كيفية استخدام مقاومات الضوء ، الثنائيات الضوئية والناقلات الضوئية

مجسات مختلفة تماما. إنها تختلف من حيث المبدأ ، ومنطق عملها والظواهر الفيزيائية والكميات التي يستطيعون الاستجابة لها. لا يتم استخدام أجهزة استشعار الضوء في أجهزة التحكم في الإضاءة التلقائية فقط ، بل يتم استخدامها في عدد كبير من الأجهزة ، من إمدادات الطاقة إلى أجهزة الإنذار وأنظمة الأمان.

الأنواع الرئيسية للأجهزة الكهروضوئية. معلومات عامة

الكاشف الضوئي بالمعنى العام هو جهاز إلكتروني يستجيب للتغير في حادثة تدفق الضوء من جانبه الحساس. قد تختلف ، سواء في الهيكل أو من حيث المبدأ في العملية. دعنا ننظر إليهم.

مقاومات الضوء - تغيير المقاومة عند الإضاءة

المقاوم للضوء هو جهاز تصوير يغير الموصلية (المقاومة) اعتمادًا على كمية الضوء الساقط على سطحه. أكثر كثافة التعرض للضوء منطقة حساسة ، وأقل مقاومة. هنا هو التخطيطي منه.

إنه يتكون من قطبين كهربائيين ، بينهما مادة أشباه الموصلات. عندما يضرب تدفق الضوء أشباه الموصلات ، يتم تحرير ناقلات الشحنة فيه ، مما يسهم في مرور التيار بين الأقطاب المعدنية.

يتم إنفاق طاقة تدفق الضوء على التغلب على فجوة الشريط بواسطة الإلكترونات وانتقالها إلى شريط التوصيل. كموصلات ، تستخدم الموصلات الضوئية مواد مثل: كبريتيد الكادميوم ، كبريتيد الرصاص ، الكادميوم سيلينيت وغيرها. تعتمد الخاصية الطيفية للضوء المقاوم للضوء على نوع هذه المادة.

عجب الأول:

تحتوي الخاصية الطيفية على معلومات حول أي أطوال موجية (لون) لتدفق الضوء هي الأكثر حساسية للضوء المقاوم للضوء. في بعض الحالات ، من الضروري اختيار باعث ضوئي دقيق للطول الموجي المناسب ، من أجل تحقيق أكبر قدر من الحساسية وكفاءة العمل.

لم يتم تصميم المقاوم الضوئي لقياس الإضاءة بدقة ، ولكن لتحديد وجود الضوء ، وفقا لقراءاتها ، يمكن اكتشاف البيئة أفتح أو أغمق. السمة الحالية للجهد المقاوم للضوء هي كما يلي.

يصور اعتماد التيار على الجهد لقيم مختلفة من تدفق الضوء: Ф - الظلام ، و Ф3 - هذا هو الضوء الساطع. إنه خطي. خاصية أخرى مهمة هي الحساسية ، ويتم قياسها بوحدة mA (μA) / (Lm * V). هذا يعكس مقدار التدفق الحالي من خلال المقاوم ، مع بعض التدفق الضوئي والجهد المطبق.

المقاومة المظلمة هي المقاومة النشطة في الغياب الكامل للإضاءة ، والتي يشار إليها بواسطة RT ، والمميزة RT / Rb هي معدل التغير في المقاومة من حالة المقاوم الضوئي في الغياب الكامل للإضاءة إلى أقصى حالة مضيئة والحد الأدنى للمقاومة الممكنة ، على التوالي.

مقاومات الضوء لديها عيب كبير - تردد القطع. تصف هذه القيمة الحد الأقصى لتردد الإشارة الجيبية التي تقوم بها بتدفق التدفق الضوئي ، حيث تنخفض الحساسية بمقدار 1.41 مرة. في الكتب المرجعية ، ينعكس هذا إما على قيمة التردد ، أو من خلال ثابت الوقت. إنه يعكس سرعة الأجهزة ، والتي عادة ما تستغرق عشرات من مايكروثانية - 10 ^ (- 5) s. هذا لا يسمح باستخدامه عند الحاجة إلى الأداء العالي.

الثنائي الضوئي - يحول الضوء إلى شحنة كهربائية

الثنائي الضوئي هو عنصر يحول الضوء الداخل إلى منطقة حساسة إلى شحنة كهربائية. وذلك لأنه عند التشعيع في تقاطع pn ، تحدث عمليات مختلفة مرتبطة بحركة ناقلات الشحنة.

إذا تغيرت الموصلية على مقاوم للضوء بسبب حركة ناقلات الشحنة في أشباه الموصلات ، يتم تشكيل شحنة عند حدود تقاطع pn. يمكن أن تعمل في وضع محوّل ضوئي ومولد صور.

في الهيكل ، هو نفسه مثل الصمام الثنائي التقليدي ، ولكن في قضيته هناك نافذة لمرور الضوء. ظاهريا ، أنها تأتي في تصاميم مختلفة.

الثنائيات الضوئية الجسم الأسود تقبل فقط الأشعة تحت الحمراء. طلاء أسود هو شيء مثل التلوين. يقوم بتصفية طيف الأشعة تحت الحمراء لاستبعاد إمكانية إشعاع أطياف أخرى.

الثنائيات الضوئية ، مثل مقاومات الضوء ، لها تردد قطع ، وهنا فقط يكون حجم الطلبيات أكبر ويصل إلى 10 ميغاهيرتز ، مما يسمح بالأداء الجيد. تتميز الثنائيات الضوئية P-i-N بسرعة عالية - 100 ميجاهرتز -1 جيجا هرتز ، مثل الثنائيات القائمة على حاجز شوتكي. الثنائيات انهيار جليدي لديها تردد قطع حوالي 1-10 غيغاهرتز.

في وضع المحول الضوئي ، يعمل مثل هذا الصمام الثنائي مثل مفتاح يتحكم فيه الضوء ، ولهذا فهو متصل بالدائرة في انحياز للأمام. بمعنى ، الكاثود إلى نقطة ذات إمكانات أكثر إيجابية (إلى علامة زائد) ، وأنود إلى إمكانات أكثر سلبية (إلى ناقص).

عندما لا يتم إضاءة الصمام الثنائي بواسطة الضوء ، يتدفق Iobrt الحالي الداكن العكسي فقط (الوحدات وعشرات μA) ، وعندما تضاء الصمام الثنائي ، تتم إضافة تيار ضوئي إليه ، والذي يعتمد فقط على درجة الإضاءة (عشرات مللي أمبير). لمزيد من الضوء ، وأكثر حداثة.

ضوئي إذا كان يساوي:

أيف = سينت * واو ،

حيث Sint هي الحساسية المتكاملة ، Ф هي التدفق الضوئي.

مخطط نموذجي لتشغيل الصمام الثنائي الضوئي في وضع وحدة التحويل الضوئي. انتبه إلى كيفية توصيله - في الاتجاه المعاكس فيما يتعلق بمصدر الطاقة.

وضع آخر هو المولد. عندما يدخل الضوء إلى الثنائي الضوئي ، يتم توليد الجهد عند أطرافه ، في حين أن التيارات الدائرة القصيرة في هذا الوضع هي عشرات الأمبيرات. هذا يذكر تشغيل الخلايا الشمسيةولكن لديها قوة منخفضة.

محولات ضوئية - تفتح بكمية الضوء الحادث

الترانزستور الضوئي بطبيعته الترانزستور ثنائي القطب التي بدلا من الإخراج الأساسي لديه نافذة في حالة للضوء للدخول إلى هناك. يشبه مبدأ التشغيل وأسباب هذا التأثير الأجهزة السابقة. يتم التحكم في الترانزستورات ثنائية القطب بكمية التيار المتدفق عبر القاعدة ، ويتم التحكم في الترانزستورات الضوئية ، عن طريق القياس ، بمقدار الضوء.

في بعض الأحيان ، لا تزال UGO تصور إخراج القاعدة. بشكل عام ، يتم تزويد الفولتية الضوئية بالجهد الكهربي وكذلك الجهد العادي ، ويتم تشغيل الخيار الثاني بقاعدة عائمة ، عندما يظل الناتج الأساسي غير مستخدم.

يتم تضمين الترانزستورات الضوئية بالمثل في الدائرة.

أو قم بتبديل الترانزستور والمقاوم ، اعتمادًا على ما تحتاجه بالضبط. في غياب الضوء ، يتدفق التيار المظلم عبر الترانزستور ، الذي يتكون من التيار الأساسي ، والذي يمكنك ضبطه بنفسك.

من خلال ضبط التيار الأساسي المطلوب ، يمكنك ضبط حساسية الترانزستور الضوئي عن طريق اختيار المقاوم الأساسي. وبهذه الطريقة ، يمكن التقاط حتى الضوء الأضعف.

في الحقبة السوفيتية ، صنع هواة الراديو ناقلي الصور الفوتوغرافية بأيديهم - وصنعوا نافذة للضوء ، وقطعوا جزءًا من علبة ترانزستور تقليدي. لهذا ، فإن الترانزستورات مثل MP14-MP42 ممتازة.

من السمة الحالية للجهد الكهربي ، يكون اعتماد التيار الكهروضوئي على الإضاءة مرئيًا ، بينما يكون مستقلاً عملياً عن جهد المبعث الجامع.

بالإضافة إلى محولات ضوئية ثنائية القطب ، هناك مجال آخر. تعمل تلك ثنائية القطبية بترددات تتراوح من 10 إلى 100 كيلو هرتز ، ثم تكون المجاليات أكثر حساسية. تصل حساسيتهم إلى عدة أمبيرات لكل لومن ، وأكثر "سريعًا" - حتى 100 ميجاهرتز. تتميز الترانزستورات ذات التأثير الميداني بميزة مثيرة للاهتمام: عند الحد الأقصى لقيم التدفق الضوئي ، لا يؤثر جهد البوابة تقريبًا على تيار التصريف.

نطاقات الأجهزة الكهروضوئية

بادئ ذي بدء ، يجب أن تفكر في خيارات مألوفة أكثر لتطبيقها ، على سبيل المثال ، الإدراج التلقائي للضوء.

الرسم البياني الموضح أعلاه هو أبسط جهاز لتشغيل وإيقاف الحمل في حالة ضوء معينة. Photodiode FD320 عندما يدخل الضوء إليه ، يفتح جهد معين ويسقط R1 جهدًا معينًا عندما تكون قيمته كافية لفتح الترانزستور VT1 - يفتح ويفتح الترانزستور الآخر - VT2. هذان الترانزستورات هما مضخم تيار على مرحلتين ، ضروري لتشغيل ملف الترحيل K1.

الصمام الثنائي VD2 - ضروري لقمع الحث الذاتي EMF ، والذي يتم تشكيله عند تبديل الملف. يتم توصيل أحد الأسلاك من الحمل إلى محطة إدخال الترحيل ، وهو الأعلى وفقًا للمخطط (للتيار المتردد - المرحلة أو الصفر).

لدينا عادةً جهات اتصال مغلقة ومفتوحة ، وهي مطلوبة إما لتحديد الدائرة المراد تشغيلها ، أو لتحديد تشغيل أو إيقاف الحمل من الشبكة عند الوصول إلى الإضاءة المطلوبة. هناك حاجة إلى الجهد R1 لضبط الجهاز للعمل في كمية مناسبة من الضوء. كلما زادت المقاومة ، كان هناك حاجة إلى إضاءة أقل لتشغيل الدائرة.

يتم استخدام أشكال مختلفة من هذا المخطط في معظم الأجهزة المماثلة ، مع إضافة مجموعة معينة من الوظائف إذا لزم الأمر.

بالإضافة إلى تشغيل الحمل الخفيف ، يتم استخدام أدوات الكشف الضوئية هذه في أنظمة التحكم المختلفة ، على سبيل المثال ، تستخدم مقاومات الضوء في كثير من الأحيان على بوابات المترو للكشف عن عبور الباب الدوار غير المصرح به (الأرنب).

في دار الطباعة ، عندما ينكسر شريط من الورق ، يدخل الضوء إلى جهاز الكشف الضوئي وبالتالي يعطي المشغل إشارة حول هذا. الباعث على جانب واحد من الورق ، والكاشف الضوئي في الخلف. عندما يتم تمزيق الورق ، يصل الضوء الصادر من جهاز الإرسال إلى جهاز الكشف الضوئي.

في بعض أنواع الإنذارات ، يتم استخدام باعث وكاشف ضوئي كمستشعرات لدخول الغرفة ، وتستخدم أجهزة الأشعة تحت الحمراء بحيث لا يكون الإشعاع مرئيًا.

فيما يتعلق بطيف الأشعة تحت الحمراء ، لا يمكنك ذكر مستقبل التلفزيون الذي يستقبل إشارات من LED IR في جهاز التحكم عن بعد عند تبديل القنوات. يتم تشفير المعلومات بطريقة خاصة ويفهم التلفزيون ما تحتاجه.

المعلومات التي سبق نقلها من خلال منافذ الأشعة تحت الحمراء للهواتف المحمولة. تقتصر سرعة النقل على كل من طريقة النقل المتسلسل ومبدأ تشغيل الجهاز نفسه.

تستخدم فئران الكمبيوتر أيضًا التكنولوجيا المرتبطة بالأجهزة الكهروضوئية.

تطبيق لنقل الإشارات في الدوائر الإلكترونية

الأجهزة الإلكترونية البصرية هي الأجهزة التي تجمع بين جهاز إرسال وجهاز كشف ضوئي في نفس الهيكل ، مثل الأجهزة المذكورة أعلاه. هناك حاجة لربط دائرتين من الدائرة الكهربائية.

يعد هذا ضروريًا لعزل الجلفنة ، ونقل الإشارات بسرعة ، وكذلك لتوصيل دوائر التيار المستمر والتيار المتردد ، كما في حالة التحكم ثلاثي الأرجل في دائرة 220 فولت 5 فولت مع إشارة من المتحكم الدقيق.

لديهم تعيين رسومي يحتوي على معلومات حول نوع العناصر المستخدمة داخل optocoupler.

فكر في مثالين لاستخدام هذه الأجهزة.

السيطرة على التيرستورات باستخدام متحكم

إذا كنت تقوم بتصميم محول الثايرستور أو محول التيرستورات ، فستواجه مشكلة. أولاً ، إذا حدث تحول في التحكم في الإخراج - إلى دبوس متحكم إمكانات عالية ستسقط وسوف تفشل هذه الأخيرة. لهذا السبب ، تم تطوير برامج تشغيل خاصة ، مع عنصر يسمى optosymistor ، على سبيل المثال ، MOC3041.

Optocouple ردود الفعل

في امدادات الطاقة التبديل مستقرة ، مطلوب ردود الفعل. إذا استثنينا العزلة الكلفانية في هذه الدائرة ، ثم في حالة تعطل بعض المكونات في دائرة التشغيل ، ستظهر إمكانات عالية في دائرة الخرج وستفشل المعدات المتصلة ، وأنا لا أقول أنه يمكنك الصدمة.

في مثال محدد ، تشاهد تطبيق نظام التشغيل هذا من دائرة الإخراج إلى لفيفة التغذية (التحكم) في الترانزستور باستخدام optocoupler مع التعيين التسلسلي U1.

النتائج

تعتبر الإلكترونيات الضوئية والصور الفوتوغرافية من الأقسام المهمة جدًا في مجال الإلكترونيات ، والتي حسّنت بشكل كبير من جودة المعدات وتكلفتها وموثوقيتها. باستخدام optocoupler ، فمن الممكن استبعاد استخدام محول العزلة في هذه الدوائر ، مما يقلل من الأبعاد الكلية. بالإضافة إلى ذلك ، من المستحيل تنفيذ بعض الأجهزة بدون هذه العناصر.