Valovastus on puolijohderadioelementti, joka muuttaa vastustaan ​​valaistuksesta riippuen. Näkyvässä valossa (auringonvalo tai lamppujen valo) käytetään kadmiumsulfidia tai selenidia. On myös valovastuksia, jotka havaitsevat infrapunasäteilyä. Ne on valmistettu germaniumista, johon on lisätty muita aineita.Ominaisuutta muuttaa vastustaan ​​valon vaikutuksesta käytetään erittäin laajalti elektroniikassa.

Ulkonäkö ja merkintä kaaviossa

Pohjimmiltaan valovastukset näyttävät tältä

Kaavioissa ne voidaan osoittaa seuraavasti:

tai niin

Miten valovastus toimii?

Katsotaanpa yhtä valovastusperheen edustajista

Siinä, kuten kaikissa valokennoissa, on ikkuna, jolla se "vangitsee" valoa.

Valovastuksen pääparametri on sen tumma vastus. Valovastuksen tumma vastus on sen vastus ilman siihen putoavaa valoa.

Viitekirjan perusteella osastomme tumma vastus on 15x10 8 ohmia tai sanoin - 1,5 GOhm. Voidaan jopa sanoa - täydellinen hajoaminen. Onko tämä totta? Katsotaanpa. Käytän tätä varten muistikirjaani ja piilotan siihen valovastuksen:

Jopa 200 MOhm alueella yleismittari näytti yhtä. Tämä tarkoittaa, että valovastuksen resistanssi on reilusti yli 200 MOhm.

Poistamme kokeellisen aiheemme kirjasta ja sytämme valon huoneeseen. Tulos on heti selvä:

106,7 KOhm.

Nyt laitan pöytälampun päälle. Huoneesta tuli vieläkin valoisampi. Katsomme yleismittarin lukemia:

76,2 KOhm.

Tuon valovastuksen lähelle pöytälamppua:

18,6 KOhm Päättelemme:

Mitä enemmän valoa virtaa valovastukseen, sitä pienempi sen vastus.

Seuraavassa projektissamme käytämme valovastusta. Ja harkitsemme yövalon käyttöönottoa makuuhuoneeseen, joka syttyy automaattisesti, kun on pimeää, ja sammuu, kun siitä tulee valoa.

Käytämme jännitteen jakajalta Arduino ADC:n tuloon. Siellä vertaamme saatua arvoa tiettyyn kynnykseen ja sytytämme tai sammutamme lampun.

Jakajan kytkentäkaavio on esitetty alla. Kun valaistus lisääntyy, valovastuksen vastus laskee ja vastaavasti jakajan lähdön (ja ADC-tulon) jännite kasvaa. Kun valaistus heikkenee, kaikki on toisinpäin.

Alla olevassa kuvassa näkyy koottu piiri leipälevylle. Jännitteet 0V ja 5V on otettu Arduinosta. Pin A0 käytetään ADC-tulona.

Alla on Arduino-sketsi. Tässä opetusohjelmassa yksinkertaisesti kytkemme päälle ja pois Arduino-levyyn sisäänrakennetun LEDin. Voit kytkeä kirkkaamman LEDin jalkaan 13 (~220 ohmin vastuksen kautta). Jos kytket tehokkaamman kuorman, kuten hehkulampun, se tulee kytkeä releen tai tyristorin kautta.

Ohjelmakoodissa on kommentoituja osioita, joita käytetään virheenkorjaukseen. On mahdollista ohjata ADC-arvoa (0 - 1024). Sinun on myös muutettava koodissa oleva arvo 500 (päälle ja pois päältä -kynnys) arvoon, jonka valitset kokeellisesti muuttamalla valaistusta.

