Senzori optici. Fotorezistoare în circuitele MK. Conectarea unui fotorezistor la Arduino și lucrul cu un senzor de lumină Conectarea unui modul fotorezistor la Arduino

  1. Fototoresist: http://ali.ski/5GDvP7
  2. Diode și rezistențe: http://fas.st/KK7DwjyF
  3. Placă de dezvoltare: http://ali.ski/rq8wz8
  4. Arduino uno: http://ali.ski/gC_mOa

În acest tutorial ne vom conecta la Fotorezistor Arduino. care va controla LED-ul încorporat.

Fotorezistor: rezistența fotorezistoarelor scade atunci când sunt expuse la lumină și crește în întuneric. Fotorezistoarele sunt ușor de utilizat, dar reacționează destul de lent la modificările nivelului de lumină și au o eficiență foarte scăzută. precizie. De obicei, rezistența fotorezistoarelor poate varia de la 50 ohmi la lumina zilei până la mai mult de 10 MΩ în întuneric.

Vom conecta fotorezistorul în sine la masă printr-un rezistor de 10 kOhm și vom conecta același picior la pinul analog Arduino A0, al doilea picior al fotorezistorului va fi conectat la Arduino de 5 volți. Toate acestea sunt prezentate clar în diagrama de la începutul articolului.

După conexiunea corectă fotorezistor la Arduino, trebuie să copiați codul de mai jos, să-l lipiți în programul Arduino ide și să descărcați întregul codul programuluiîn Arduino.

Int PhotosensorPin = A0; //Indicați pinul la care este conectat fotorezistorul unsigned int sensorValue = 0; //Declară o variabilă pentru a stoca valori. void setup() ( pinMode(13, OUTPUT); Serial.begin(9600); ) void loop() (sensorValue = analogRead(PhotosensorPin); // Citiți valorile de la fotorezistor if(sensorValue<700) digitalWrite(13, HIGH); //Включаем else digitalWrite(13, LOW); // Выключаем Serial.print(sensorValue, DEC); //Вывод данных с фоторезистора (0-1024) Serial.println(""); delay(500); }

După încărcarea codului programului în Arduino, trebuie să deschideți monitorul portului.

Acum, dacă lumina cade pe fotorezistor și LED-ul încorporat este stins, acoperiți fotorezistorul cu mâna și veți vedea că la un moment dat LED-ul se va aprinde! De asemenea, puteți vedea modificări ale valorii de la fotorezistor în monitorul portului.

O demonstrație a modului în care funcționează fotorezistorul poate fi văzută în videoclipul de mai jos.

Video:

A cărei rezistență electrică se modifică sub influența razelor de lumină incidente pe suprafața fotosensibilă și nu depinde de tensiunea aplicată, ca un rezistor convențional.

Fotorezistoarele sunt folosite cel mai adesea pentru a detecta prezența sau absența luminii sau pentru a măsura intensitatea luminii. Pe întuneric, rezistența lor este foarte mare, uneori până la 1 megaohm, dar atunci când senzorul LDR este expus la lumină, rezistența acestuia scade brusc, până la câteva zeci de ohmi în funcție de intensitatea luminii.

Fotorezistoarele au o sensibilitate care variază în funcție de lungimea de undă a luminii. Sunt utilizate în multe dispozitive, deși sunt inferioare ca popularitate față de fotodiode și fototranzistori. Unele țări au interzis LDR-urile din cauza conținutului lor de plumb sau cadmiu din motive de mediu.

Definiție: Un fotorezistor este un element fotosensibil a cărui rezistență scade odată cu iluminarea intensă și crește în absența sa.

Caracteristicile fotorezistorului

Tipuri de fotorezistoare și principiu de funcționare

Pe baza materialelor utilizate în producție, fotorezistoarele pot fi împărțite în două grupe: cu efect fotoelectric intern și extern. La producerea fotorezistoarelor cu efect fotoelectric intern se folosesc materiale nedopate precum siliciul sau germaniul.

Fotonii care lovesc dispozitivul fac ca electronii să se deplaseze din banda de valență în banda de conducție. Ca rezultat al acestui proces, un număr mare de electroni liberi apar în material, îmbunătățind astfel conductibilitatea electrică și, prin urmare, reducând rezistența.

Fotorezistoarele cu efect fotoelectric extern sunt fabricate din materiale cu adăugarea unei impurități numite dopant. Dopantul creează o nouă bandă de energie deasupra benzii de valență existente, populată de electroni. Acești electroni necesită mai puțină energie pentru a face tranziția la banda de conducție datorită decalajului energetic mai mic. Rezultatul este că fotorezistorul este sensibil la diferite lungimi de undă de lumină.

