Site Loader

Содержание

Оптоэлектронные устройства — Конструкции простой сложности — Схемы для начинающих

На рис.1 приведена схема устройства, которое можно использовать для автоматического включения и выключения света в зависимости от освещенности окружающего пространства.

Рис.1.
В предлагаемом включателе в качестве бесконтактного коммутирующего элемента использован симметричный тиристор VS1. В результате этого обеспечивается возможность питания нагрузки в течение обоих полупериодов напряжения электросети без использования мощных двухполупериодных выпрямителей.

Электронный включатель представляет собой фотореле на основе триггера Шмитта (VT1, VT2). В качестве фоточувствительного элемента (датчика освещенности) использован фоторезистор R1 типа ФСК-1, который в темноте имеет высокое сопротивление (порядка 3,3 МОм), а при освещении его сопротивление уменьшается в 400 раз. Фоторезистор R1 вместе с резисторами RP2 и R3 образуют делитель напряжения, определяющий ток базы транзистора VT1.

Резистор R3 ограничивает ток в делителе при возможном попадании на R1 прямого солнечного света. Резистор R7 определяет ток в управляющем электроде симистора VS1, a R6 служит для выравнивания напряжения на управляющем электроде и на катоде VS1, когда транзистор VT2 закрыт. Это обеспечивает стабильную работу симистора.

Устройство работает следующим образом. Днем, когда светло, сопротивление фоторезистора R1 мало, VT1 открыт, a VT2 закрыт. Коллекторный ток VT2 и, следовательно, ток управляющего электрода симистора почти равен нулю. В этом состоянии VS1 закрыт, и лампочка HL1 не горит. С уменьшением освещенности сопротивление фоторезистора увеличивается. Ток базы VT1 начинает уменьшаться. При достижении определенного уровня VT1 закрывается, a VT2 открывается, т.е. триггер переключается. Ток управляющего электрода VS1, протекающего через открытый транзистор VT2 и резисторы RP5 и R7, поддерживает VS1 в открытом состоянии в течение обоих полупериодов напряжения сети, и лампочка HL1 светится на полную мощность.

Выключение осуществляется в обратном порядке.

Регулирование порога срабатывания осуществляется вечером с помощью подстроечных потенциометров RP2 и RP5. Фоторезистор R1 необходимо установить так, чтобы в течение дня на него не попадали прямые солнечные лучи, а ночью — искусственное освещение. С помощью такого устройства можно управлять нагрузкой с мощностью до 400 Вт без использования охлаждающего радиатора. Если же необходимо увеличить мощность до 1500 Вт, VS1 требует охлаждения. Для этого необходим радиатор с охлаждающей поверхностью примерно 260 см2. Кроме указанных на схеме диодов Зенера (стабилитронов), можно также использовать Д816А, Д816АП, KZ714, КС527А. Симметричный тиристор можно заменить на КТ729, КТ784, BTW38, BTW42, BT853D, ВТ853Е, TIC232D.

На рис.2 приведена схема еще одного устройства, которое может быть использовано для определения количества людей, прошедших через определенное место, или количества деталей, движущихся в определенном направлении (например, на конвейере).


Рис.2. Счетчик

Фоточувствительным элементом в устройстве служит фоторезистор ФСК-1. Транзисторы VT1 и VT2 работают в режиме ключа, a VT3 и VT4 собраны как составной транзистор и выполняют роль усилителя постоянного тока. Для индикации используется электромеханический счетчик (ЕМБ), включенный в коллекторную цепь VT4.

С помощью подстроечных потенциометров RP3 и RP4 подбирается такой режим работы транзистора VT1, чтобы он был закрыт, когда освещен фоторезистор R1. Поскольку через VT1 ток не протекает, на его коллекторе будет отрицательный потенциал, который подается на базу VT2. В результате этого VT2 открыт, и нулевой потенциал с его коллектора запирает усилитель постоянного тока (VT3, VT4). В цепи коллектора VT4 будет протекать очень малый ток, который не вызовет срабатывания электромеханического счетчика. Если в какой-то момент прерывается световой поток, направленный на фоторезистор, его сопротивление резко возрастает, а вместе с ним возрастает и отрицательный потенциал на базе VT1; транзистор открывается.

В результате этого закрывается транзистор VT2, что обеспечивает насыщение VT3 и VT4. Коллекторный ток VT4 увеличивается и приводит к срабатыванию электромеханического счетчика, который отсчитывает одного посетителя или один предмет, прошедший через контрольную точку.

Для фокусирования светового потока и, тем самым, повышения чувствительности счетчика, перед фоторезистором устанавливается фокусирующая линза. В устройстве использован электромеханический счетчик от автоматической телефонной станции, имеющий сопротивление катушки 100 Ом и ток срабатывания 30 мА. Питается устройство от двух плоских батареек, соединенных последовательно (2 х 4,5 В), но можно также использовать и небольшой выпрямитель, дающий на выходе 9 В/0,2 А.

Вместо указанных на схеме транзисторов можно использовать другие с аналогичным коэффициентом усилителя (не менее 80). Фоторезистор ФСК-1 можно заменить на ФСК-1А, ФСК-Г1, ФСК-2, SFh303, ВРХ-60.

Радио, телевизия, электроника, 7/99. Перевод А.Бельского

Автор: Г. КУЗЕВ

Фоторезисторы Конструкция и схема включения фоторезистора

Фоторезисторами называют полупроводниковые приборы, проводимость которых меняется под действием света.

Монокристаллический фоторезистор

Рис. 2.2. Монокристаллический фоторезистор

 

Пленочный фоторезистор

Рис. 2.3. Пленочный фоторезистор

Рис. 2.4. Включение фоторезистора в цепь постоянного тока

Конструкция монокристаллического и пленочного фоторезисторов показана на рис. 2.2, 2.3. Основным элементом фоторезистора является в первом случае монокристалл, а во втором — тонкая пленка полупроводникового материала.

Если фоторезистор включен последовательно с источником напряжения (рис. 2.4) и не освещен, то в его цепи будет протекать темновой ток:

где Е — ЭДС источника питания;

RT — величина электрического сопротивления фоторезистора в темноте, называемая темновым сопротивлением;

RH — сопротивление нагрузки.

При освещении фоторезистора энергия фотонов расходуется на перевод электронов в зону проводимости. Количество свободных электронно-дырочных пар возрастает, сопротивление фоторезистора падает, и через него течет световой ток, обусловленный формулой:

Разность между световым и темновым током дает значение тока 1ф, получившего название первичного фототока проводимости

Когда лучистый поток мал, первичный фототок проводимости практически безынерционен и изменяется прямо пропорционально величине лучистого потока, падающего на фоторезистор. По мере возрастания величины лучистого потока увеличивается число электронов проводимости. Двигаясь внутри вещества, электроны сталкиваются с атомами, ионизируют их и создают дополнительный поток электрических зарядов, получивший название вторичного фототока проводимости. Увеличение числа ионизированных атомов тормозит движение электронов проводимости. В результате этого изменения фототока запаздывают во времени относительно изменений светового потока, что определяет некоторую инерционность фоторезистора.

Основные характеристики фоторезисторов

Фоторезистор (от фото- и резистор), представляет собой полупроводниковый резистор, омическое сопротивление которого определяется степенью освещенности. В основе принципа действия фоторезисторов лежит явление фотопроводимости полупроводников. Фотопроводимость — увеличение электрической проводимости полупроводника под действием света. Причина фотопроводимости — увеличение концентрации носителей заряда — электронов в зоне проводимости и дырок в валентной зоне. Светочувствительный слой полупроводникового материала в таких сопротивлениях помещен между двумя токопроводящими электродами. Под воздействием светового потока электрическое сопротивление слоя меняется в несколько раз (у некоторых типов фотосопротивлений оно уменьшается на два-три порядка). В зависимости от применяемого слоя полупроводникового материала фотосопротивления подразделяются на сернисто-свинцовые, сернисто-кадмиевые, сернисто-висмутовые и поликристаллические селено-кадмиевые.

Фотосопротивления обладают высокой чувствительностью, стабильностью, они экономичны и надежны в эксплуатации. В целом ряде случаев они с успехом заменяют вакуумные и газонаполненные фотоэлементы.

Основные характеристики фотосопротивлений:

•        Рабочая площадь.

•        Темновое сопротивление (сопротивление в полной темноте), варьируется в обычных приборах от 1000 до 100000000 Ом.

•        Удельная чувствительность

где Ai — фототок, равный разности токов в темноте и на свету; Ф — световой поток; U — приложенное напряжение.

•        Предельное рабочее напряжение (как правило от 1 до 1000 В).

•        Среднее относительное изменение сопротивления в процентах (обычно лежит в пределах 10…99,9%):

где R

T и Rc — сопротивление в темноте и в освещенном состоянии соответственно.

•        Средняя кратность изменения сопротивления (как правило от 1 до 1000). Определяется соотношением: RT/RC.

Схема включения фоторезисторов показана на рис. 2.5.

При определенном освещении сопротивление фотоэлемента уменьшается, а, следовательно, сила тока в цепи возрастает, достигая значения, достаточного для работы какого-либо

Рис. 2.5. Электрическая схема включения фоторезистора

 

Рис. 2.6. ВАХ фоторезистора

устройства (схематично показано в виде некоторого сопротивления нагрузки). Полезный сигнал для дальнейшего усиления или управления другими устройствами снимают параллельно RHarp.

Основными характеристиками фоторезисторов являются:

• Вольт-амперная (ВАХ), характеризующая зависимость фототока (при постоянном световом потоке Ф) или темнового тока от приложенного напряжения. Для фоторезисторов эта зависимость практически линейна (рис. 2.6). Закон Ома нарушается только при высоких напряжениях, приложенных к фоторезистору.

Световая (люкс-амперная), характеризующая зависимость фототока от падающего светового потока постоянного спектрального состава. Полупроводниковые фоторезисторы имеют нелинейную люкс-амперную характеристику (рис. 2.7). Наибольшая чувствительность получается при малых освещенностях. Это позволяет использовать фоторезисторы для измерения очень малых интенсивностей излучения. При увеличении освещенности световой ток растет примерно пропорционально корню квадратному из освещенности. Наклон люкс-амперной характеристики зависит от приложенного к фоторезистору напряжения.

Рис, 2.7. Зависимость тока от светового потока, падающего на рабочую поверхность фоторезистора

 

Рис. 2.8. Зависимость спектральной характеристики от материала фоторезистора

 

Рис. 2.9. Зависимость фототока фоторезистора от частотной модуляции светового потока

• Спектральная, характеризующая чувствительность фоторезистора при действии на него потока излучения постоянной мощности определенной длины волны. Спектральная характеристика определяется материалом, используемым для изготовления светочувствительного элемента. Сернисто-кад- миевые фоторезисторы имеют высокую чувствительность в видимой области спектра, селенисто-кадмиевые — в красной, а сернисто-свинцовые — в инфракрасной. Это хорошо демонстрирует рис. 2.8.

Частотная, характеризующая чувствительность фоторезистора при действии на него светового потока, изменяющегося с определенной частотой. Наличие инерционности у фоторезисторов приводит к тому, что величина их фототока зависит от частоты модуляции падающего на них светового потока — с увеличением частоты светового потока фототок уменьшается (см. рис. 2.9). Инерционность ограничивает возможности применения фоторезисторов при работе с переменными световыми потоками высокой частоты.

Параметры фоторезисторов

Рабочее напряжение Up — постоянное напряжение, приложенное к фоторезистору, при котором обеспечиваются номинальные параметры при длительной его работе в заданных эксплуатационных условиях.

Максимально допустимое напряжение фоторезистора Umax — максимальное значение постоянного напряжения, приложенного к фоторезистору, при котором отклонение его параметров от номинальных значений не превышает указанных пределов при длительной работе в заданных эксплуатационных условиях.

Темновое сопротивление RT — сопротивление фоторезистора в отсутствие падающего на него излучения в диапазоне его спектральной чувствительности.

Световое сопротивление Rc — сопротивление фоторезистора, измеренное через определенный интервал времени после начала воздействия излучения, создающего на нем освещенность заданного значения.

Кратность изменения сопротивления KR — отношение тем- нового сопротивления фоторезистора к сопротивлению при определенном уровне освещенности (световому сопротивлению).

Допустимая мощность рассеяния — мощность, при которой не наступает необратимых изменений параметров фоторезистора в процессе его эксплуатации.

Общий ток фоторезистора — ток, состоящий из темнового тока и фототока.

Фототок — ток, протекающий через фоторезистор при указанном напряжении на нем, обусловленный только воздействием потока излучения с заданным спектральным распределением.

Удельная чувствительность — отношение фототока к произведению величины падающего на фоторезистор светового потока на приложенное к нему напряжение, мкА/(лм-В):

где 1ф — фототок, равный разности токов, протекающих по фоторезистору в темноте и при определенной (200 лк) освещенности, мкА;

Ф — падающий световой поток, лм; U — напряжение, приложенное к фоторезистору, В.

Интегральная чувствительность — произведение удельной чувствительности на предельное рабочее напряжение:

Постоянная времени тф — время, в течение которого фото- ток изменяется на 63%, т.е. в е раз. Постоянная времени характеризует инерционность прибора и влияет на вид его частотной характеристики.

Рис. 2.10. Иллюстрация нарастания и спада фототока в зависимости от освещенности фоторезистора

При включении и выключении света фототок возрастает до максимума (рис. 2.10) и спадает до минимума не мгновенно. Характер и длительность кривых нарастания и спада фототока во времени существенно зависят от механизма рекомбинации неравновесных носителей в данном материале, а также от величины интенсивности света. При малом уровне инжекции нарастание и спад фототока во времени можно представить экспонентами с постоянной времени т, равной времени жизни носителей в полупроводнике. В этом случае при включении света фототок будет нарастать и спадать во времени по закону:

где 1ф — стационарное значение фототока при освещении.

По кривым спада фототока во времени можно определить время жизни т неравновесных носителей.

Изготовление фоторезисторов

В качестве материалов для фоторезисторов широко используются сульфиды, селениды и теллуриды различных элементов, а также соединения типа AlMBv. В инфракрасной области могут быть использованы фоторезисторы на основе PbS, PbSe, PbTe, InSb, в области видимого света и ближнего спектра ультрафиолета — CdS.

Применение фоторезисторов

Сегодня фоторезисторы широко применяются во многих отраслях науки и техники. Это объясняется их высокой чувствительностью, простотой конструкции, малыми габаритами и значительной допустимой мощностью рассеяния. Значительный интерес представляет использование фоторезисторов в опто- электронике. В радиолюбительских конструкциях фоторезисторы применяются как световые датчики в устройствах слежения и автоматики, автоматических и фотореле в быту, в охранных системах.

Регистрация оптического излучения

Для регистрации оптического излучения его световую энергию преобразуют в электрический сигнал, который затем измеряют обычным способом. При этом преобразовании обычно используют следующие физические явления:

•        генерацию подвижных носителей в твердотельных фотопрово- дящих детекторах;

•        изменение температуры термопар при поглощении излучения, приводящее к изменению термо-ЭДС;

•        эмиссию свободных электронов в результате фотоэлектрического эффекта с фоточувствительных пленок.

Наиболее важными типами оптических детекторов являются:

•        фотоумножитель;

•        полупроводниковый фоторезистор;

•        фотодиод;

•        лавинный фотодиод.

Полупроводниковый фотодетектор

Схема включения полупроводникового фотодетектора приведена на рис. 2.11.

