale și fotodiodele de dimensiuni mici sunt vizual similare cu „frații gemeni”. Aflarea „ce este ce” ajută la formarea concluziilor cu un ohmmetru. Tensiunea de testare la bornele sale trebuie să fie de cel puțin 0,7 V. Dacă rezistența într-o direcție este mult mai mare decât în cealaltă, atunci aceasta este o fotodiodă. Dacă o rezistență mare sună în două direcții, atunci acesta este un fototranzistor (sau o fotodiodă eșuată).
Fototranzistoarele cu trei pini sunt mai puțin comune decât cele cu doi pini. Pentru a le conecta, folosesc circuitele obișnuite ale tranzistorului, și anume, stabilizează punctul de funcționare cu ajutorul divizoarelor pe rezistențe, introduc feedback, compensare termică etc.
Pe Fig. 3.48, a ... e prezintă diagrame pentru conectarea directă a fototranzistoarelor la MC. Pe Fig. 3.49, a ... h prezintă circuite cu amplificatoare cu tranzistori, în Fig. 3,50, a ... g - cu amplificatoare pe microcircuite.
Orez. 3.48. Scheme pentru conectarea directă a fototranzistoarelor la MK:
a) fototranzistorul 5L/ este pornit conform circuitului amplificator cu emițător comun. Este permis să funcționeze în modul microcurent al colectorului (rezistența ridicată a rezistenței RI), dar stabilitatea temperaturii se deteriorează. În loc de o intrare ADC, MK-urile folosesc adesea o linie de port digital convențională cu fixarea pragului stării „pornit” / „fără lumină”;
b) conectarea în paralel a fototranzistoarelor BL1, 5L2 crește sensibilitatea la lumină. Fototranzistoarele efectuează o funcție logică „SAU” pentru semnale de la diferite surse de lumină. Condensatorul C/ reduce zgomotul de impuls. Pot exista mai mult de două fototranzistoare paralele;
c) fotodetector de semnale luminoase pulsate și modulate. Dispozitivul nu reacționează la modificări lente ale iluminării datorită condensatorului de izolare C/. În loc de un rezistor, puteți utiliza rezistorul intern „pull-up” MK;
d) fototranzistorul BLI este conectat conform circuitului follower emițător. Condensatorul C / reduce interferența „luminii” de impuls și pickup-urile electrice puternice care se pot „scurge” la intrarea MK atunci când fototranzistorul este în stare închisă;
e) într-un fototranzistor BLI cu trei pini, robinetul de bază este utilizat pentru a furniza feedback prin tranzistorul VTI. Filtrul RI, C1 blochează semnalele de flux luminos cu o frecvență de modulație sub 100 Hz (pentru a elimina senzorul din „pâlpâirea” lămpilor incandescente);
e) condensatorul C/ și tranzistorul VT1 organizează un „filtru trece-înalt de lumină” pentru a suprima semnalele fluxului luminos cu o frecvență de modulație sub 80 Hz. Acest lucru previne trecerea interferențelor la intrarea MK, cauzate de „pâlpâirea” lămpilor incandescente ale rețelei de 50 Hz.
a) nodul de intrare al „pistolului ușor” de la consola de jocuri video „Dendy”. Fototranzistorul BL1 este trimis pe ecranul televizorului. Rezistorul /? 2 reglează domeniul de recepție;
b) tranzistorul cu efect de câmp VTI realizează potrivirea rezistențelor RI și R2 \\
c) un amplificator în două trepte bazat pe tranzistori cu conductivitate diferită KG/, KT'2 oferă o sensibilitate crescută a fotosenzorului VI\
d) o versiune îmbunătățită a senzorului foto pentru „pistolul de lumină” cu ajustare automată la luminozitate diferită de fundal. Elementele VTI, R1, R2 formează un stabilizator dinamic de curent;
e) rezistența R2 selectează o astfel de poziție încât tranzistorul VTI să fie deschis în absența iluminării fototranzistorului BLL Condensatorul C1 filtrează interferența;
f) Declanșatorul Schmitt pe tranzistoarele cu efect de câmp VTI, KT'2 determină pragul de funcționare a fotosenzorului BL1. Condensatorul C1 elimină interferența „luminii” de impuls;
g) diode VD1, cresc imunitatea la zgomot a amplificatorului pe tranzistorul VTI \ 0
h) un amplificator în trei trepte bazat pe tranzistori KG / ... cu indicarea vizuală a primirii pachetelor de la un senzor infraroșu ^L / LED HL1.
