Fototakisti: seade, tööpõhimõte, omadused

Tööstuses ja olmeelektroonikas kasutatakse fototakisteid valguse mõõtmiseks, millegi loendamiseks, takistuste tuvastamiseks ja muuks. Selle peamine eesmärk on muuta tundlikule alale langev valgus kasulikuks elektrisignaaliks. Seejärel saab signaali töödelda analoog-, digitaal-loogikalülituse või mikrokontrolleripõhise ahelaga. Selles artiklis räägime teile, kuidas fototakisti töötab ja kuidas selle omadused valguse mõjul muutuvad.

Põhimõisted ja seade

Fotoresistor on pooljuhtseade, mille takistus (vajadusel juhtivus) muutub sõltuvalt sellest, kui palju selle tundlik pind on valgustatud. Struktuurselt leidub neid erinevates kujundustes. Selle disaini kõige levinumad elemendid on näidatud alloleval joonisel. Samas on spetsiifilistes tingimustes töötamiseks võimalik leida fototakisteid, mis on suletud metallkorpusesse koos aknaga, mille kaudu valgus tundlikule pinnale tungib. Allpool näete diagrammil selle tavapärast graafilist tähistust.

Huvitav: takistuse muutust valgusvoo mõjul nimetatakse fotoresistiivseks efektiks.

Tööpõhimõte on järgmine: kahe juhtiva elektroodi vahel on pooljuht (sisse joonis on näidatud punasega), kui pooljuht ei ole valgustatud - selle takistus on kõrge, kuni ühikut MOhm. Kui see ala on valgustatud, tõuseb selle juhtivus järsult ja takistus langeb vastavalt.

Pooljuhtidena saab kasutada selliseid materjale nagu kaadmiumsulfiid, pliisulfiid, kaadmiumseleniit ja teised. Materjali valik fototakisti valmistamisel sõltub selle spektraalkarakteristikust. Lihtsamalt öeldes - valgustatud värvide (lainepikkuste) vahemik, mille võrra elemendi takistus muutub õigesti. Seetõttu peate fototakisti valimisel arvestama, millises spektris see töötab. Näiteks UV-tundlike elementide jaoks on vaja valida seda tüüpi emitterid, mille spektraalomadused sobivad fototakistitele. Allpool on näidatud joonis, mis kirjeldab iga materjali spektraalseid omadusi.

Üks korduma kippuvatest küsimustest on "Kas fototakistil on polaarsus?" Vastus on eitav. Fototakistitel pn-siirde puudub, seega pole vahet, mis suunas vool liigub. Fototakistit saate kontrollida multimeetri abil takistuse mõõtmise režiimis, mõõtes valgustatud ja pimendatud elemendi takistust.

Takistuse ligikaudset sõltuvust valgustusest näete alloleval graafikul:

See näitab, kuidas vool muutub teatud pinge juures sõltuvalt valguse hulgast, kus Ф = 0 - pimedus ja Ф3 - ere valgus. Järgmine graafik näitab voolu muutust konstantse pinge, kuid muutuva valgustuse korral:

Kolmandal graafikul näete takistuse sõltuvust valgustusest:

Alloleval pildil näete, kuidas näevad välja populaarsed NSV Liidus valmistatud fototakistid:

Kaasaegsed fototakistid, mis on kodus valmistatud praktikas laialt levinud, näevad välja veidi erinevad:

Tavaliselt kasutatakse elemendi tähistamiseks tähtmärgistust.

Fototakisti omadused

Niisiis on fototakistitel peamised omadused, millele valimisel tähelepanu pöörate:

• Pimeduse vastupanu. Nagu nimigi ütleb, on see fototakisti takistus pimedas, st valgusvoo puudumisel.
• Integraalne valgustundlikkus – kirjeldab elemendi reaktsiooni, seda läbiva voolu muutust valgusvoo muutusele. Mõõdetud konstantsel pingel A / lm (või mA, μA / lm). Määratud kui S. S = Iph / F, kus Iph on fotovool ja F on valgusvoog.

Sel juhul on näidatud fotovool. See on erinevus tumevoolu ja valgustatud elemendi voolu vahel, st osa, mis tekkis fotojuhtimise efekti tõttu (sama, mis fotoresistiivne efekt).

Märge: tumetakistus on muidugi tüüpiline iga konkreetse mudeli jaoks, näiteks FSK-G7 puhul on see 5 MΩ ja integraalne tundlikkus on 0,7 A / lm.

Pidage meeles, et fototakistitel on teatav inerts, see tähendab, et selle takistus ei muutu kohe pärast valgusvooga kiiritamist, vaid väikese viivitusega. Seda parameetrit nimetatakse piirsageduseks. See on elementi läbivat valgusvoogu moduleeriva siinussignaali sagedus, mille juures elemendi tundlikkus väheneb 2 korda (1,41). Komponentide kiirus on tavaliselt kümnete mikrosekundite (10 ^ (- 5) s) piires. Seega on fototakisti kasutamine ahelates, kus on vaja kiiret reageerimist, piiratud ja sageli mittevajalik.

Kus kasutatakse

Kui saime teada fototakistite seadmest ja parameetritest, räägime konkreetsete näidete abil, mis see on. Kuigi fototakistite kasutamist piirab nende kiirus, pole see kasutusvaldkonda väiksemaks muutnud.

1. Hämariku releed. Neid nimetatakse ka fotoreleed - need on seadmed, mis lülitavad valguse öösel automaatselt sisse. Allolev diagramm näitab sellise vooluahela lihtsaimat versiooni, kasutades analoogkomponente ja elektromehaanilist releed. Selle puuduseks on hüstereesi puudumine ja võimalik põrisemine piiriväärtustel valgustus, mille tagajärjel relee põriseb või lülitub sisse / välja väikeste kõikumiste korral valgustus.
2. Valgusandurid. Fototakistite abil saab tuvastada nõrka valgusvoogu. Allpool on sellise seadme teostus ARDUINO UNO baasil.
3. Äratused. Sellistes ahelates kasutatakse valdavalt ultraviolettkiirguse suhtes tundlikke elemente. Tundlikku elementi valgustab emitter, nende vahele jääva takistuse korral käivitub häire või täiturmehhanism. Näiteks pöördvärav metroos.
4. Andurid millegi olemasolu kohta. Näiteks trükitööstuses saab fototakistite abil kontrollida lindi katkemist või pressi söödetavate lehtede arvu. Toimimispõhimõte on sarnane ülalkirjeldatule. Samamoodi saate lugeda konveierilinti mööda liikunud toodete kogust või selle suurust (teadaoleva kiirusega).

Rääkisime lühidalt sellest, mis on fototakisti, kus seda kasutatakse ja kuidas see töötab. Elemendi praktiline kasutusala on väga lai, nii et kõiki funktsioone ühe artikli raames on üsna raske kirjeldada. Kui teil on küsimusi - kirjutage need kommentaaridesse.

Lõpuks soovitame vaadata sellel teemal kasulikku videot:

Sa ilmselt ei tea:

• Kuidas teha oma kätega fotoreleed
• Kuidas ühendada valgustamiseks liikumisandurit
• Mis on takisti ja milleks see on