Рис. 2.11. Схема подключения полупроводникового фотоэлемента

Полупроводниковый кристалл последовательно соединен с резистором R и источником постоянного напряжения U. Оптическая волна, которую нужно зарегистрировать, падает на кристалл и поглощается им, возбуждая при этом электроны в зону проводимости (или в полупроводниках р-типа — дырки в валентную зону). Такое возбуждение приводит к уменьшению сопротивления Rd полупроводникового кристалла и, следовательно, к увеличению падения напряжения на сопротивлении R, которое при ARd/Rd « 1 пропорционально плотности падающего потока. В качестве примера рассмотрим энергетические уровни одного из наиболее распространенных полупроводников — германия, легированного атомами ртути. Атомы Нд в германии являются акцепторами с энергией ионизации 0,09 эВ. Следовательно, для того чтобы поднять электрон с верхнего уровня валентной зоны и чтобы атом Нд (акцептор) сумел захватить его, необходим фотон с энергией не менее 0,09 эВ (т.е. фотон с длиной волны короче 14 мкм). Обычно кристалл германия содержит небольшое количество ND донорных атомов, которым при низких температурах энергетически выгодно отдавать свои валентные электроны большому количеству NA акцепторных атомов. При этом возникает равное количество положительно ионизированных донорных и отрицательно ионизированных акцепторных атомов. Так как концентрация акцепторов NA » ND, большинство атомов-акцепторов остается незаряженными.

Главным преимуществом полупроводниковых фотодетекторов по сравнению с фотоумножителями является их способность регистрировать длинноволновое излучение, поскольку создание подвижных носителей в них не связано с преодолением значительного поверхностного потенциального барьера.

Недостатком же их является небольшое усиление по току. Чтобы выходной импульс мог управлять различными электронными системами, его необходимо многократно усилить. Таким усилителем может быть одно-двухкаскадный транзисторный усилитель или операционный усилитель. Чтобы фотовозбуждение носителей не маскировалось тепловым возбуждением, полупроводниковые фотодетекторы не должны эксплуатироваться в средах с высокими температурами, иначе их необходимо охлаждать.

Датчик освещённости своими руками

Иногда возникают такие ситуации, когда нужно каждый день с рассветом включать свет в помещении и выключать с закатом, т. е. имитировать световой день внутри какого-либо закрытого помещения. Потребоваться это может, например, при выращивании растений или содержании животных, где необходимо точное соблюдение режима день/ночь. В зависимости от времени года время заката и восхода постоянно меняется, а значит, применение суточных таймеров на включение освещения не справится с задачей должным образом. На помощь приходит датчик освещённости, или, проще говоря, фотореле. Это устройство регистрирует интенсивность попадающего на него солнечного света. Когда света будет много, т.е. взойдёт солнце, на выходе установится лог. 1. Когда день подойдёт к концу, солнце уйдёт за горизонт, на выходе будет лог. 0, лампы освещения выключатся до следующего утра. Вообще, область применения датчика освещённости весьма широка и ограничивается лишь фантазией собравшего его человека. Нередко такие датчики используются для подсветки шкафа при открытии дверцы.

Схема датчика освещённости

Ключевое звено схемы – фоторезистор (R4). Чем больше света на него попадает, тем сильнее уменьшается его сопротивление. Можно применить любой фоторезистор, какие получится найти, ведь это достаточно дефицитная деталь. Импортные фоторезисторы компактные, но стоят порой весьма существенно. Примеры импортных фоторезисторов — VT93N1, GL5516. Можно применить также отечественные, например, ФСД-1, СФ2-1. Они стоят куда меньше, но также будут неплохо работать в этой схеме.

Если достать фоторезистор не удалось, а сделать датчик освещённости очень хочется, то можно поступить следующим образом. Взять старый, желательно германиевый транзистор в круглом металлическом корпусе и спилить его верхушку, оголив тем самым кристалл транзистора. На фото ниже показан как раз такой транзистор со спиленной крышкой.

Очень важно при этом не повредить сам кристалл, отрывая крышку. Подойдут практически любые транзисторы в таком круглом корпусе, особенно хорошо будут работать советские германиевые, например, МП16, МП101, МП14, П29, П27. Т.к. теперь кристалл такого «модифицированного» транзистора открыт, сопротивление перехода К-Э будет зависеть от интенсивности света, попадающего на кристалл. Вместо фоторезистора впаиваются коллектор и эмиттер транзистора, вывод базы просто откусывается.

В схеме используется операционный усилитель, можно применить любой одинарный, подходящий по цоколёвке. Например, широкодоступные TL071, TL081. Транзистор в схеме – любой маломощный структуры NPN, подходят BC547, КТ3102, КТ503. Он коммутирует нагрузку, которой может служить как реле, так и небольшой отрезок светодиодной ленты, например. Мощную нагрузку желательно подключать с использованием реле, диод D1 стоит в схеме для гашения импульсов самоиндукции обмотки реле. Нагрузка подключается к выходу, обозначенному OUT. Напряжение питания схемы – 12 вольт.

Номинал подстроечного резистора в этой схеме зависит от выбора фоторезистора. Если фоторезистор имеет среднее сопротивление, например, 50 кОм – то подстроечный должен иметь в два-три раза большее сопротивление, т. е. 100-150 кОм. Мой фоторезистор СФД-1 имеет сопротивление более 2 МОм, поэтому и подстроечный я взял на 5 МОм. Существуют и более низкоомные фоторезисторы.

Сборка датчика освещённости

Итак, перейдём от слов к делу – в первую очередь нужно изготовить печатную плату. Для этого существует ЛУТ метод, которым я и пользуюсь.

Файл с печатной платой к статье прилагается, отзеркаливать перед печатью не нужно.

Скачать плату: Плата рассчитана на установку отечественного фоторезистора ФСД-1 и подстроечного резистора типа CA14NV. Несколько фотографий процесса:

Теперь можно впаивать детали. Сначала устанавливаются резисторы, диод, затем всё остальное.

В последнюю очередь впаиваются самые крупные детали – фотодиод и подстроечный резистор, провода для удобства можно вывести через клеммники. После завершения пайки обязательно нужно удалить с платы флюс, проверить правильность монтажа, прозвонить соседние дорожки на замыкание. Только после этого можно подавать на плату питание.

Настройка датчика

При первом включении светодиод на плате либо будет светится, либо будет полностью погашен. Аккуратно вращаем подстроечный резистор – в каком-то его положении светодиод сменит своё состояние. Нужно установить подстроечный резистор на эту грань между двумя положениями, и закрывая или наоборот засвечивая фоторезистор добиться нужного порога срабатывания.

Наглядно работа датчика освещённости показана на видео. Над фоторезистором создаётся тень, интенсивность света уменьшается, светодиод погасает. Успешной сборки!

Смотрите видео работы датчика

Самая простая Электроника. Световое реле на одном транзисторе с фоторезистором. | Дмитрий Компанец

Фотореле на одном транзисторе

Фотореле на одном транзисторе

Эту схему «на минуту» могут собирать как начинающие свой путь в электронику так и Радио-любители со стажем для развлечения.

Тем не менее эта схема имеет практическое применение и может быть использована как элемент «Умного дома» — включая свет ночью и выключая в темноте.

ДЛЯ СХЕМЫ ПОНАДОБЯТСЯ :

Реле

Реле

Реле— желательно поляризованное или с «тормозной обмоткой» внутри.

Транзистор

Транзистор

Транзистор — желательно предназначенный для управления индуктивными нагрузками или содержащий защитные диоды внутри корпуса.

Фоторезистор

Фоторезистор

Фоторезистор — желательно с изменением сопротивления от 1 мегаома в темноте до 1 килоома на свету.

Резисторы

Резисторы

Резисторы (можно и без них) — маломощные, рассчитанные на ток катушки реле. Один или два — без разницы.

В нагрузке будет использована автомобильная лампочка на 12 вольт 10 ватт.

Лампочка накаливания

Лампочка накаливания

Вся схема питается либо от аккумулятора на 12 вольт, либо от блока питания на то же напряжение.

ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ СХЕМА УСТРОЙСТВА

СХЕМА СВЕТОВОГО РЕЛЕ

СХЕМА СВЕТОВОГО РЕЛЕ

Цепь нагрузки и цепь управления в данной схеме развязаны гальванически поэтому в цепи нагрузки может быть использованы лампы любого типа и напряжения с учетом возможностей примененного реле.

ПРИНЦИП РАБОТЫ

Транзистор в схеме включен последовательно с катушкой реле и резистором так, что при закрытом транзисторе ток через катушку реле не протекает.
В цепи смещения транзистора подключен фоторезистор освещение которого вызывает уменьшение его сопротивления до величин позволяющих открыться транзистору и пропустить на катушку реле ток.
Если освещение достаточно для того чтобы транзистор стал открыт благодаря фоторезистору настолько что катушка реле притянув якорь замкнет контакты в управляемой цепи — реле сработает и включит/выключит цепь нагрузки.

При затемнении фоторезистор увеличит своё сопротивление и закроет транзистор — схема сработает и включит/выключит цепь нагрузки.

Диод параллельно транзистору опционален (не нужен). Динамика изменения освещенности и изменения сопротивления фоторезистора очень плавная и всплеска напряжения на катушке реле не вызывает.
Кроме того , при правильно подобранном реле (поляризованное или с тормозной обмоткой (витком)) всплески напряжения самоиндукции просто исключены.

К недостаткам данной схемы можно отнести не пороговое (плавное) увеличение тока транзистора в сумерках, что при токах в обмотке реле в пределах 20-50мА никак не повлияет на живучесть и перегрев транзистора.

Есть у этой схемы и необычные способности, но о них мы поговорим в следующий раз.
Всем удачи мира и добра!
А для тех кто паять не желает всегда найдется готовое фотореле в магазине

Фотореле автоматического включения освещения — Радиолюбитель

Предлагаемое фотореле предназначено для автоматического включения освещения в тёмное время суток. Это устройство можно использовать как для включения фонарей уличного освещения, так и светильников внутри помещения.
Схема устройства.

Фотореле собрано на основе микросхемы DA1 операционного усилителя КР544УД1Б. Который, в данном случае, выполняет роль компаратора. То есть устройства сравнивающего уровни напряжения. Когда уровень напряжения на входе 2 микросхемы DA1 выше, чем на входе 3, тогда на выходе 6 данной микросхемы устанавливается напряжение близкое к нулю (логический ноль). А в обратном случае на выходе 6 микросхемы DA1 устанавливается напряжение близкое к напряжению питания (логическая единица).
Напряжение на входе 3 микросхемы DA1 задаётся делителем напряжения на резисторах R4, R5 и равно половине напряжения питания. А напряжение на входе 2 микросхемы зависит от уровня освещённости фоторезистора R1. Днем, когда освещённость фоторезистора высокая, его сопротивление низкое и напряжение на входе 2 микросхемы DA1 выше, чем на входе 3. Следовательно, на выходе 6 данной микросхемы присутствует напряжение близкое к нулю и транзистор VT1 закрыт. С наступлением сумерек сопротивление фоторезистора R1 начинает расти, а напряжение на входе 2 микросхемы DA1 начинает снижаться. Как только это напряжение окажется ниже напряжения присутствующего на входе 3 микросхемы DA1,на выходе данной микросхемы появится напряжение близкое к напряжению питания которое, через резистор R6 поступит на базу транзистора VT1 и откроет его. Реле К1 сработает и своими контактами включит лампу освещения HL1.
Уровень освещенности, при котором происходит срабатывания фотореле можно менять подстроечным резистором R3.
Расположение элементов на печатной плате устройства и её чертёж.

Фото устройства.

