Valovastus: laite, toimintaperiaate, ominaisuudet

Teollisuudessa ja kulutuselektroniikassa valovastuksia käytetään mittaamaan valoa, laskemaan jotain, tunnistamaan esteitä ja paljon muuta. Sen päätarkoitus on muuntaa herkälle alueelle tulevan valon määrä hyödylliseksi sähköiseksi signaaliksi. Signaali voidaan sitten käsitellä analogisella, digitaalisella logiikkapiirillä tai mikrokontrolleripohjaisella piirillä. Tässä artikkelissa kerromme, kuinka valovastus toimii ja kuinka sen ominaisuudet muuttuvat valon vaikutuksesta.

Sisältö:

Peruskäsitteet ja laite
Fotovastuksen ominaisuudet
Missä käytetään

Peruskäsitteet ja laite

Valovastus on puolijohdelaite, jonka resistanssi (jos mahdollista) muuttuu sen mukaan, kuinka paljon sen herkkä pinta on valaistu. Rakenteellisesti niitä löytyy eri malleista. Tämän mallin yleisimmät elementit ovat alla olevan kuvan mukaiset. Samanaikaisesti tietyissä olosuhteissa työskentelyä varten on mahdollista löytää valovastuksia, jotka on suljettu metallikoteloon, jossa on ikkuna, jonka läpi valo pääsee herkälle pinnalle. Alla näet sen perinteisen graafisen merkinnän kaaviossa.

Mielenkiintoista: valovirran vaikutuksesta tapahtuvaa resistanssin muutosta kutsutaan fotoresistiiviseksi efektiksi.

Toimintaperiaate on seuraava: kahden johtavan elektrodin välissä on puolijohde (päällä kuva näkyy punaisella), kun puolijohde ei ole valaistu - sen vastus on korkea, jopa yksikköä MOhm. Kun tämä alue on valaistu, sen johtavuus nousee jyrkästi ja vastus laskee vastaavasti.

Puolijohteena voidaan käyttää materiaaleja, kuten kadmiumsulfidia, lyijysulfidia, kadmiumseleniittiä ja muita. Materiaalin valinta valovastuksen valmistuksessa riippuu sen spektriominaisuuksista. Yksinkertaisesti sanottuna - värivalikoima (aallonpituudet) valaistuna, jolla elementin vastus muuttuu oikein. Siksi, kun valitset valovastuksen, sinun on otettava huomioon, millä spektrillä se toimii. Esimerkiksi UV-herkille elementeille on tarpeen valita sellaisia emitterityyppejä, joiden spektriominaisuudet sopivat valovastuksille. Alla on kuva, joka kuvaa kunkin materiaalin spektriominaisuuksia.

Yksi usein kysytyistä kysymyksistä on "Onko valovastuksessa napaisuus?" Vastaus on ei. Valovastuksissa ei ole pn-liitosta, joten sillä ei ole väliä mihin suuntaan virta kulkee. Voit tarkistaa valovastuksen yleismittarilla resistanssimittaustilassa mittaamalla valaistun ja tummennetun elementin resistanssin.

Näet vastuksen likimääräisen riippuvuuden valaistuksesta alla olevasta kaaviosta:

Se näyttää kuinka virta muuttuu tietyllä jännitteellä valon määrästä riippuen, missä Ф = 0 - pimeys ja Ф3 - kirkas valo. Seuraavassa kaaviossa näkyy virran muutos vakiojännitteellä, mutta vaihtelevalla valaistuksella:

Kolmannessa kaaviossa näet vastuksen riippuvuuden valaistuksesta:

Alla olevassa kuvassa näet, miltä Neuvostoliitossa valmistetut suositut fotovastukset näyttävät:

Nykyaikaiset valovastukset, jotka ovat yleisiä kotitekoisessa käytännössä, näyttävät hieman erilaisilta:

Kirjainmerkintää käytetään yleensä elementin osoittamiseen.

Fotovastuksen ominaisuudet

Joten valovastuksilla on tärkeimmät ominaisuudet, joihin kiinnität huomiota valittaessa:

Pimeyden vastus. Kuten nimestä voi päätellä, tämä on valovastuksen vastus pimeässä, eli valovirran puuttuessa.
Integraalinen valoherkkyys - kuvaa elementin vastetta, sen läpi kulkevan virran muutosta valovirran muutokseen. Mitattu vakiojännitteellä A / lm (tai mA, μA / lm). Nimetty S. S = Iph / F, jossa Iph on valovirta ja F on valovirta.

Tässä tapauksessa valovirta näytetään. Tämä on ero pimeän virran ja valaistun elementin virran välillä, eli sen osan, joka syntyi valonjohtavuusvaikutuksen (sama kuin valoresistiivinen vaikutus).

Huomautus: tumma vastus on tietysti tyypillistä kullekin tietylle mallille, esimerkiksi FSK-G7: lle se on 5 MΩ ja integraalinen herkkyys on 0,7 A / lm.

Muista, että valovastuksilla on tietty inertia, eli sen vastus ei muutu heti valovirralla säteilytyksen jälkeen, vaan pienellä viiveellä. Tätä parametria kutsutaan rajataajuudeksi. Tämä on elementin läpi kulkevaa valovirtaa moduloivan sinimuotoisen signaalin taajuus, jolla elementin herkkyys pienenee 2-kertaisen juuren verran (1,41). Komponenttien nopeus on yleensä kymmenien mikrosekuntien (10 ^ (- 5) s) sisällä. Näin ollen valovastuksen käyttö piireissä, joissa vaaditaan nopeaa vastetta, on rajoitettua ja usein tarpeetonta.

Missä käytetään

Kun opimme valovastusten laitteesta ja parametreista, puhutaan siitä, mitä se on tarkoitettu tiettyjen esimerkkien avulla. Vaikka valovastusten käyttöä rajoittaa niiden nopeus, tämä ei ole vähentänyt käyttöaluetta.

Hämärän releet. Niitä kutsutaan myös valokuvareleiksi - nämä ovat laitteita, jotka kytkevät valon automaattisesti päälle yöllä. Alla olevassa kaaviossa on yksinkertaisin versio tällaisesta piiristä, jossa käytetään analogisia komponentteja ja sähkömekaanista relettä. Sen haittapuoli on hystereesin puuttuminen ja mahdollinen kolina raja-arvoissa valaistus, jonka seurauksena rele helisee tai kytkeytyy päälle / pois päältä pienillä vaihteluilla valaistus.
Valoanturit. Valovastusten avulla voidaan havaita heikko valovirta. Alla on tällaisen laitteen toteutus, joka perustuu ARDUINO UNO: han.
Hälytykset. Tällaiset piirit käyttävät pääasiassa elementtejä, jotka ovat herkkiä ultraviolettisäteilylle. Herkkä elementti valaisee emitterin, jos niiden välissä on este, laukeaa hälytys tai toimilaite. Esimerkiksi kääntöportti metrossa.
Anturit jonkin läsnäolon varalta. Esimerkiksi painoteollisuudessa valovastuksia voidaan käyttää ohjaamaan nauhan katkeamista tai puristimeen syötettävien arkkien määrää. Toimintaperiaate on samanlainen kuin edellä käsiteltiin. Samalla tavalla voit laskea kuljetinhihnaa pitkin kulkevien tuotteiden määrän tai sen koon (tunnetulla nopeudella).

Keskustelimme lyhyesti siitä, mikä valovastus on, missä sitä käytetään ja miten se toimii. Elementin käytännön käyttöalue on hyvin laaja, joten on melko vaikeaa kuvata kaikkia ominaisuuksia yhden artikkelin sisällä. Jos sinulla on kysyttävää - kirjoita ne kommentteihin.

Lopuksi suosittelemme katsomaan hyödyllisen videon aiheesta:

Et luultavasti tiedä: