Fotoellenállások tervezés és bekapcsolási áramkör fotorezisztből do-it-yourselfers
Úgynevezett fényelektromos félvezetők, amelynek vezetőképessége változik alatt fény hatására.
Ábra. 2.2. monokristályos LDR
Ábra. 2.3. film photoresistor
Ábra. 2.4. Rátérve photoresistor a DC hurok
A design a egykristály és egy filmet fotoreziszt ábrán látható. 2.2, 2.3. A fő eleme egy fényérzékeny az első esetben egyetlen kristály, és a második - a vékony film félvezető anyagból.
Ha a fotocella sorba van kötve egy feszültségforrás (. 2.4 ábra), és nem világít, a sötét áram fog folyni a láncban:
ahol E - EMF áramforrás;
RT - az értéke villamos ellenállását fotoellenállás a sötétben, a sötét nevezett rezisztencia;
RH - terhelési ellenállás.
Megvilágítás hatására a fotoellenállásra foton energia fogy az elektron transzferre a vezetési sávban. A számú szabad elektron-lyuk párok növekszik, az ellenállást a fotoellenállásra esik, és átáramlik a fény-áram által okozott általános képletű:
A különbség a világos és a sötét folyó ad 1F aktuális értéket, az úgynevezett primer photocurrent vezetőképesség
Amikor a sugárzási fluxus kicsi, elsődleges fotoelektromos szinte inertialess vezetőképesség és változása egyenesen arányos a nagysága a sugárzási fluxus incidens a fénysorompó. A növekvő nagysága a sugárzási fluxus megnöveli a vezetési elektronok. Mozgó az anyag belsejében, az elektronok ütköznek atomokkal ionizálására őket, és hozzon létre további elektromos töltés áramlik, úgynevezett másodlagos fényáram vezetőképesség. Számának növelése ionizált atomok gátolja mozgását a vezetési elektronok. Ennek eredményeként ez a változás a fotoelektromos időben késleltetett képest változások a fényáram, amely meghatározza egy bizonyos tehetetlenség fotoellenállásra.
Főbb jellemzői fényelektromos
Photoresistor (a fotó- és ellenállás) félvezető ellenállás, az ohmos ellenállása által meghatározott mértéke megvilágítás. Az elvét alkalmazó fotorezisztekhez a jelenség fényvezető félvezetők. Fényvezető - növeli az elektromos vezetőképesség a félvezető fény. Az ok fényvezető - koncentrációjának növelése töltéshordozók - elektronok a vezetési sávban és lyukak a vegyérték sáv. A fényérzékeny réteget a félvezető anyagból, például ellenállások között elhelyezett két áramvezető elektródák. Hatása alatt a fényáram elektromos ellenállás réteg időben változik (néhány típusú fotoellenállások csökken két-három nagyságrenddel). Attól függően, hogy a használt félvezető anyagréteg photoresistor osztva a kén-ólom, kadmium-szulfid, bizmut-szulfid, és a kadmium szeleno polikristályos. Photoresistor magas érzékenység, stabilitás, azok gazdaságos és megbízható működését. Sok esetben ezek sikeresen helyettesíti a vákuum és gáztöltésű fotocella.
A főbb jellemzői a fotoellenállások:
• sötét rezisztencia (ellenállás teljes sötétségben) változik a hagyományos eszközök 1000-től 100.000.000 Ohm.
ahol Ai - fotoáram megegyezik a jelenlegi különbség a sötét és a világos; F - fényáram; U - az alkalmazott feszültség.
• Limit üzemi feszültség (általában 1-1000).
• Az átlagos relatív ellenállás változás százalékban (általában a tartományban 10 ... 99,9%):
ahol RT és R c - ellenállást a sötét és a fényviszonyok, ill.
• Átlagos szeres ellenállás-változás (jellemzően 1 és 1000). Viszonya határozza meg: RT / RC.
Áramkör a fotoreziszt ábrán látható. 2.5.
Bizonyos fényében fotocella ellenállás csökken, és ezért a jelenlegi az áramkörben növekszik, elérve az elegendő bármilyen
Ábra. 2.5. Elektromos kapcsolási elrendezés photoresistor
Ábra. 2.6. CVC fényvédő
eszközök (sematikusan látható az ábrán, mint egy terhelő ellenállás). Kívánt jel további erősítés vagy ellenőrző más eszközök eltávolítjuk párhuzamos RHarp.
Az alapvető jellemzői fényálló következők:
• Az áram-feszültség (I-V), amely jellemzi az fotoáram (állandó fényáram F) sötét áram vagy az alkalmazott feszültség. Fotoreziszteket, ez a függés majdnem lineáris (ábra. 2.6). Ohm törvénye sérül csak akkor, ha nagy feszültséget a fotoellenállások.
Fény (lux-amper), amely jellemzi az függését fotoáram a beeső fényáram állandó spektrális összetételét. Semiconductor fotoreziszt egy nemlineáris Lux-amper jellemző (ábra. 2.7). A legmagasabb érzékenységi kapjuk alacsony fényviszonyok között. Ez lehetővé teszi a használatát fotorezisztekhez mérésére nagyon alacsony sugárzás intenzitását. Ha a megvilágítás fény növeli a jelenlegi emelkedése nagyjából arányos a négyzetgyöke megvilágítás. A lejtőn a lux-amper jellemző függ az alkalmazott feszültség fotoellenállások.
2.7 ábra. A függőség áram fényáram incidens a munkafelület a fényérzékeny
Ábra. 2.8. A függőség a spektrális jellemzői a fotoreziszt anyag
Ábra. 2.9. A függőség photocurrent photoresistor frekvencia moduláció fényáram
• spektrális jellemző érzékenység fényérzékeny hatása alatt állandó teljesítmény áram adott hullámhosszon. A spektrális válasz határozza meg az anyag előállítására alkalmazott a fényérzékeny elem. Kadmium-szulfid fotoellenállások nagy érzékenységű a látható spektrumban, szelenid-kadmium - piros, és a kén-ólom - infravörös. Jól ábrán látható. 2.8.
Frekvencia jellemző érzékenység fényérzékeny hatására fényáram változó egy adott frekvencián. Szabad tehetetlenségi a fényelektromos okozza, hogy a nagyságát fotoáram gyakoriságától függ a modulációs beeső fényáram - fényáram egyre gyakrabban a fotoáram csökken (lásd a 2.9 ábra ..). A tehetetlenség korlátozza az alkalmazási lehetőségeinek fényálló, ha dolgozik, magas frekvenciájú változó fényáramokra.
Üzemi feszültség Up - állandó alkalmazott feszültség fotókonduktort, amely rendelkezésre áll a névleges paraméterek, amikor annak huzamosabb működést előre meghatározott üzemi körülmények között.
A maximálisan megengedhető feszültség photoresistor Umax - maximális értéke a DC feszültség a fotókonduktort, amelynél az eltérés annak paramétert a nominális érték nem haladja meg a megadott határok hosszan tartó működése előre meghatározott üzemi körülmények között.
Sötét ellenállás RT - fotoellenállásra ellenállása hiányában a beeső sugárzás a saját spektrális érzékenységi tartományban.
Fény ellenállás Rc - photoresistor ellenállás mérése után bizonyos idő elteltével az elején sugárzásnak való kitettség generál rajta a megvilágítás beállított értéket.
Többszörös KR ellenállás változás - aránya hő- új fényérzékeny ellenállás az ellenállás egy bizonyos megvilágítási szint (könnyű ellenállás).
Megengedett teljesítménydisszipáció - a hatalom, amelynél nem visszafordíthatatlan változások réteggel paraméterek működés közben.
Teljes folyó photoresistor - aktuális, álló sötét jelenlegi és photocurrent.
Fotoáram - átfolyó áram a fénysorompó egy meghatározott feszültség rajta miatt csak a hatása a sugárzási áramot egy előre meghatározott spektrális eloszlását.
Specifikus Érzékenység - az arány a fotoáram hogy a termék a beeső fényáram a fotoellenállással egy alkalmazott feszültség hozzá, uA / (LM-B):
ahol 1F - fotoáram egyenlő a különbség a átfolyó áramok fotókonduktort a sötétben, és egy előre meghatározott (200 Lux) megvilágítás, uA;
F - egy beeső fény fluxus, lm; U - az alkalmazott feszültség fotoellenállások, VA
Integral érzékenység - termék az adott érzékenységi határ üzemi feszültség:
Az időállandó TF - időtartam, amely alatt a fénykép-áram változik 63%, azaz a e-szor. Az időállandó az eszközt az jellemzi tehetetlenség és befolyásolja az alak a frekvenciamenet.
Ábra. 2.10. Illusztráció a nő és a bomlás a fotoáram függően megvilágítás a fényérzékeny
Ha bekapcsolja és kikapcsolja a fényt, a fotoelektromos növekszik a maximális (ábra. 2,10), és csökkenti a minimumra nem azonnali. A természete és hossza a görbék emelkedik és a pusztulás a fotoáram időben lényegében attól függ, hogy a mechanizmus a rekombinációja nem egyensúlyi hordozók az anyagban, valamint a nagyságát fényintenzitás. Alacsony szinten tündöklése és bukása a fotoáram során az injekció beadásának idejét is képviseli exponenciálisok időállandóval egyenlő az élettartama fuvarozók a félvezető. Ebben az esetben, ha bekapcsolja a fényt, a fotoelektromos növekedni fog, és alábbhagyott a törvény szerint abban az időben:
ahol 1F - stacionárius értéke fényáram megvilágítás.
Recesszió görbéi fotoáram időben tudja élettartam meghatározására t a nem egyensúlyi hordozók.
Ami a fényelektromos anyagot széles körben használt szulfidokat, szelenideket és telluridok a különböző elemek, valamint a típusát alm Bv vegyületet. Az infravörös tartományban lehet használni alapján a fényelektromos PBS PbSe, PbTe, InSb, a látható fény spektrumát és közeli ultraibolya - CdS.
Ma fényálló széles körben használják számos ága a tudomány és technika. Ez annak köszönhető, hogy a nagy érzékenység, egyszerű kialakítású, kis méretű, nagy megengedhető veszteségi teljesítmény. Jelentős érdeklődés a használata fotorezisztekhez optoelektronika. A rádióamatőr tervez fényálló alkalmazunk fényérzékelők a felügyeleti és automatizálási eszközök és automatikus fénysorompó az otthon, a biztonsági rendszerek.
Regisztráció optikai sugárzás
Az optikai sugárzás, amelynek fénye energia alakul át villamos jellé, amely azután mérjük, hagyományos eljárással. Ezt az átalakítást tipikusan következő fizikai jelenségek:
• generációs mobilszolgáltatók szilárdtest fényvezető dyaschih detektorok;
• termoelem hőmérséklet-változás abszorpciója után a sugárzás, ami egy változás a termikus elektromotoros erő;
• kibocsátási szabad elektronok által a fényelektromos hatás a fényérzékeny film.
A legfontosabb típusú optikai érzékelők:
Áramkör a félvezető fotodetektor ábrán látható. 2.11.
Ábra. 2.11. Bekötése félvezető fénysorompó
A félvezető chip sorba van kötve egy R ellenálláson és egy konstans feszültség forrást U. Az optikai hullám, amely regisztrálni kell, beeső a kristály, és elnyelődik, ahol a képletben az izgalmas elektronok a vezetési sávban (vagy p-típusú félvezetők - a lyuk a vegyérték sáv). Az ilyen gerjesztés csökkentik az ellenállást Rd a félvezető chip és így megnőtt a feszültségesés az R ellenállás, amely, amikor a ARD / Rd «1 arányos a sűrűséggel, a beeső fényáram. Példaként, úgy a teljesítmény szintjét az egyik leggyakoribb félvezetők - germánium adalékolt higany atomok. Atomjai ND germánium vannak elfogadóhelyek egy ionizációs energiája 0,09 eV. Következésképpen annak érdekében, hogy növelje egy elektront a felső szinten a vegyérték sáv és a Nd atom (akceptor) volt képes elfoglalni, igényel foton energiája nem kevesebb, mint 0,09 eV (azaz fotonok egy rövidebb hullámhosszú, mint 14 m). Jellemzően germánium kristály tartalmaz kis mennyiségű ND donoratomok, amelyek alacsony hőmérsékleten az energetikailag kedvezővé adják vegyérték elektronok NA nagyszámú akceptor atom. Így van egy azonos számú pozitív és negatív ionizált donoratom ionizált akceptor. Mivel az elfogadó koncentráció NA »ND. legtöbb atomok az akceptor marad töltés nélküli.
A fő előnye a félvezető fényérzékelők képest fotomultiplierek is képesek érzékelni hosszú hullámú sugárzás létrehozása óta mobilszolgáltatók bennük nem jár leküzdésében jelentős felületi potenciál gáton.
A hátránya az, hogy alacsony a jelenlegi nyereség. Ahhoz, hogy a kimenő impulzus vezérelheti a különböző elektronikus rendszerek, meg kell erősíteni ismételten. Így az erősítő lehet egy kétfokozatú egyetlen tranzisztoros erősítő, vagy egy műveleti erősítő. Ahhoz photoexcited hordozók nem elfedi termikus gerjesztés, félvezető fotodetektorok nem kell működtetni környezetben magas hőmérsékleten, vagy pedig le kell hűteni.
Hőmérséklet-érzékelők, általános információk
A művelet a bármilyen hőmérséklet szondák, amelyek használják a automatikus ellenőrző rendszerek, a elve átalakítása mért hőmérséklet a villamos mennyiség. Ez annak köszönhető, hogy a következő okok miatt: elektromos mennyiségek kényelmesen át jelentős távolságot, .......
Nagyon egyszerű, de érzékeny akvárium hőmérő
Ahhoz, hogy a hőmérséklet szabályozása a vizes közeget célszerűen alkalmazható akváriumban érzékeny jelátalakító, amelynek diagramot ábrán szemléltetjük. 3.24. Integral időzítő KR1006VI1 a öngerjesztésű multivibrátor módban lehet használni, hogy létrehoz egy téglalap alakú feszültséget ...... ..
Amatőr gyakorlatban népszerű egyszerű és megbízható eszközt - szenzorok reagálnak a változó minden paramétert a bejáratnál. Az egyik ilyen eszköz ábrán látható. 3,51 áramkör, reagáló növekedéséhez .......
Univerzális fényérzékelők - friss oldattal
Fényérzékelők és végrehajtani alapján az elektronikus eszközök, amelyek szabályozzák a különböző készülékek, hosszú népszerű rádióamatőrök. Úgy tűnik, hogy lehetetlen, hogy meg kell találni valami újat a sematikus az ilyen eszközöket. Közben .......