/* ** Yövalo ** ** www.hobbytronics.co.uk */ int sensorPin = A0; // aseta tulohaara ADC:lle unsigned int sensorValue = 0; // valovastuksen digitaalinen arvo void setup() ( pinMode(13, OUTPUT); Serial.begin(9600); // aloita sarjadatan lähtö (testausta varten) void loop() ( sensorValue = analogRead(sensorPin); // lue arvo valovastuksesta if(sensorValue<500) digitalWrite(13, HIGH); // включаем else digitalWrite(13, LOW); // выключаем // Для отладки раскомментируйте нижеследующие строки //Serial.print(sensorValue, DEC); // вывод данных с фоторезистора (0-1024) //Serial.println(""); // возврат каретки //delay(500); }

Anturit ovat täysin erilaisia. Ne eroavat toisistaan ​​toimintaperiaatteen, työnsä logiikan ja fysikaalisten ilmiöiden ja määrien suhteen, joihin he pystyvät reagoimaan. Valoantureita ei käytetä vain automaattisissa valaistuksen ohjauslaitteissa, niitä käytetään valtavassa määrässä laitteita, aina virtalähteistä hälyttimiin ja turvajärjestelmiin.

Valoelektronisten laitteiden päätyypit. Yleistä tietoa

Valodetektori yleisessä mielessä on elektroninen laite, joka reagoi sen herkälle osalle tulevan valovirran muutoksiin. Ne voivat erota rakenteeltaan ja toimintaperiaatteeltaan. Katsotaanpa niitä.

Valovastukset - muuttavat vastusta, kun ne valaistaan

Valovastus on valolaite, joka muuttaa johtavuutta (resistanssia) riippuen sen pinnalle tulevan valon määrästä. Mitä voimakkaampi herkkä alue, sitä vähemmän vastusta. Tässä on kaavamainen esitys siitä.

Se koostuu kahdesta metallielektrodista, joiden välissä on puolijohdemateriaalia. Kun valo osuu puolijohteeseen, siinä vapautuu varauksenkuljettajia, mikä helpottaa virran kulkua metallielektrodien välillä.

Valovirran energia kuluu elektroneihin, jotka ylittävät kaistavälin ja siirtyvät johtavuuskaistalle. Valovastusten puolijohteena käytetään materiaaleja, kuten: kadmiumsulfidi, lyijysulfidi, kadmiumseleniitti ja muut. Fotovastuksen spektriominaisuudet riippuvat materiaalityypistä.

Mielenkiintoista:

Spektriominaisuus sisältää tietoa siitä, mille valovirran aallonpituuksille (väreille) valovastus on herkin. Joillekin näytteille on tarpeen valita huolellisesti sopivan aallonpituuden omaava valosäteilijä, jotta saavutetaan suurin herkkyys ja toimintatehokkuus.

Valovastusta ei ole tarkoitettu mittaamaan tarkasti valaistusta, vaan sen lukemien perusteella voidaan määrittää, onko ympäristö vaaleampi vai tummempi. Valovastuksen virta-jännite-ominaisuus on seuraava.

Se näyttää virran riippuvuuden jännitteestä eri valovirran arvoilla: F on pimeys ja F3 on kirkas valo. Se on lineaarinen. Toinen tärkeä ominaisuus on herkkyys, se mitataan mA (μA)/(Lm*V). Mikä heijastaa kuinka paljon virtaa virtaa vastuksen läpi tietyllä valovirralla ja jännitteellä.

Pimeyden vastus on aktiivinen vastus täysin ilman valaistusta, jota merkitään Rt, ja ominaispiirre Rt/Rsv on vastuksen muutoskerroin valovastuksen tilasta valon täydellisessä poissa ollessa maksimaaliseen valaistuun tilaan ja pienimpään mahdolliseen. vastus, vastaavasti.

Valovastuksilla on merkittävä haittapuoli - niiden rajataajuus. Tämä arvo kuvaa sinimuotoisen signaalin maksimitaajuutta, jolla mallinnetaan valovirtaa ja jolla herkkyys pienenee 1,41 kertaa. Viitekirjoissa tämä heijastuu joko taajuusarvona tai aikavakion kautta. Se heijastaa laitteiden nopeutta, joka kestää yleensä kymmeniä mikrosekunteja - 10^(-5) s. Tämä ei salli sen käyttöä siellä, missä tarvitaan korkeaa suorituskykyä.

Valodiodi - muuntaa valon sähkövaraukseksi

Valodiodi on elementti, joka muuntaa herkälle alueelle putoavan valon sähkövaraukseksi. Tämä johtuu siitä, että säteilytyksen aikana p-n-liitoksessa tapahtuu erilaisia ​​varauksenkuljettajien liikkumiseen liittyviä prosesseja.

Jos valovastuksen johtavuus muuttuu johtuen varauksenkuljettajien liikkeestä puolijohteessa, muodostuu varaus p-n-liitoksen rajalle. Se voi toimia photoconverter- ja photogenerator-tilassa.

Sen rakenne on sama kuin tavallisella diodilla, mutta sen rungossa on ikkuna, jonka läpi valo pääsee kulkemaan. Ulkoisesti niitä on eri malleina.

Mustalla rungolla varustetut fotodiodit havaitsevat vain infrapunasäteilyä. Musta pinnoite on jotain samanlaista kuin sävytys. Suodattaa IR-spektrin sulkemaan pois mahdollisuuden laukaista muiden spektrien säteilyä.

Valodiodeissa, kuten valovastuksissa, on rajataajuus, vain tässä se on suuruusluokkaa suurempi ja saavuttaa 10 MHz, mikä mahdollistaa hyvän suorituskyvyn. P-i-N-valodiodeilla on suuri nopeus - 100 MHz-1 GHz, kuten Schottky-esteeseen perustuvilla diodeilla. Lumivyörydiodien rajataajuus on noin 1-10 GHz.

Valomuunnintilassa tällainen diodi toimii valoohjattavana kytkimenä, se on kytketty piiriin eteenpäin. Toisin sanoen katodi on pisteeseen, jossa on positiivisempi potentiaali (koh- ti plussaa), ja anodi on negatiivisemmassa potentiaalissa (koh- ti miinusta).

Kun diodia ei valaista valolla, vain käänteinen tumma virta Irev virtaa piirissä (yksiköt ja kymmeniä μA), ja kun diodia valaistaan, siihen lisätään valovirta, joka riippuu vain valaistusasteesta (kymmeniä mA). Mitä enemmän valoa, sitä suurempi virta.

Valovirta If on yhtä suuri kuin:

missä Sint on integraalinen herkkyys, Ф on valovirta.

Tyypillinen piiri valodiodin kytkemiseen päälle valomuunnintilassa. Kiinnitä huomiota siihen, miten se on kytketty - vastakkaiseen suuntaan virtalähteeseen nähden.

Toinen tila on generaattori. Kun valo osuu valodiodiin, sen liittimiin syntyy jännite, ja oikosulkuvirrat tässä tilassa ovat kymmeniä ampeeria. Tämä muistuttaa, mutta sillä on pieni teho.

Fototransistorit - auki tulevan valon määrästä riippuen

Valotransistori on pohjimmiltaan sellainen, jossa peruslähdön sijasta rungossa on ikkuna valon sisäänpääsyä varten. Toimintaperiaate ja syyt tähän vaikutukseen ovat samanlaiset kuin aikaisemmissa laitteissa. Bipolaarisia transistoreita ohjataan kannan läpi kulkevan virran määrällä, ja fototransistoreita ohjataan samalla tavalla valon määrällä.

Joskus UGO näyttää myös tukiaseman lähdön. Yleensä fototransistoriin syötetään jännite samalla tavalla kuin tavalliseen, ja toinen kytkentävaihtoehto on kelluvalla alustalla, kun kantapinta jää käyttämättä.

Valotransistorit sisällytetään piiriin samalla tavalla.

Tai vaihda transistori ja vastus sen mukaan, mitä tarkalleen tarvitset. Valon puuttuessa transistorin läpi kulkee tumma virta, joka muodostuu perusvirrasta, jonka voit asettaa itse.

Kun olet asettanut tarvittavan kantavirran, voit asettaa fototransistorin herkkyyden valitsemalla sen kantavastuksen. Tällä tavalla hämäräkin valo saadaan vangittua.

Neuvostoliiton aikoina radioamatöörit valmistivat fototransistoreita omin käsin - he tekivät ikkunan valolle leikkaamalla osan tavallisen transistorin rungosta. Transistorit, kuten MP14-MP42, sopivat tähän erinomaisesti.

Virta-jännite-ominaiskäyrästä näkyy valovirran riippuvuus valaistuksesta, kun taas se on käytännössä riippumaton kollektori-emitterijännitteestä.

Bipolaaristen fototransistoreiden lisäksi on olemassa myös kenttävaikutteisia. Kaksinapaiset toimivat 10-100 kHz:n taajuuksilla, kun taas kenttävoimalat ovat herkempiä. Niiden herkkyys saavuttaa useita ampeeria lumenia kohden, ja "nopeampien" - jopa 100 MHz. Kenttätransistoreilla on mielenkiintoinen ominaisuus: maksimivalovirran arvoilla hilajännitteellä ei ole juuri mitään vaikutusta nieluvirtaan.

Valoelektronisten laitteiden käyttöalueet

Ensinnäkin kannattaa harkita tutumpia vaihtoehtoja niiden käyttöön, esimerkiksi valon automaattinen syttyminen.

Yllä esitetty piiri on yksinkertaisin laite kuorman kytkemiseen päälle ja pois tietyllä valotasolla. Valodiodi FD320 Kun valo osuu siihen, se avautuu ja tietty jännite putoaa R1:n yli, kun sen arvo riittää avaamaan transistorin VT1 - se avautuu ja avaa toisen transistorin - VT2. Nämä kaksi transistoria ovat kaksivaiheisia virtavahvistimia, joita tarvitaan relekelan K1 syöttämiseen.

Diodia VD2 tarvitaan vaimentamaan kelaa kytkettäessä muodostuvaa EMF-itseinduktiota. Yksi kuorman johdoista on kytketty releen syöttökoskettimeen, kaavion ylin (vaihtovirralle - vaihe tai nolla).

Meillä on normaalisti suljetut ja avoimet koskettimet, joita tarvitaan joko kytkettävän piirin valitsemiseen tai sen valitsemiseen, kytketäänkö verkon kuorma päälle vai pois, kun vaadittu valaistus on saavutettu. Potentiometriä R1 tarvitaan säätämään laite toimimaan vaaditulla valomäärällä. Mitä suurempi vastus, sitä vähemmän valoa tarvitaan virtapiirin käynnistämiseen.

Tämän piirin muunnelmia käytetään useimmissa samankaltaisissa laitteissa, joihin lisätään tarvittaessa tietty joukko toimintoja.

Kevyen kuorman päällekytkemisen lisäksi tällaisia ​​valoilmaisimia käytetään erilaisissa ohjausjärjestelmissä, esimerkiksi metron kääntöporteissa fotovastuksia käytetään usein havaitsemaan luvaton (jäniksen) kääntöportin ylitys.

Painotalossa paperiliuskan katketessa valo osuu valotunnistimeen ja antaa siten signaalin käyttäjälle. Säteilijä on paperin toisella puolella ja valodetektori toisella puolella. Kun paperi repeytyy, emitterin valo saavuttaa valotunnistimen.

Joissakin hälytysjärjestelmissä huoneeseen pääsyn antureina käytetään emitteriä ja valoilmaisinta, kun taas infrapunalaitteita käytetään estämään säteilyn näkyminen.

IR-spektrin osalta ei mainita TV-vastaanotinta, joka vastaanottaa signaalit kaukosäätimen IR-LED:ltä, kun vaihdat kanavaa. Tiedot on koodattu erityisellä tavalla ja televisio ymmärtää mitä tarvitset.

Aiemmin tietoa välitettiin tällä tavalla matkapuhelimien infrapunaporttien kautta. Lähetysnopeutta rajoittaa sekä sarjalähetysmenetelmä että itse laitteen toimintaperiaate.

Tietokonehiiret käyttävät myös valoelektroniikkalaitteisiin liittyvää teknologiaa.

Sovellukset signaalin siirtoon elektronisissa piireissä

Optoelektroniset laitteet ovat laitteita, jotka yhdistävät emitterin ja fotodetektorin samassa kotelossa, kuten edellä kuvatut. Niitä tarvitaan kytkemään kaksi sähköpiirin piiriä.

Tämä on tarpeen galvaaniseen eristykseen, nopeaan signaalinsiirtoon sekä DC- ja AC-piirien kytkemiseen, kuten ohjattaessa triakia 220 V 5 V -piirissä mikrokontrollerin signaalilla.

Niissä on tavanomainen graafinen merkintä, joka sisältää tietoa optoerottimen sisällä käytettyjen elementtien tyypeistä.

Katsotaanpa pari esimerkkiä tällaisten laitteiden käytöstä.

Jos suunnittelet tyristoria tai triac-muunninta, kohtaat ongelman. Ensinnäkin, jos siirtymä ohjauslähdössä katkeaa, suuri potentiaali osuu ja jälkimmäinen epäonnistuu. Tätä tarkoitusta varten on kehitetty erityisiä ajureita, joissa on optosimistori, esimerkiksi MOC3041.

Stabiloitujen virtalähteiden kytkeminen vaatii palautetta. Jos suljemme pois galvaanisen eristyksen tässä piirissä, niin jos jotkut käyttöjärjestelmäpiirin komponentit epäonnistuvat, lähtöpiirissä syntyy suuri potentiaali ja liitetty laite epäonnistuu, en puhu siitä tosiasiasta, että voit saada sähköiskun .

Tietyssä esimerkissä näet tällaisen käyttöjärjestelmän toteutuksen lähtöpiiristä transistorin takaisinkytkentä (ohjaus) käämiin käyttämällä optoerotinta, jonka sarjanumero on U1.

Johtopäätökset

Valo- ja optoelektroniikka ovat erittäin tärkeitä elektroniikan osa-alueita, jotka ovat parantaneet merkittävästi laitteiden laatua, kustannuksia ja luotettavuutta. Optoerottimen avulla on mahdollista poistaa eristävän muuntajan käyttö tällaisissa piireissä, mikä vähentää paino- ja kokoparametreja. Lisäksi joitain laitteita ei yksinkertaisesti voida toteuttaa ilman tällaisia ​​​​elementtejä.

Esimerkki valovastuksen kytkemisestä LEDin ohjaamiseen

Tämä esimerkki osoittaa valovastuksen kytkemisen LEDin ohjaamiseen yövalon analogin luomiseksi. Valovastuksen vastus riippuu siihen tulevan valon voimakkuudesta, joten kun valo vähenee, LED palaa kirkkaasti ja kirkkaassa valossa se sammuu.

Vaaditut komponentit

• Leipälauta;
• Vastus päällä 220 ohmia;
• Vastus päällä 10 kOhm;
• Valovastus nimellisresistanssilla 200kOhm;
• Yksi punainen LED;
• Jumper johdot;

Kaavio

Yhdistä 9 -Arduinon digitaalinen nasta yhdellä nastalla 220 ohmia vastus, kytke tämän vastuksen toinen liitin LEDin anodiin (pitkä jalka) ja LEDin katodi maahan (kosketin GND Arduino-levyllä). Ota yhteyttä 5V liitä Arduino-kortti yhteen fotovastuksen nastasta ja toinen nasta 0 Arduinon analogisella nastalla ja yhdellä nastaista 10 kOhm vastus, kytke vastuksen toinen liitin maahan (kosketin GND Arduino-levyllä).

Resistiivinen jännitteenjakaja koostuu kahdesta vastuksesta lähtöjännite riippuu vastusten suhteesta. Tässä esimerkissä yksi vastuksista on muuttuva (valovastus, jonka nimellisvastus on 200kOhm, eli täydellisessä pimeydessä valovastuksen resistanssi on yhtä suuri kuin nimellisarvo, ja kirkkaassa valossa se putoaa melkein nollaan), joten voimme saada jännitteen muutoksen. Toinen vastus määrittää herkkyyden. Jos käytät trimmausvastusta, voit tehdä säädettävän herkkyyden.

Lukemien skaala ja tarkkuus riippuu valovastuksen sijaintipaikasta ja jännitteenjakajapiirin vakiovastuksen arvosta. Vaihda piiri ja katso porttimonitori (tätä varten voit ladata koodin osiosta "Parametrien säätökoodi", joka sijaitsee alla) lukemien muuttuessa.

Porttimonitorissa ensimmäisessä ja toisessa tapauksessa näet, että et saa koko arvoaluetta (0 - 1023), koska valovastuksen resistanssi ei koskaan ole nolla. Mutta voit määrittää vähimmäis- (MIN_LIGHT) ja maksimi (MAX_LIGHT) valaistusarvot (arvot riippuvat valaistusolosuhteista, vakiovastuksen arvosta ja fotovastuksen ominaisuuksista) rakentaaksemme "yövalomme".

Koodi

Lataa alla näkyvä luonnos Arduino-levyllesi.

#define RLED 9 //Yhdistä punainen LED 9. digitaaliseen nastaan ​​PWM-tuella

1. int val = 0; //Muuttuja anturin lukuarvon tallentamiseksi

2. void setup()

   pinMode(RLED, OUTPUT) ; //Aseta nasta 9 lähdöksi

3. void loop()

   val = analoginenRead(VALO) ; //lukee arvon analogisesta tulosta

   val = kartta(arvo, MIN_VALO, MAX_VALO, 255, 0) ; //muuntaa luettujen arvojen alueen

   val = constrain(arvo, 0 , 255 ); //"määrittää" hyväksyttävien arvojen alueen

   analogWrite(RLED, val); //ohjaa LEDiä

• Huomautus: Tässä esimerkissä käytetään valovastusta, jonka nimellisvastus on 200kOhm. Jos sinulla on eriarvoinen fotovastus, saatat joutua muuttamaan minimi- (MIN_LIGHT) ja maksimi (MAX_LIGHT) valaistusarvoa.

Koodi parametrien säätämiseen

Jos sinulla on fotovastus, jolla on eri luokitus, saatat joutua säätämään vähimmäis- (MIN_LIGHT) ja maksimi (MAX_LIGHT) valaistusarvoa. Voit tehdä tämän lisäämällä kaksi koodiriviä (korostettu). Ja määritä vähimmäis- (MIN_LIGHT) ja maksimi (MAX_LIGHT) valaistusarvot estämällä (ja päinvastoin avaamalla) valovastuksen pääsy kädellä ja tarkkailemalla arvojen muutoksia sarjaportin monitorin avulla. Säädön jälkeen voit kommentoida lisätyt koodirivit.

#define RLED 9 //Yhdistä punainen LED 9. digitaaliseen nastaan ​​PWM-tuella

#define LIGHT 0 //Kytke valovastus 0. analogiseen nastaan

#define MIN_LIGHT 200 //Valon vähimmäisarvo

#define MAX_LIGHT 900 //Valon enimmäisarvo

1. Phototoresist: http://ali.ski/5GDvP7
2. Diodit ja vastukset: http://fas.st/KK7DwjyF
3. Kehityslautakunta: http://ali.ski/rq8wz8
4. Arduino uno: http://ali.ski/gC_mOa

Tässä opetusohjelmassa yhdistämme valovastuksen Arduinoon. joka ohjaa sisäänrakennettua LEDiä.

Valovastus: Valovastusten vastus pienenee valolle altistuessaan ja kasvaa pimeässä. Valovastukset ovat helppokäyttöisiä, mutta reagoivat melko hitaasti valotason muutoksiin ja niillä on erittäin alhainen hyötysuhde. tarkkuus. Tyypillisesti valovastusten resistanssi voi vaihdella 50 ohmista päivänvalossa yli 10 megaohmiin pimeässä.

Yhdistämme itse fotovastuksen maahan 10 kOhm vastuksen kautta ja yhdistämme saman jalan Arduinon analogiseen nastaan ​​A0, fotovastuksen toinen haara kytketään 5 voltin Arduinoon. Kaikki tämä näkyy selvästi artikkelin alussa olevassa kaaviossa.

Kun olet yhdistänyt valovastuksen oikein Arduinoon, sinun on kopioitava alla oleva koodi, liitettävä se Arduino ide -ohjelmaan ja ladattava kaikki tämä ohjelmakoodi Arduinoon.

Int PhotosensorPin = A0; //Ilmoita nasta, johon valovastus on kytketty unsigned int sensorValue = 0; //Määritä muuttuja arvojen tallentamiseksi. void setup() ( pinMode(13, OUTPUT); Serial.begin(9600); ) void loop() ( sensorValue = analogRead(PhotosensorPin); // Lue arvot valovastuksen 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); }

Kun olet ladannut ohjelmakoodin Arduinoon, sinun on avattava porttimonitori.

Nyt, jos valo osuu valovastukseen ja sisäänrakennettu LED ei pala, peitä fotovastus kädelläsi ja huomaat, että jossain vaiheessa LED syttyy! Voit myös nähdä porttimonitorin valovastuksen arvon muutokset.

Esittely valovastuksen toiminnasta näkyy alla olevassa videossa.

Video: