Fotossensores e sua aplicação

O que são fotossensores

Em vários dispositivos eletrônicos, dispositivos de automação residencial e industrial, vários designs de rádio amador fotossensores são usados ​​muito amplamente. Quem já desmontou um mouse de computador antigo, como foi chamado de "komovskaya", com uma bola dentro, deve ter visto rodas com slots girando nos slots dos fotossensores.

Esses fotossensores são chamados interruptores de foto - interrompa o fluxo de luz. De um lado desse sensor, há uma fonte - LEDvia de regra, infravermelho (IR), com outro fototransistor (para ser mais preciso, dois fototransistores, em alguns modelos do fotodiodo, para determinar também a direção da rotação). Quando a roda é girada com fendas na saída do fotosensor, são obtidos impulsos elétricos, que são informações sobre a posição angular da própria roda. Esses dispositivos são chamados de codificadores. Além disso, o codificador pode ser apenas um contato, lembre-se da roda de um mouse moderno!

Os interruptores de fotos são usados ​​não apenas em "mouses", mas também em outros dispositivos, por exemplo, sensores de velocidade de algum mecanismo. Nesse caso, é usado um único fotossensor, porque não é necessário determinar a direção da rotação.

Se, por algum motivo, na maioria das vezes para reparo, subir em outros dispositivos eletrônicos, os sensores fotográficos podem ser encontrados em impressoras, scanners e copiadoras, em unidades de CD, em DVD players, gravadores de vídeo, filmadoras e outros equipamentos.

Então, o que são fotossensores e quais são eles? Basta ver, sem entrar na física dos semicondutores, sem entender as fórmulas e sem pronunciar palavras incompreensíveis (recombinação, reabsorção de portadores minoritários), que é chamado "nos dedos", como esses fotossensores funcionam.

Figura 1. Interruptor fotográfico

Photoresistor

Tudo está claro com ele. Como um resistor constante comum possui uma resistência ôhmica, a direção da conexão no circuito não desempenha um papel. Diferentemente de um resistor constante, ele altera a resistência sob a influência da luz: quando iluminado, diminui várias vezes. O número desses "tempos" depende do modelo do fotorresistor, principalmente de sua resistência ao escuro.

Estruturalmente, os fotorresistores são uma caixa de metal com uma janela de vidro através da qual é visível uma placa de cor acinzentada com uma faixa em zigue-zague. Os modelos posteriores foram realizados em estojo plástico com tampa transparente.

A velocidade dos fotorresistores é baixa, portanto eles podem funcionar apenas em frequências muito baixas. Portanto, em novos desenvolvimentos, eles quase nunca são usados. Mas acontece que, no processo de reparo de equipamentos antigos, eles terão que se encontrar.

Para verificar a saúde do fotorresistor, basta verificar sua resistência com um multímetro. Na ausência de iluminação, a resistência deve ser grande, por exemplo, o fotorresistor SF3-1 tem uma resistência escura de acordo com os dados de referência de 30MOhm. Se estiver aceso, a resistência cairá para alguns KOhms. A aparência do fotorresistor é mostrada na Figura 2.

Figura 2. Fotoresistor SF3-1

Fotodiodos

Muito semelhante a um diodo retificador convencional, se não for a propriedade de reagir à luz. Se você "tocar" com um testador, é melhor usar um comutador atualizado; na ausência de iluminação, os resultados serão os mesmos que no caso de um diodo convencional: na direção para frente, o dispositivo mostrará um pouco de resistência e, na direção oposta, a seta do dispositivo dificilmente se moverá.

Eles dizem que o diodo está ligado na direção oposta (esse ponto deve ser lembrado), para que a corrente não flua através dele. Mas, se nesta inclusão o fotodiodo estiver aceso com uma lâmpada, a seta subirá abruptamente para a marca zero.Este modo de operação do fotodiodo é chamado fotodiodo.

O fotodiodo também possui um modo de operação fotovoltaico: quando a luz o atinge, ele bateria solar, produz uma tensão fraca, que, se reforçada, pode ser usada como um sinal útil. Porém, mais frequentemente o fotodiodo é usado no modo fotodiodo.

Os fotodiodos da aparência antiga são um cilindro de metal com duas derivações. Por outro lado, é uma lente de vidro. Os fotodiodos modernos têm uma caixa feita de plástico transparente, exatamente o mesmo que os LEDs.

Fig. 2. Fotodiodos

Fototransistores

Na aparência, eles são simplesmente indistinguíveis dos LEDs, o mesmo estojo é feito de plástico transparente ou um cilindro com um copo no final, e a partir dele existem duas saídas - um coletor e um emissor. O fototransistor não parece precisar de uma saída básica, porque o sinal de entrada é o fluxo de luz.

Embora alguns fototransistores ainda possuam uma saída base, que, além da luz, também permite que o transistor seja controlado eletricamente. Isso pode ser encontrado em alguns acopladores ópticos de transistor, por exemplo, AOT128 e 4N35 importados, que são essencialmente análogos funcionais. Um resistor é conectado entre a base e o emissor do fototransistor para cobrir levemente o fototransistor, como mostra a Figura 4.

Figura 3. Fototransistor

Nosso acoplador óptico geralmente "trava" 10-100KΩ, enquanto o "analógico" importado tem cerca de 1MΩ. Se você colocar até 100K, não funcionará, o transistor está bem fechado.

Como verificar um fototransistor

Um fototransistor pode simplesmente ser verificado por um testador, mesmo que não possua uma saída básica. Quando um ohmímetro é conectado em qualquer polaridade, a resistência da seção coletor - emissor é bastante grande, pois o transistor está fechado. Quando uma luz de intensidade e espectro suficientes entra na lente, o ohmímetro mostra um pouco de resistência - o transistor foi aberto, se, é claro, fosse possível adivinhar a polaridade da conexão do testador. De fato, esse comportamento se assemelha a um transistor convencional, mas é aberto com um sinal elétrico e este com um fluxo de luz. Além da intensidade do fluxo de luz, sua composição espectral desempenha um papel importante. Para recursos de teste de transistor, consulte aqui. 

Espectro de luz

Normalmente, os fotosensores são ajustados para um comprimento de onda específico da radiação luminosa. Se for radiação infravermelha, esse sensor não responde bem aos LEDs azuis e verdes, bons o suficiente para vermelho, uma lâmpada incandescente e, é claro, para infravermelho. Também não aceita luz de lâmpadas fluorescentes. Portanto, a razão para o mau funcionamento do fotossensor pode ser simplesmente um espectro inadequado da fonte de luz.

Foi escrito acima como tocar um fotodiodo e um fototransistor. Aqui você deve prestar atenção a uma aparência aparentemente nítida como o tipo de dispositivo de medição. Em um multímetro digital moderno, no modo de continuidade de semicondutores, o plus está no mesmo lugar que ao medir a tensão DC, ou seja, no fio vermelho.

O resultado da medição será a queda de tensão em milivolts na junção p-n na direção direta. Como regra, esses são números na faixa de 500 a 600, que dependem não apenas do tipo de dispositivo semicondutor, mas também da temperatura. Com o aumento da temperatura, esse número diminui em 2 para cada grau Celsius, devido ao coeficiente de temperatura da resistência do TCS.

Ao usar um testador de ponteiro, deve-se lembrar que no modo de medição de resistência, a saída positiva está no sinal de menos no modo de medição de tensão. Com essas verificações, é melhor iluminar os sensores fotográficos com uma lâmpada incandescente a curta distância.

Emparelhar o fotosensor com um microcontrolador

Recentemente, muitos entusiastas do rádio demonstraram grande interesse em projetar robôs. Na maioria das vezes, é algo aparentemente primitivo, como uma caixa com baterias sobre rodas, mas terrivelmente inteligente: ouve tudo, vê tudo, contorna obstáculos.Ele vê tudo apenas devido a fototransistores ou fotodiodos, e talvez até fotorresistores.

Tudo é muito simples aqui. Se este for um fotorresistor, basta conectá-lo, como indicado no diagrama, e no caso de um fototransistor ou fotodiodo, para não confundir a polaridade, "toque" primeiro, como descrito acima. É especialmente útil fazer esta operação, se as peças não forem novas, verifique se elas são adequadas. Conectando diferentes sensores fotográficos a microcontrolador mostrado na figura 4.

Figura 4. Esquemas para conectar fotosensores a um microcontrolador

Medição de luz

Fotodiodos e fototransistores têm baixa sensibilidade, alta não linearidade e um espectro muito estreito. A principal aplicação desses dispositivos fotográficos é trabalhar no modo de chave: ativado / desativado. Portanto, a criação de medidores de luz sobre eles é bastante problemática, embora anteriormente em todos os medidores de luz analógicos eles fossem usados ​​precisamente nesses fotosensores.

Felizmente, porém, a nanotecnologia não pára, mas avança aos trancos e barrancos. Para medir a iluminação "lá eles criaram", criou um chip especializado TSL230R, que é um conversor programável de iluminação - frequência.

Externamente, o dispositivo é um chip em um estojo DIP8 feito de plástico transparente. Todos os sinais de entrada e saída no nível são compatíveis com a lógica TTL-CMOS, o que facilita o emparelhamento do conversor com qualquer microcontrolador.

Usando sinais externos, você pode alterar a sensibilidade do fotodiodo e a escala do sinal de saída, respectivamente, 1, 10, 100 e 2, 10 e 100 vezes. A dependência da frequência do sinal de saída na iluminação é linear, variando de frações de um hertz a 1 MHz. As configurações de escala e sensibilidade são realizadas fornecendo níveis lógicos para apenas 4 entradas.

O microcircuito pode ser introduzido no modo de micro consumo (5 μA) para o qual existe uma conclusão separada, embora não seja particularmente voraz no modo de operação. Com uma tensão de alimentação de 2,7 ... 5,5 V, o consumo de corrente não é superior a 2 mA. Para a operação do chip não requer nenhuma cintagem externa, exceto que o capacitor de bloqueio de energia.

De fato, basta conectar um medidor de frequência ao microcircuito e obter leituras de iluminação, bem, aparentemente, em alguns UEs. No caso de usar o microcontrolador, com foco na frequência do sinal de saída, você pode controlar a iluminação da sala ou simplesmente pelo princípio de "ligar / desligar".

O TSL230R não é o único medidor de luz. Ainda mais avançados são os sensores Maxim MAX44007-MAX44009. Suas dimensões são menores que as do TSL230R, o consumo de energia é o mesmo de outros sensores no modo de suspensão. O principal objetivo desses sensores de luz é o uso em dispositivos alimentados por bateria.

Fotossensores controlam a iluminação

Uma das tarefas executadas com a ajuda dos fotossensores é controle de iluminação. Tais esquemas são chamados revezamento de foto, na maioria das vezes essa é uma simples inclusão de iluminação no escuro. Para esse fim, muitos amadores desenvolveram muitos circuitos, alguns dos quais consideraremos no próximo artigo.

Continuação do artigo: Esquemas de retransmissão de fotos para controle de iluminação