Cu toate acestea, ambele tipuri prezintă o scădere a rezistenței atunci când sunt iluminate. Cu cât este mai mare intensitatea luminii, cu atât rezistența scade. Prin urmare, rezistența unui fotorezistor este o funcție inversă, neliniară, a intensității luminii.

Fotorezistorul din diagrame este desemnat după cum urmează:

Sensibilitatea fotorezistorului depinde de lungimea de undă

Sensibilitatea unui fotorezistor depinde de lungimea de undă a luminii. Dacă lungimea de undă este în afara domeniului de funcționare, lumina nu va avea niciun efect asupra LDR. Se poate spune că LDR nu este sensibil în acest interval de lungimi de undă luminii.

Materiale diferite au curbe unice de răspuns a undelor spectrale diferite față de sensibilitate. În exterior, rezistențele dependente de lumină sunt în general proiectate pentru lungimi de undă mai mari, cu tendință spre infraroșu (IR). Când se operează în domeniul IR, trebuie avut grijă pentru a evita supraîncălzirea, care poate afecta măsurătorile din cauza modificărilor rezistenței fotorezistoarelor din cauza efectelor termice.

Figura următoare arată răspunsul spectral al detectorilor fotoconductivi din diverse materiale.

Sensibilitatea fotorezistorului

Fotorezistoarele au o sensibilitate mai mică decât fotodiodele și fototranzistoarele. Fotodiodele și fototranzistoarele sunt dispozitive semiconductoare care folosesc lumina pentru a controla fluxul de electroni și găuri printr-o joncțiune PN, în timp ce fotorezistoarelor le lipsește această joncțiune PN.

Dacă intensitatea luminii este la un nivel stabil, atunci rezistența se poate schimba semnificativ din cauza schimbărilor de temperatură, deoarece LDR-urile sunt, de asemenea, sensibile la schimbările de temperatură. Această calitate a fotorezistorului îl face inadecvat pentru măsurarea precisă a intensității luminii.

Inerția fotorezistorului

O altă proprietate interesantă a unui fotorezistor este că există o inerție (timp de întârziere) între modificările de iluminare și schimbările de rezistență.

Este nevoie de aproximativ 10 ms de timp pentru ca rezistența să scadă la minimum în condiții de iluminare completă și aproximativ 1 secundă pentru ca rezistența fotorezistorului să crească la maxim după ce se întunecă.

Din acest motiv, LDR nu poate fi utilizat în aplicații în care trebuie luate în considerare schimbările bruște de iluminare.

Design și proprietăți ale fotorezistorului

Fotoconductivitatea a fost descoperită pentru prima dată în seleniu, iar ulterior au fost descoperite alte materiale cu proprietăți similare. Fotorezistoarele moderne sunt fabricate din sulfură de plumb, seleniră de plumb, antimoniură de indiu, dar cel mai adesea din sulfură de cadmiu și seleniră de cadmiu. LDR-urile populare cu sulfură de cadmiu sunt denumite fotorezistoare CDS.

Pentru a face un fotorezistor cu sulfură de cadmiu, pulberea de sulfură de cadmiu foarte purificată este amestecată cu lianți inerți. Apoi, acest amestec este presat și sinterizat. În vid, un strat fotosensibil este aplicat pe bază cu electrozi sub forma unei căi de înfășurare. Apoi, baza este plasată într-o carcasă de sticlă sau plastic pentru a preveni contaminarea elementului fotosensibil.

Curba de răspuns spectrală a sulfurei de cadmiu se potrivește cu cea a ochiului uman. Lungimea de undă a sensibilității de vârf este de aproximativ 560-600 nm, ceea ce corespunde părții vizibile a spectrului. Trebuie remarcat faptul că dispozitivele care conțin plumb sau cadmiu nu sunt conforme cu RoHS și sunt interzise pentru utilizare în țările care aderă la legile RoHS.

Exemple de aplicare a fotorezistoarelor

Fotorezistoarele sunt folosite cel mai adesea ca senzori de lumină atunci când este necesar să se detecteze prezența sau absența luminii sau să se înregistreze intensitatea luminii. Exemple sunt comutatoarele automate de iluminat stradal și contoarele de expunere pentru fotografii. Ca exemplu de utilizare a unui fotorezistor, vă prezentăm un circuit fotoreleu pentru iluminatul stradal.

Releu foto pentru iluminat stradal

Acest circuit de releu foto pornește automat iluminatul stradal când se lasă noaptea și se stinge când devine mai luminos. De fapt, puteți folosi acest circuit pentru a implementa orice tip de iluminat automat de noapte.

Când fotorezistorul (R1) este iluminat, rezistența acestuia scade, căderea de tensiune pe rezistorul variabil R2 va fi mare, drept urmare tranzistorul VT1 se deschide. Colectorul VT1 (BC107) este conectat la baza tranzistorului VT2 (SL100). Tranzistorul VT2 este închis și releul este dezactivat. Când se lasă noaptea, rezistența LDR crește, tensiunea pe rezistorul variabil R2 scade și tranzistorul VT1 se închide. La rândul său, tranzistorul VT2 se deschide și furnizează tensiune releului, care aprinde lampa.

Automatizarea alimentării cu iluminat într-un apartament, casă sau stradă se realizează prin utilizarea releelor ​​foto. Dacă este configurat corect, va aprinde lumina când se întunecă și se va stinge în timpul zilei. Dispozitivele moderne conțin o setare care vă permite să setați declanșatorul în funcție de nivelul de lumină. Ele sunt parte integrantă a sistemului „casă inteligentă”, asumând o parte semnificativă din responsabilitățile proprietarilor. Circuitul fotoreleului conține în primul rând un rezistor care modifică rezistența sub influența luminii. Este ușor de asamblat și configurat cu propriile mâini.

Principiul de funcționare

Schema de conectare pentru un fotoreleu include un senzor, un amplificator și un fotoconductor PR1 care modifică rezistența sub influența luminii. În același timp, mărimea curentului electric care trece prin el se modifică. Semnalul este amplificat de un tranzistor compozit VT1, VT2 (circuit Darlington), iar de la acesta merge la actuator, care este K1.

În întuneric, rezistența fotosenzorului este de câțiva mOhmi. Sub influența luminii scade la câțiva kOhmi. În acest caz, tranzistoarele VT1, VT2 se deschid, pornind releul K1, care controlează circuitul de sarcină prin contactul K1.1. Dioda VD1 nu permite trecerea curentului de auto-inducție atunci când releul este oprit.

În ciuda simplității sale, circuitul fotoreleului este foarte sensibil. Pentru a-l seta la nivelul necesar, se folosește rezistența R1.

Tensiunea de alimentare este selectată în funcție de parametrii releului și este de 5-15 V. Curentul înfășurării nu depășește 50 mA. Dacă este necesar să o măriți, pot fi utilizate tranzistori și relee mai puternice. Sensibilitatea fotoreleului crește odată cu creșterea tensiunii de alimentare.

În loc de un fotorezistor, puteți instala o fotodiodă. Dacă este necesar un senzor cu sensibilitate crescută, se folosesc circuite cu fototranzistori. Utilizarea lor este recomandată pentru a economisi energie electrică, deoarece limita minimă de răspuns a unui dispozitiv convențional este de 5 lux, atunci când obiectele din jur sunt încă distinse. Pragul de 2 lux corespunde crepusculului profund, după care întunericul se instalează 10 minute mai târziu.

Este recomandabil să utilizați un releu foto chiar și cu control manual al luminii, deoarece puteți uita să stingeți lumina, iar senzorul va „avea grijă” de acest lucru singur. Este ușor de instalat și prețul este destul de accesibil.

Caracteristicile fotocelulelor

Alegerea fotoreleului este determinată de următorii factori:

  • sensibilitatea fotocelulelor;
  • tensiunea de alimentare;
  • putere de comutare;
  • mediu extern.

Sensibilitatea este caracterizată ca raportul dintre fotocurentul rezultat și fluxul de lumină extern și este măsurată în μA/lm. Depinde de frecvență (spectrală) și intensitatea luminii (integrală). Pentru controlul luminii în viața de zi cu zi, ultima caracteristică este importantă, în funcție de fluxul luminos total.

Tensiunea nominală poate fi găsită pe corpul dispozitivului sau în documentul însoțitor. Dispozitivele fabricate în străinătate pot avea standarde diferite de tensiune de alimentare.

Sarcina pe contactele sale depinde de puterea lămpilor la care este conectat fotoreleul. Circuitele de releu foto de iluminat pot asigura comutarea directă a lămpilor prin contactele senzorului sau prin demaroare atunci când sarcina este mare.

În exterior, întrerupătorul crepuscular este plasat sub un capac transparent sigilat. Oferă protecție împotriva umezelii și precipitațiilor. Când se lucrează în perioadele reci, se folosește încălzirea.

Modele fabricate din fabrica

Anterior, circuitul fotoreleului era asamblat manual. Acum acest lucru nu este necesar, deoarece dispozitivele au devenit mai ieftine și funcționalitatea s-a extins. Sunt folosite nu numai pentru iluminatul extern sau intern, ci și pentru controlul udării plantelor, sistemelor de ventilație etc.

1. Fotoreleu FR-2

Modelele fabricate din fabrică sunt utilizate pe scară largă în dispozitivele de automatizare, de exemplu, pentru a controla iluminatul stradal. Puteți vedea adesea lumini ardând în timpul zilei pe care ați uitat să le stingeți. Cu senzorii foto, nu este nevoie de control manual al luminii.

Circuitul fotoreleu fr-2 fabricat industrial este utilizat pentru controlul automat al iluminatului stradal. Releul K1 este și el aici. Fotorezistorul FSK-G1 cu rezistențele R4 și R5 sunt conectate la baza tranzistorului VT1.

Alimentarea este furnizată de o rețea monofazată de 220 V Când iluminarea este scăzută, rezistența FSK-G1 este mare și semnalul bazat pe VT1 nu este suficient pentru a-l deschide. În consecință, tranzistorul VT2 este de asemenea închis. Releul K1 este alimentat și contactele sale de funcționare sunt închise, ținând lămpile aprinse.

Când iluminarea crește până la pragul de funcționare, rezistența fotorezistorului scade și se deschide, după care releul K1 se oprește, deschizând circuitul de alimentare pentru lămpi.

2. Tipuri de fotoreleu

Alegerea modelelor este suficient de mare pentru a-l putea alege pe cel potrivit:

  • cu un senzor de la distanță situat în afara corpului produsului, la care sunt conectate 2 fire;
  • Lux 2 - un dispozitiv cu fiabilitate și nivel de calitate ridicat;
  • fotoreleu cu alimentare de 12 V și sarcină nu mai mare;
  • modul cu cronometru montat pe o șină DIN;
  • Dispozitive IEC de la un producător autohton de înaltă calitate și funcționalitate;
  • AZ 112 - mașină automată cu sensibilitate ridicată;
  • ABB, LPX sunt producători de încredere de dispozitive europene de calitate.

Metode de conectare a unui releu foto

Înainte de a cumpăra un senzor, trebuie să calculați puterea consumată de lămpi și să o luați cu o marjă de 20%. Cu o sarcină semnificativă, circuitul fotoreleului exterior prevede instalarea suplimentară a unui demaror electromagnetic, a cărui înfășurare trebuie pornită prin contactele fotoreleului și comuta sarcina cu contacte de putere.

Această metodă este rar folosită acasă.

Înainte de instalare se verifică tensiunea de alimentare de ~220 V Conexiunea se face de la un întrerupător. Senzorul foto este instalat în așa fel încât lumina de la lanternă să nu cadă pe el.

Dispozitivul folosește terminale pentru a conecta firele, ceea ce facilitează instalarea. Dacă acestea lipsesc, se folosește o cutie de joncțiune.

Datorită utilizării microprocesoarelor, schema de conectare a fotoreleului cu alte elemente a dobândit noi funcții. La algoritmul de acțiune au fost adăugate un temporizator și un senzor de mișcare.

Este convenabil când lămpile se aprind automat atunci când o persoană trece de-a lungul unui palier sau de-a lungul unei cărări de grădină. În plus, funcționarea are loc numai pe întuneric. Datorită utilizării unui temporizator, releul foto nu reacționează la farurile de la mașinile care trec.

Cea mai simplă diagramă de conectare pentru un temporizator cu senzor de mișcare este serială. Pentru modelele scumpe au fost dezvoltate circuite programabile speciale care iau în considerare diverse condiții de funcționare.

Releu foto pentru iluminat stradal

Pentru a conecta releul foto, circuitul este aplicat pe corpul său. Poate fi găsit în documentația dispozitivului.

Din dispozitiv ies trei fire.

  1. Conductor neutru - comun pentru lămpi și fotorelee (roșu).
  2. Fază - conectat la intrarea dispozitivului (maro).
  3. Conductor de potențial pentru alimentarea cu tensiune de la fotoreleul la lămpi (albastru).

Dispozitivul funcționează pe principiul întreruperii fazei sau comutării fazei. Marcajele de culoare pot varia de la producător la producător. Dacă există un conductor de împământare în rețea, acesta nu este conectat la dispozitiv.

La modelele cu senzor încorporat, care se află în interiorul unei carcase transparente, iluminatul stradal funcționează autonom. Trebuie doar să-i furnizați energie.

Opțiunile cu senzori la distanță sunt utilizate în cazurile în care conținutul electronic al releului foto este plasat convenabil în panoul de control cu ​​alte dispozitive. Atunci nu este nevoie de instalare independentă, cablare de alimentare și întreținere la înălțime. Unitatea electronică este plasată în interior, iar senzorul este scos în exterior.

Caracteristici fotoreleu pentru iluminatul stradal: schema

Când instalați un releu foto în aer liber, trebuie să luați în considerare câțiva factori.

  1. Disponibilitatea tensiunii de alimentare și puterea de potrivire a contactelor și a sarcinii.
  2. Nu este permisă instalarea dispozitivelor în apropierea materialelor inflamabile și într-un mediu agresiv.
  3. Baza dispozitivului este situată în partea de jos.
  4. Nu ar trebui să existe obiecte în mișcare în fața senzorului, cum ar fi ramurile copacilor.

Firele sunt conectate printr-o cutie de joncțiune exterioară. Se fixeaza langa releul foto.

Selectarea unui releu foto

  1. Abilitatea de a regla pragul de răspuns vă permite să reglați sensibilitatea senzorului în funcție de perioada anului sau pe vreme înnorată. Rezultatul este economiile de energie.
  2. La instalarea unui fotoreleu cu element sensibil încorporat este necesar un minim de costuri de muncă. Acest lucru nu necesită abilități speciale.
  3. Releul temporizatorului este bine programabil pentru nevoile sale și funcționarea în modul setat. Puteți seta dispozitivul să se oprească noaptea. Indicațiile de pe corpul dispozitivului și controlul prin buton facilitează setările.

Concluzie

Utilizarea unui releu foto vă permite să controlați automat perioada de aprindere a lămpii. Acum nu mai este nevoie să devii aprinzător. Circuitul fotoreleu, fără intervenție umană, aprinde luminile pe străzi seara și le stinge dimineața. Dispozitivele pot controla sistemul de iluminat, ceea ce îi mărește resursele și ușurează operarea.

În lecția anterioară, ați învățat cum funcționează un potențiometru, a cărui rezistență se modifică în funcție de rotația mânerului - tija. În acest tutorial, veți afla despre un fotorezistor, care își schimbă rezistența în funcție de cât de multă lumină lovește elementul său senzor.

Arduino nu poate interpreta rezistența în sine, deoarece funcționează cu tensiune, așa că acest circuit folosește un divizor de tensiune. Divizorul constă de obicei din două rezistențe, în cazul nostru unul dintre ele va fi fotorezistorul nostru, iar tensiunea de citire Arduino este luată din punctul de mijloc dintre ele, furnizată la intrarea analogică Arduino (pin 0). Divizorul va scoate o tensiune înaltă atunci când fotorezistorul primește multă lumină și o tensiune scăzută când fotorezistorul primește puțină lumină (întuneric).

În acest tutorial veți avea nevoie de:

1. Arduino UNO - 1 buc.

2. LED - 1 buc.

3. Rezistor 10 Kom. — 1 buc.

4. Rezistor de la 200 la 560 Ohmi. — 1 buc.

5. Fotorezistor

6. Fire de conectare.

Arduino și fotorezistor. Schema de conectare pentru lecția nr. 6

Descărcați lecția cu o schiță și o descriere detaliată a lecției:

Kit de experimente ArduinoKit
Descărcați codul programului pentru experimentul nr. 6:

Vedere a lecției create pe diagrama de aspect:

Drept urmare, ar trebui să vedeți LED a cărui luminozitate va fi creste sau scadeîn funcție de câtă lumină lovește fotorezistorul. Dacă nu-și schimbă luminozitatea, asigurați-vă că asamblate corect diagramă. Și asigurați-vă că codul programului este încărcat pe placa Arduino.

Mult succes tuturor! Așteptăm comentariile voastre la LECȚIA 6 ARDUINO - FOTORESISTOR.

Fotorezistoarele sunt fabricate din materiale semiconductoare care își modifică rezistența în funcție de gradul de iluminare. Principala lor diferență față de alte dispozitive fotoelectrice este stabilitatea ridicată a parametrilor și liniaritatea rezistenței se modifică într-un interval destul de larg. Această ultimă 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 lucrările practice și trebuie făcute pauze scurte pentru a se adapta la lumină. Experimentul vă va spune cât de „mici” sunt.

În funcție de sensibilitatea spectrală, fotorezistoarele sunt împărțite în două grupe mari: pentru lucrul în părțile vizibile și în infraroșu ale spectrului. Circuitele lor electrice sunt aceleași (Fig. 3.44, a...m). Singurul lucru pe care trebuie să-l aflați în prealabil din fișa de date este tensiunea maximă de funcționare admisă. În special, fotorezistoarele SF2-5, SFZ-4A/B, SFZ-5 nu pot fi alimentate cu o putere mai mare de 1,3...2 V. Marea majoritate a fotorezistoarelor pot funcționa la tensiuni de 5...50 V. rezistența este de 1...200 MOhm, iar în stare iluminată - cu două până la trei ordine de mărime mai puțin.

Orez. 3.44. Diagrame pentru conectarea fotorezistoarelor la MK (început) -.

a) rezistenţele /?U formează un divizor de tensiune. Când fotorezistorul este iluminat, rezistența acestuia scade. Rezistorul J servește ca protecție în cazul unui scurtcircuit complet al rezistenței de reglare și al transferului eronat al liniei MKV în modul de ieșire cu un nivel ÎNALT. Dacă rezistența R2 este constantă, atunci rezistența R3 poate fi înlocuită cu un jumper;

c) conectarea unui fotorezistor /? 2k MK cu referire la firul comun, și nu la circuitul de alimentare. Când fotorezistorul R2 este iluminat, tensiunea la intrarea MK scade;

Orez. 3.44. Scheme pentru conectarea fotorezistoarelor la MK (continuare):

d) „Releu Turchenkov” economic bazat pe tranzistoare cu germaniu VTI, K72 de conductivitate diferită. Pragul de funcționare este stabilit cu ajutorul unui rezistor;

e) fotorezistorul RI determină curentul de bază al tranzistorului UT1, deoarece intră în brațul superior al divizorului RI, R2. Glisorul pentru rezistență variabilă trebuie setat 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 nivelul de intrare MK este setat la LOW;

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 în noapte;

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 iluminate, atunci există un nivel LOW la intrarea MK (reglată de rezistența R1). Dacă unul (oricare) fotorezistoare este întunecat, atunci „fotorezistența” totală va crește brusc și va apărea un nivel ÎNALT la intrarea MK. Fotorezistoarele efectuează o funcție logică „ȘI luminoasă”;

Orez. 3.44. Diagrame pentru conectarea fotorezistoarelor la MK (capăt):

j) rezistența R3 reglează pragul de răspuns al amplificatorului operațional DAI (comparator de tensiune). Rezistența rezistorului R2 este aleasă să fie aproximativ aceeași cu RI în starea „inactivă”. Dacă fotorezistorul este îndepărtat semnificativ, firele sale de conectare ar trebui să fie ecranate;

l) condensatoarele C/, C2 cresc stabilitatea măsurătorilor, elimină zgomotul de impuls și creează o ușoară histerezis în timpul fluctuațiilor bruște de iluminare;

m) comparatorul analog intern al MK este utilizat pentru estimarea nivelului de iluminare. Metoda utilizată este de a compara tensiunea măsurată cu „fierăstrăul” pe care MK-ul însuși îl produce la borna negativă a comparatorului (linia de intrare devine temporar la ieșire).

Fotodiode în circuitele MK

Fotodiodele aparțin clasei de dispozitive semiconductoare, a căror bază este efectul fotoelectric intern Când joncțiunea /?-A7 este iradiată de fotoni, în interiorul semiconductorului sunt generați purtători de curent. O modificare a curentului este echivalentă cu o schimbare a rezistenței, care este ușor de înregistrat și măsurat.

Fotodiodele sunt utilizate pe scară largă pentru a înregistra emisiile de lumină. Avantajul lor, în comparație cu fotorezistoarele și fototranzistoarele, 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

modificări ale rezistenței inverse și performanțe bune. Modul generator are următoarele dezavantaje: capacitate echivalentă mare și inerție mare. Avantajul este nivelul scăzut de autozgomot.

Fotodiodele sunt produse de următoarele companii: Vishay, OSRAM, Hamamatsu Photonics, Quartz, etc. Parametri tipici: lungime de undă 850...950 nm, sensibilitate curent 10...80 µA, lățimea modelului de radiație 15...65°, creștere /timp de 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.

În fig. 3.45, a...g prezintă diagrame de conectare directă a fotodiodelor la MK. În fig. 3.46, a...e prezintă circuite cu amplificatoare care utilizează tranzistoare. În fig. 3.47, a...o - cu amplificatoare pe microcircuite.

b) conectarea fotodiodei BLI la circuitul de putere. Apăsarea comutatorului SI simulează starea de iluminare a fotodiodei în timpul testelor;

c) creșterea sensibilității generale datorită conexiunii în paralel a mai multor fotodiode BLI...Bin. Fotodiodele efectuează o funcție logică de „lumină SAU”;

d) conectarea în paralel a mai multor fotodiode conectate la un fir comun;

e) conectarea secvenţială a fotodiodelor conform circuitului „lumină ŞI”. Vă permite să detectați momentul de întunecare a unuia dintre mai mulți fotodetectori iluminați de pe transportor;

f) conectarea secvenţială a mai multor fotodiode conectate la un fir comun;

g) un circuit în punte pentru pornirea fotodiodei BLI, care are 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... fotodetector. În starea inițială, NI generează impulsuri electrice (nu luminoase!) cu o frecvență de „clipire” de aproximativ 2 Hz. Când este expus la iluminare externă, generația se oprește, ceea ce MK detectează prin tranzistorul VTI\

c) comutatorul de pe tranzistorul VT1 crește imunitatea la zgomot și crește abruptul marginilor semnalului de la fotosenzorul BLL / elimină interferența de la fluctuațiile de iluminare;

d) mixer de frecvență 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 deriva lentă a iluminării;

f) în loc de op-amp DAI, puteți utiliza un comparator analogic MK. Viteza de recepție a fotodiodei „laser” este de până la 5 Mbit/s pe un cablu de fibră optică cu o lungime de 1000… 1 km.

a) utilizarea unui amplificator de precizie DA1 (Analog Devices) pentru a asigura stabilitatea pe termen lung a semnalelor de la fotosenzorul BLI\

b) includerea non-standard a LED-ului NI IR ca fotodetector al intervalului de lungimi de undă infraroșii. Rezistorul reglează câștigul cascadei pe amplificatorul operațional DAI

c) modelator-amplificator pe cipul „televizor” DA1. Rezistorul reglează sensibilitatea fotosenzorului BLI\

d) sursa de alimentare bipolară a amplificatorului operațional DA/. Condensatorul CI elimină „soneria” la marginile semnalului care apare în timpul schimbărilor bruște de iluminare. Aceasta este o tehnică standard 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. Alimentarea amplificatorului operațional este furnizată de la linia de ieșire a MK. O tensiune de referință de 0,5 V formează adeptul DAL /;

Orez. 3.47. Scheme pentru conectarea fotodiodelor la MK prin amplificatoare pe microcircuite

(continuare):

f) fotodiodele VT, 5L2 trebuie să fie iluminate una câte una, altfel rezistența lor totală se poate dovedi atât de scăzută încât va apărea un supracurent al sursei de alimentare;

g) condensatorul C2 elimină „soneria” cu o capacitate intrinsecă mare a fotodiodei VI\

h) colormetru pe o fotodiodă BL1 (Advances Photonics), care are o sensibilitate „în formă de clopot” în intervalul 150...400 nm. Jumperul ^S/ stabilește câștigul;

i) parametrii stabili de fotorecepție în domeniul infraroșu sunt asigurați de un microcircuit de precizie Z)/1/ (Analog Devices), filtrul C4, R4...R6 și o diodă zener VDI.

j) combinație „amplificator-detector-formator” folosind un amplificator operațional DAI cu ajustare a pragului (R6)\O

Orez. 3.47. Scheme pentru conectarea fotodiodelor la MK prin amplificatoare pe microcircuite

(final):

l) comparatorul de pe cipul DA1 oferă sensibilitate ridicată și imunitate la zgomot. Rezistorul J ajustează pragul de „lumină” pentru un anumit tip de fotodiodă BL1\

l) un rezistor reglează sensibilitatea și setează punctul de funcționare al elementului logic DDI (de preferință cu caracteristica unui declanșator Schmitt, de exemplu, K561TL2);

m) BL1 - senzor RGB cu trei culori (Laser Components), DAI - amplificator de transimpedanță cu patru canale (Promis Electro Optics). Unul dintre cele patru canale analogice ale amplificatorului nu este utilizat. Semnalele de la ieșirile MK stabilesc modurile de funcționare și câștigă DA1\ o) un înregistrator extrem de sensibil al radiațiilor foto sau radiațiilor pe o fotodiodă de pin specializată VI (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 este că corpul său are o fereastră transparentă prin care fluxul de lumină lovește cristalul. În absența iluminatului extern, tranzistorul este închis, curentul colectorului este neglijabil. Când razele de lumină lovesc joncțiunea /?-A7 a bazei, tranzistorul se deschide și curentul colectorului său crește brusc.

Fototranzistoarele, spre deosebire de fotorezistoare, au viteză mare și, spre deosebire de fotodiode, au proprietăți de amplificare (Tabelul EVIL).

Un fototranzistor, într-o primă aproximare, poate fi reprezentat ca o fotodiodă echivalentă conectată în paralel cu joncțiunea colectorului unui tranzistor convențional. Factorul de amplificare fotocurent este direct proporțional cu /7213. prin urmare, sensibilitatea fototranzistorului este de atâtea ori mai mare decât cea a fotodiodei.

Principalul parametru care trebuie monitorizat la dezvoltarea circuitelor fototranzistoare este curentul colectorului. Pentru a nu-i depăși norma este necesară instalarea unor rezistențe suficient de mari în colector/emițător.

Fototranzistoarele sunt produse de următoarele companii: 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, temperatură de funcționare -55…+ 100°С, conductivitate p-p-p.

Există fototranzistoare cu două și trei terminale. Se deosebesc unul de celălalt în primul rând prin absența/prezența unei ramuri 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 ca „frații gemeni”. Testarea bornelor cu un ohmmetru ajută la aflarea „ce este ce”. Tensiunea de testare la bornele sale trebuie să fie de cel puțin 0,7 V. Dacă rezistența într-o direcție este semnificativ mai mare decât în ​​cealaltă, atunci este o fotodiodă. Dacă o rezistență mare sună în două direcții, atunci este un fototranzistor (sau o fotodiodă eșuată).

Fototranzistoarele cu trei terminale sunt mai puțin frecvente decât cele cu două terminale. Pentru a le conecta, se utilizează circuite convenționale de tranzistori, și anume, stabilizează punctul de funcționare folosind divizoare pe rezistențe, introduc feedback, compensare termică etc.

În fig. 3.48, a...e prezintă diagrame de conectare directă a fototranzistoarelor la MK. În 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 conectat după un circuit amplificator cu un emițător comun. Este permisă funcționarea în modul microcurent de colector (rezistența ridicată a rezistenței RI), dar acest lucru degradează stabilitatea temperaturii. În loc de o intrare ADC, microcontrolerele folosesc adesea o linie de port digital obișnuită cu o fixare a pragului stării „lumină aprinsă”/„lumină oprită”;

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 răspunde la modificări lente ale iluminării datorită condensatorului de izolare C/. În loc de un rezistor, puteți utiliza rezistorul intern „pull-up” al MK;

d) fototranzistorul BLI este conectat conform circuitului follower emițător. Condensatorul C/ reduce interferența „luminii” pulsate și interferențele electrice puternice care se pot „scurge” la intrarea MK atunci când fototranzistorul este în stare închis;

e) într-un fototranzistor BLI cu trei terminale, robinetul de bază este utilizat pentru a organiza feedback-ul prin tranzistorul VTI. Filtrul RI, C1 blochează semnalele de flux luminos cu o frecvență de modulație sub 100 Hz (pentru a elimina senzorul de la declanșarea „pâlpâirii” lămpilor incandescente);

f) condensatorul C/ și tranzistorul VT1 organizează un „filtru trece-înalt de lumină” pentru a suprima semnalele de flux luminos cu o frecvență de modulație sub 80 Hz. Acest lucru previne trecerea interferențelor cauzate de „pâlpâirea” lămpilor incandescente dintr-o rețea de 50 Hz la intrarea MK.

a) nodul de intrare al „pistolului ușor” din consola de jocuri video „Dendy”. Fototranzistorul BL1 este direcționat către ecranul televizorului. Rezistorul /?2 reglează domeniul de recepție;

b) tranzistorul cu efect de câmp VTI se potrivește cu rezistențele RI și R2\

c) un amplificator în două trepte bazat pe tranzistori cu conductivitate diferită KG/, KT’2 asigură o sensibilitate crescută a fotosenzorului VI\

d) o versiune îmbunătățită a fotosenzorului pentru „pistolul ușor” cu ajustare automată la diferite luminozități de fundal. Elementele VTI, R1, R2, formează un stabilizator dinamic de curent;

e) rezistența R2 este selectată într-o astfel de poziție încât tranzistorul VTI să fie deschis în absența iluminării fototranzistorului BLL. Condensatorul C1 filtrează zgomotul;

f) un declanșator Schmitt pe tranzistoarele cu efect de câmp VTI, KT’2 determină pragul de răspuns al fotosenzorului BL1. Condensatorul C1 elimină interferența „luminii” pulsate;

g) Diodele VD1 cresc imunitatea la zgomot a amplificatorului bazat pe tranzistorul VTI\0

h) amplificator în trei trepte pe tranzistoare KG/... cu indicarea vizuală a recepției coletelor de la senzorul 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 gamă largă de control al parametrilor folosind două rezistențe variabile R2, R3\

b) Declanșatorul Schmitt pe cipul logic DZ) / îmbunătățește imunitatea la zgomot și crește abruptul marginilor semnalului provenit de la fototranzistorul VI\

c) fototranzistorul ^L/ este conectat la un comparator extern integrat DA1 pentru a crește precizia de funcționare. Condensatorul C/ mărește abruptul marginilor semnalului;

d) un filtru trece-bandă pe cipul de decodor DA/ton (National Semiconductor) prelucrează semnalele de lumină modulată în impulsuri primite de fototranzistorul BLI. Frecvența centrală a filtrului este determinată de formula /^„[kHz] = 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.