Orez. 3,50. Scheme pentru conectarea fototranzistoarelor la MK prin amplificatoare pe microcircuite:
a) Senzor fototranzistor BLI cu comparator integral DAI wc reglare gamă largă de parametri cu două rezistențe variabile R2, R3\
b) declanșare Schmitt pe cipul logic DZ) / îmbunătățește imunitatea la zgomot și crește abruptul fronturilor semnalelor provenite de la fototranzistorul VI
c) fototranzistorul ^L/ este conectat la un comparator integral extern DA1 pentru a îmbunătăți precizia de funcționare. Condensatorul C/ mărește abruptul fronturilor semnalelor;
d) un filtru trece-bandă pe un cip de decodor DA/ton (National Semiconductor) prelucrează semnalele luminoase modulate în impuls primite de fototranzistorul BLI. Frecvența centrală a filtrului este determinată de formula / ^ „[kHz] \u003d 1 / (/? 2 [kOhm] -C4 [μF]). Lățimea de bandă a filtrului este invers proporțională cu capacitatea condensatorului C2. Rezistorul /?/ setează nivelul optim al semnalului de intrare pentru DAI în intervalul 100…200 mV.
Viața pentru o persoană devine mai confortabilă în fiecare zi. Există invenții noi, dispozitive care lucrează fără o persoană. Un astfel de dispozitiv este un simplu fotoreleu. Îl cumpără dintr-un magazin; a face un releu foto cu propriile mâini este mai economic și mai interesant. Veți găsi întotdeauna instrumentele și piesele necesare la îndemână.
Să asamblam fotoreleul cu propriile noastre mâini.
Am cumpărat un tranzistor cu efect de câmp. Am folosit această schemă pentru a ilumina garajul. Funcționează de aproximativ 2 luni fără probleme. Funcționează de la un acumulator, prin creștere. Folosesc două baterii, le-am lipit la convertorul de curent continuu, am pus 12 volți pe el. Ieșirea este acum de 12 volți, conectăm banda LED, se aprinde.
Să trecem la circuitul fotoreleului. Să facem să funcționeze banda LED, stingem lumina. Și când îl pornim, se va stinge.
Cum să asamblați un circuit care va funcționa? Nu vom folosi circuite abstruse din electronica radio, deoarece nimic nu este clar în ele. Vom folosi propria noastră schemă de fotorelee, care este mai ușor de înțeles pentru toată lumea.
Circuitul fotoreleu constă dintr-un tranzistor, o sursă de alimentare, un rezistor (rezistență), o bandă LED și un fotorezistor. Luăm tranzistorul și îi semnăm picioarele. Piciorul din stânga este poarta, piciorul din dreapta este sursa, iar cel din mijloc este scurgerea. Pune tranzistorul deoparte. Fotorezistorul nostru este conectat la poartă și la sursă. Firul negativ de la banda LED este conectat la sursă, firul pozitiv al benzii este conectat la un rezistor. Firul pozitiv merge și de la sursa de alimentare la rezistor. Adică, două fire vor fi conectate la rezistor: de la banda LED și de la sursa de alimentare pozitivă.
Apoi, firul de la firul rezistorului merge la poarta tranzistorului. Adică un fir de la un fotorezistor, de la un rezistor (două fire) se va apropia de poarta tranzistorului. Conectăm firul negativ de la sursa de alimentare la sursă. Acesta este un circuit pentru ca lumina de fundal să funcționeze în întuneric, iar când lumina este stinsă, se stinge.
Să-l punem împreună și să vedem cum funcționează. Luăm un tranzistor, un fotorezistor, îl lipim la picioare cu un fier de lipit. Luăm un rezistor de câțiva kilo-ohmi. Dimensiunea sa nu este deosebit de importantă, deoarece trebuie selectată pentru tine. Puteți pune mai mult sau mai puțin, sensibilitatea senzorului se va schimba. În funcție de iluminare și de rezistența rezistenței, lumina de fundal se va aprinde. Luăm banda LED, lipim firul negativ la scurgere, adică la piciorul din mijloc. Lipiți firul pozitiv la rezistorul de la celălalt capăt.
Aceasta este vederea rezultatului nostru intermediar al asamblarii circuitului fotoreleu cu propriile noastre mâini:
Am lipit fotorezistorul la picioarele extreme ale tranzistorului. Contactul negativ de la banda LED a fost lipit pe piciorul din mijloc. Contactul pozitiv a fost lipit printr-un rezistor la piciorul din stânga (poarta).
Luăm sursa de alimentare, contactul negativ, o lipim pe piciorul din dreapta (sursă). Lipim contactul pozitiv de la sursa de alimentare la rezistor, in acelasi loc in care am lipit contactul pozitiv de la banda LED. Ar trebui să obțineți o astfel de schemă, conform unei scheme desenate anterior.
Să verificăm funcționarea circuitului fotoreleu cu propriile noastre mâini. Închidem fotorezistorul, lumina de fundal se aprinde. Această schemă este elementară, foarte ieftină. Componentele radio costă doar bănuți.
Domeniul de aplicare al fotoreleului.
Acest aparat este folosit in diverse momente ale zilei, in gradina. Cu el, deschide jaluzelele, păzește casa.
Circuit de releu foto.
Circuitul fotoreleu include două tranzistoare, rezistență, diodă, fotorezistor. Tranzistorul este utilizat KT315B, care este inclus ca un compozit. Sarcina sa este înfășurarea releului. Aceasta oferă amplificarea intrării, permițând pornirea cu rezistență considerabilă.
Când lumina crește pe fotorezistor, care este conectat între baza primului tranzistor, primul tranzistor și nr. 2 se deschid. Apare curentul de colector al celui de-al 2-lea tranzistor, releul este activat, contactele se închid și sarcina este conectată. Așa funcționează dispozitivul.
Pentru a proteja circuitul de forța electromotoare a inducției, o diodă KD522 este conectată atunci când releul este oprit. Pentru a regla sensibilitatea dorită a primului tranzistor, este conectat un tranzistor cu o rezistență nominală de 10 kilohmi.
Fotoreleul este folosit pentru iluminat, spații, case. Circuitul depinde de setul de ieșiri la sarcini.
În tabloul electric sunt instalate întrerupătoare automate și suprasarcini.
Sursa de alimentare a unui astfel de releu este realizată din curent continuu de la 5 la 15 volți. Dacă sursa de tensiune este proiectată pentru 6 volți, atunci se utilizează fotoreleul RES-9.
Pentru a lipi circuitul, este mai bine să faceți o placă. Pe placă, fixați carcasa, piesele, găuriți, faceți prin lipire.
Pentru a configura releul, trebuie să mergeți într-o cameră întunecată unde puteți aprinde lumina. Pragul dorit pentru aprinderea luminii este selectat cu un rezistor variabil. În schimb, puneți o rezistență constantă.
Metoda de asamblare a releului foto.
Cu dispozitive complexe, releele foto de tip „do-it-yourself” sunt formate din trei componente. Un astfel de dispozitiv este încorporat în el, al cărui curent este de 4 amperi, tensiunea este de 600 de volți. Circuitul este format din Q6004LT, rezistor, fotorezistor. Tensiune - 220 volți. În lumină, fotorezistorul oferă o rezistență mică. Există o tensiune mică pe electrodul de control. Niciun curent nu trece la sarcină. Când lumina este atenuată, fotorezistorul dă o creștere a rezistenței, impulsurile cresc. Când tensiunea ajunge la 40 de volți, triacul se deschide, lumina se aprinde.
Circuitul este configurat cu o rezistență. Prima rezistență este de 47 kilo-ohmi. Este selectat dintre iluminare și fotorezistor. Marca fotorezistorului poate fi oricare.
Q6004LT vă permite să conectați o putere de 0,5 kW sau mai mult la releu, cu răcire suplimentară. Există dispozitive cu caracteristici mai puternice.
Avantajul unui astfel de circuit de relee este un număr mic de componente radio, nu este nevoie să conectați o sursă de alimentare, puteți utiliza o sarcină de mare putere.
Instalarea unui astfel de circuit nu este dificilă, deoarece include puține elemente. De asemenea, setarea nu este dificilă, și constă în pregătirea scenei pentru pornirea circuitului de iluminat.
Concluzii:
- În multe sisteme de control, se utilizează un releu foto.
- Există multe circuite și sisteme fotorelee cu senzori: fototranzistoare, fotodiode, fotorezistoare.
- Cu propriile mâini, puteți realiza circuite fotorelee cu cel mai mic număr de elemente.
Repararea fotoreleului IEK FR-602.
Dezasamblam preliminar carcasa, reparam fotoreleul. Releul este activat în funcție de iluminare, iar iluminarea ar trebui să se aprindă. Nu avem un releu foto. În interiorul carcasei, schema din fotografie:
Eu am lipit două fire și am găsit un element defect. Este de 24 de volți. A fost străpuns în ambele direcții. Acest lucru poate fi verificat cu un multitester.
Când am renunțat la dioda zener, am început să mă ocup de circuit. Am incercat sa aprind becul, fara dioda zener. Există un senzor care reacționează la lumină. O acoperim, lumina se aprinde. În plus, când deschidem senzorul de lumină, nu se întâmplă nimic, deoarece dioda zener este spartă, releul foto nu funcționează. Vom schimba stabilizatorul. Deoarece tensiunea a crescut în punctul diodei zener, unde există un condensator de 100 microfarad la 50 de volți. De asemenea, am decis să înlocuiesc acest condensator. Tensiunea a crescut cu peste 50 de volți. Dacă este întuneric, atunci tensiunea scade în acest punct la 18 volți, iar dacă este lumină, atunci se ridică la 80-90 volți. Dioda Zener trebuia să stabilizeze această tensiune. Deci condensatorul se încălzește și se umflă.
Pentru a nu avea diverse surprize pe viitor, lipim totul. Lipiți condensatorul, nu confundați polaritatea. Minusul este indicat prin umbrire albă. Lipiți într-un condensator nou. Costul reparației fotoreleului este încă de 10 ruble. Prin urmare, merită reparat. Condensatorul, la care tensiunea a crescut peste valoarea nominală, a fost înlocuit. Apoi, să numim noua diodă Zener pentru funcționare. Într-o direcție se deschide, are rezistență. Nu se deschide în cealaltă direcție, adică sună ca o diodă. Este de 24 de volți.
În diagramă, dioda zener este desemnată ca Z1. O placă de diodă zener ușor arsă este vizibilă pe placă. S-a încălzit. Dioda zener are o dungă neagră. Îl lipim la riscul alb de pe placă. În loc de sarcină, avem conectat un bec pentru a verifica funcționarea fotoreleului. Și, de asemenea, să vedem ce tensiune este în punctul diodei zener în lumină slabă și în lumină bună. Mușcăm picioarele care nu sunt necesare. Este conectat un ștecher care se conectează la o priză. Verificăm lipirea corectă a firelor. Setați multimetrul la 200 de volți. Închidem senzorul de la lumină, încărcătura (becul) este pornită. Deschidem senzorul, devine lumină, lampa se stinge. Schema funcționează.
Acum să verificăm cu un tester ce se întâmplă cu tensiunea. Cu senzorul deschis, multitesterul indică 26 de volți. Când senzorul este închis, tensiunea scade la zero, lampa se aprinde, tensiunea este de 18 volți. În lumină, tensiunea crește din nou, ajunge la 26 de volți, iar dioda zener se declanșează. Rămâne să asamblați toate piesele în carcasă, iar reparația releului foto este finalizată. Există o diagramă a releului foto pe Internet.
Un fotoreleu simplu.
Poate fi folosit pentru a evidenția DVD-ul. Există două tipuri de schemă. Într-una, includerea este activată de lumină, iar în cealaltă de întuneric. Când lumina strălucește pe fotodiodă, tranzistorul se deschide și LED-ul #2 se aprinde. Reglam sensibilitatea cu un rezistor. Fotodioda poate fi utilizată de pe un mouse de calculator. poti lua orice infrarosu. Datorită aplicării sale, nu vor exista interferențe de la lumină. În loc de LED-ul nr. 2 - oricare sau mai multe LED-uri. Puteți folosi chiar și un bec. Două diagrame sunt prezentate mai jos:
DVD-urile nu folosesc întotdeauna o fotodiodă. Are microcip. Dacă nu există fotodiodă, atunci se poate folosi un fotorezistor. Și dacă acesta nu este acolo, atunci găsiți vechii tranzistori din seria MP42 sau MP39, măcinați partea superioară a carcasei cu un fișier. Veți obține o fereastră care va servi drept fotodiodă. Are suficientă sensibilitate pentru această aplicație. De asemenea, puteți pune o diodă în infraroșu de la telecomanda televizorului.
Scrie comentarii, completări la articol, poate am omis ceva. Uitați-vă la , mă voi bucura dacă veți găsi altceva util pe al meu.
Unul dintre principalele elemente de automatizare în iluminatul stradal, împreună cu temporizatoarele și senzorii de mișcare, este un releu foto sau releu crepuscular. Scopul acestui dispozitiv este conectarea automată a încărcăturii utile, la debutul momentului întunecat al zilei, fără intervenția omului. Acest dispozitiv a câștigat, de asemenea, o popularitate imensă datorită costului scăzut, disponibilității și ușurinței de conectare. În acest articol, vom analiza în detaliu principiul de funcționare a comutatorului crepuscular și nuanțele conexiunii acestuia și, de asemenea, vă vom spune cum să faceți un releu foto cu propriile mâini. Nu va dura mult timp și efort, dar veți fi încântați să utilizați un dispozitiv auto-asamblat.
Design releu
Elementul principal al releului este un senzor foto; diode, tranzistoare, celule fotovoltaice pot fi utilizate în circuite. Când iluminarea fotocelulei se modifică, proprietățile acesteia se modifică în consecință, cum ar fi rezistența, stările de joncțiune P-N în diode și tranzistori, precum și tensiunile la contactele elementului fotosensibil. În plus, semnalul este amplificat și apare elementul de putere care comută sarcina. Releele sau triacurile sunt utilizate ca elemente de control al ieșirii.
Aproape toate articolele achiziționate sunt asamblate după un principiu similar și au două intrări și două ieșiri. La intrare se aplică tensiunea de rețea de 220 Volți, care, în funcție de parametrii setați, apare și la ieșire. Uneori fotoreleul are doar 3 fire. Atunci zero este obișnuit, o fază este aplicată unui fir și, cu iluminarea corectă, este conectată la firul rămas.
Dacă este necesar, citiți instrucțiunile, acordați o atenție deosebită puterii maxime a sarcinii conectate, tipului de lămpi de iluminat (incandescente, cu descărcare în gaz, becuri LED). Este important de știut că releele de iluminat cu ieșire cu tiristor nu vor putea funcționa cu lămpi de economisire a energiei, precum și cu unele tipuri din cauza caracteristicilor de design. Această nuanță trebuie luată în considerare pentru a nu deteriora echipamentul.
Să ne uităm la mai multe scheme de auto-asamblare a unui întrerupător crepuscular acasă. De exemplu, să ne uităm la cum se face o lumină de noapte triac cu o fotocelulă.
instrucțiuni de asamblare
Acesta este cel mai elementar circuit fotoreleu din mai multe părți: un triac Quadrac Q60, un rezistor de referință R1 și o fotografie a elementului FSK:
În absența luminii, cheia triac se deschide complet și lampa din lumina de noapte strălucește la incandescență totală. Odată cu creșterea iluminării în încăpere, la contactul de comandă are loc o schimbare de tensiune și luminozitatea lămpii se modifică, până la atenuarea completă a becului.
Vă rugăm să rețineți că în circuit este prezentă tensiune care pune viața în pericol. Trebuie conectat și testat cu grijă extremă. Și dispozitivul finit trebuie să fie într-o carcasă dielectrică.
Următorul circuit cu ieșire releu:
Tranzistorul VT1 amplifică semnalul de la divizorul de tensiune, care constă dintr-un fotorezistor PR1 și un rezistor R1. VT2 controlează releul electromagnetic K1, care poate avea atât contacte normal deschise, cât și contacte normal închise, în funcție de scop. Dioda VD1 oprește impulsurile de tensiune în timpul opririi bobinei, protejând tranzistoarele de defecțiuni din cauza supratensiunii inverse. După ce ați examinat acest circuit, puteți constata că partea sa (evidențiată cu roșu) este apropiată ca funcționalitate de ansamblurile de module releu gata făcute pentru arduino.
Reluând ușor circuitul și completându-l cu un tranzistor și o celulă foto solară de la un calculator vechi, a fost asamblat un prototip de comutator crepuscular - un releu foto de casă pe un tranzistor. Când celula solară PR1 este iluminată, tranzistorul VT1 se deschide și trimite un semnal către modulul releului de ieșire, care comută contactele acestuia, controlând sarcina utilă.
