Fotoupor: naprava, načelo delovanja, značilnosti

V industriji in potrošniški elektroniki se fotoupori uporabljajo za merjenje svetlobe, štetje nečesa, prepoznavanje ovir in še več. Njegov glavni namen je pretvoriti količino svetlobe, ki pade na občutljivo območje, v uporaben električni signal. Signal lahko nato obdela analogno, digitalno logično vezje ali vezje, ki temelji na mikrokrmilniku. V tem članku vam bomo povedali, kako deluje fotoupor in kako se njegove lastnosti spreminjajo pod vplivom svetlobe.

Osnovni koncepti in naprava

Fotoupor je polprevodniška naprava, katere upor (prevodnost, če je primerno) se spreminja glede na to, koliko je osvetljena njegova občutljiva površina. Strukturno jih najdemo v različnih oblikah. Najpogostejši elementi te zasnove so, kot je prikazano na spodnji sliki. Hkrati je za delo v posebnih pogojih mogoče najti fotoupore, zaprte v kovinskem ohišju z oknom, skozi katerega svetloba vstopa na občutljivo površino. Spodaj si lahko ogledate njegovo običajno grafično oznako na diagramu.

zanimivo: sprememba upora pod vplivom svetlobnega toka se imenuje fotorezitivni učinek.

Načelo delovanja je naslednje: med dvema prevodnima elektrodama je polprevodnik (v slika je prikazana z rdečo), ko polprevodnik ni osvetljen - njegova odpornost je visoka, do enot MOhm. Ko je to območje osvetljeno, se njegova prevodnost močno poveča, upor pa temu primerno pade.

Materiali, kot so kadmijev sulfid, svinčev sulfid, kadmijev selenit in drugi, se lahko uporabljajo kot polprevodniki. Izbira materiala pri izdelavi fotoupora je odvisna od njegove spektralne značilnosti. Z enostavnimi besedami - obseg barv (valovnih dolžin), ko se osvetli, s katerim se bo upor elementa pravilno spremenil. Zato morate pri izbiri fotoupora upoštevati, v kakšnem spektru deluje. Na primer, za UV občutljive elemente je treba izbrati tiste vrste sevalcev, katerih spektralne značilnosti so primerne za fotoupore. Spodaj je prikazana slika, ki opisuje spektralne značilnosti vsakega od materialov.

Eno izmed pogosto zastavljenih vprašanj je "Ali ima fotoupor polarnost?" Odgovor je ne. Fotoupori nimajo pn spoja, zato ni pomembno, v katero smer teče tok. Fotoupor lahko preverite z multimetrom v načinu merjenja upora z merjenjem upora osvetljenega in zatemnjenega elementa.

Približno odvisnost upora od osvetlitve si lahko ogledate na spodnjem grafu:

Prikazuje, kako se tok spreminja pri določeni napetosti glede na količino svetlobe, kjer je Ф = 0 - tema in Ф3 - svetla svetloba. Naslednji graf prikazuje spremembo toka pri konstantni napetosti, vendar pri različni osvetlitvi:

V tretjem grafu lahko vidite odvisnost upora od osvetlitve:

Na spodnji sliki si lahko ogledate, kako izgledajo priljubljeni fotoupori, izdelani v ZSSR:

Sodobni fotoupori, ki so razširjeni v praksi domače izdelave, izgledajo nekoliko drugače:

Za označevanje elementa se običajno uporablja črkovna oznaka.

Lastnosti fotoupora

Torej imajo fotoupori glavne značilnosti, na katere ste pozorni pri izbiri:

• Temna odpornost. Kot pove že ime, je to upor fotoupora v temi, torej v odsotnosti svetlobnega toka.
• Integralna fotosenzitivnost - opisuje odziv elementa, spremembo toka skozi njega na spremembo svetlobnega toka. Merjeno pri konstantni napetosti v A / lm (ali mA, μA / lm). Označen kot S. S = Iph / F, kjer je Iph fototok, F pa svetlobni tok.

V tem primeru je naveden fototok. To je razlika med temnim tokom in tokom osvetljenega elementa, torej tistega dela, ki je nastal zaradi fotokondukcijskega učinka (enako kot fotorezistivni učinek).

Opomba: temna odpornost je seveda značilna za vsak določen model, na primer za FSK-G7 je 5 MΩ, integralna občutljivost pa 0,7 A / lm.

Ne pozabite, da imajo fotoupori določeno vztrajnost, to pomeni, da se njegova odpornost ne spremeni takoj po obsevanju s svetlobnim tokom, ampak z rahlo zamudo. Ta parameter se imenuje mejna frekvenca. To je frekvenca sinusoidnega signala, ki modulira svetlobni tok skozi element, pri kateri se občutljivost elementa zmanjša za 2-krat (1,41). Hitrost komponent je običajno v nekaj desetinah mikrosekund (10 ^ (- 5) s). Tako je uporaba fotoupora v vezjih, kjer je potreben hiter odziv, omejena in pogosto nepotrebna.

Kje se uporablja

Ko smo se seznanili z napravo in parametri fotouporov, se pogovorimo o tem, za kaj je to, na konkretnih primerih. Čeprav je uporaba fotouporov omejena z njihovo hitrostjo, to ni zmanjšalo področja uporabe.

1. Releji somraka. Imenujejo se tudi fotoreleji - to so naprave za samodejno prižiganje luči ponoči. Spodnji diagram prikazuje najpreprostejšo različico takšnega vezja z uporabo analognih komponent in elektromehanskega releja. Njegova pomanjkljivost je odsotnost histereze in možen pojav ropotanja pri mejnih vrednostih osvetlitev, zaradi katere bo rele ropotalo ali se vklopilo / izklopilo z rahlimi nihanji osvetlitev.
2. Svetlobni senzorji. S pomočjo fotouporov je mogoče zaznati šibek svetlobni tok. Spodaj je izvedba takšne naprave, ki temelji na ARDUINO UNO.
3. Alarmi. Takšna vezja pretežno uporabljajo elemente, ki so občutljivi na ultravijolično sevanje. Občutljivi element je osvetljen z oddajnikom, v primeru ovire med njima se sproži alarm ali aktuator. Na primer, vrtilnik v podzemni železnici.
4. Senzorji za prisotnost nečesa. Na primer, v tiskarski industriji se fotouporniki lahko uporabljajo za nadzor prekinitev traku ali števila listov, ki se dajo v tiskalnik. Načelo delovanja je podobno zgoraj opisanemu. Na enak način lahko preštejete količino izdelkov, ki potekajo po tekočem traku, ali njegovo velikost (z znano hitrostjo).

Na kratko smo spregovorili o tem, kaj je fotoupor, kje se uporablja in kako deluje. Praktična uporaba elementa je zelo široka, zato je v enem članku precej težko opisati vse lastnosti. Če imate kakršna koli vprašanja - zapišite jih v komentarje.

Na koncu priporočamo ogled koristnega videoposnetka na to temo:

Verjetno ne veste:

• Kako narediti foto rele z lastnimi rokami
• Kako priključiti senzor gibanja za osvetlitev
• Kaj je upor in za kaj je