В качестве микросхемы DA1 можно использовать КР544УД1 с любым буквенным индексом, или КР140УД608, КР140УД708. Диод VD1 – КД103, КД521, КД522 с любым буквенным индексом. Транзистор VT1 – КТ815, КТ817 с любым буквенным индексом. Реле РП-21 на 12Вольть можно заменить на другое 12Вольтовое. Контакты которого рассчитаны на напряжение сети и ток подключаемой нагрузки. Конденсатор С1 – К10-7В или другой керамический, а С2 – К50-35 или аналогичный импортный. Резисторы типа МЛТ, С2-23, С2-33. Подстроечный резистор R3 типа СП3-38А или другой малогабаритный. Фоторезистор R1 ФСК-1 можно заменить на ФСК-6, ФСД-1Г. Возможно использования и других фоторезисторов, в этом случае может потребоваться подбора резисторов R2, R3 под конкретный тип установленного фоторезистора. Вместо фоторезистора можно использовать самодельный фототранзистор, который можно изготовить из транзисторов: МП25, МП26, МП39, МП40, МП41, МП42.
У транзистора при помощи напильника стачивается верхняя крышка.

Вывод эмиттера самодельного фототранзистора подключается вместо верхнего по схеме вывода фоторезистора, а коллектор – вместо нижнего. Вывод базы транзистора остается свободным и его можно удалить. Так же потребуется снизить сопротивления резистора R2 до 510 Ом, а подстроечного резистора R3 до 6,8 кОм.
Устройство малочувствительно к колебаниям питающего напряжения. Поэтому, для его питания можно использовать как стабилизированный так и не стабилизированный источник питания с выходным напряжением 12Вольт.
Фоторезистор вместе с платой можно расположить на улице в влагонепроницаемом корпусе, например в перевернутой вверх дном прозрачной пластмассовой банки, а реле К1 с блоком питания расположить внутри помещения. При выборе места расположения фоторезистора надо учитывать, чтобы лучи света как от включаемых светильников, так и от сторонних источников искусственного освещения не попадали на него. Иначе может происходить ложное выключение ламп освещения подключаемых к фотореле.

Фоторезисторы и фотодиоды. Устройство, принцип действия

Лекция 14

Фоторезисторами называют полупроводниковые приборы, принцип действия которых основан на изменение сопротивления полупроводника под действием светового излучения.

На рис.7.31 показано устройство фоторезистора, состоящего из диэлектрической подложки 1, выполненной из стекла или керамики, на которую наносится слой полупроводника (сернистый свинœец) 2, покрытый защитным лаком. По краям выведены два металлических электрода 3. Фоторезистор крепится в пластмассовом корпусе 4, снабжённым слюдяным или стеклянным окошком 5, через ĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ проникает световой поток Ф, и выводятся электроды 3.

Рис.7.31. Устройство фоторезистора

На рис.7.32 изображена схема подключения фоторезистора ФR к источнику питания E через нагрузочное сопротивление .

Рис.7.32. Схема подключения фоторезистора к источнику питания

Вольтамперные характеристики фоторезистора приведены на рис.7.33, из которых видно, что при неосвещённом фоторезисторе (), по цепи проходит темновой ток . При этом фоторезистор имеет большое сопротивление, в связи с этим на нём падает значительное напряжение . В случае если на фоторезистор направить световой поток, то, исходя из освещения, его сопротивление начнёт уменьшаться. Проходящий по цепи фототок , будет равен разности светового и темнового токов . При светововом потоке , световой ток увеличивается до значения . Падение напряжения фоторезистора уменьшиться до значения . При полном освещении , световой ток достигнет значения , напряжение фоторезистора упадёт до значения . Недостатком такого полупроводникового прибора является его инœерционность.

Рис.7.33. Вольтамперные характеристики фоторезистора

К фотодиодам относятся полупроводниковые приборы, у которых область

р-n-перехода подвергается воздействию световой энергии. Рисунок 7.34 поясняет принцип работы светодиода, который имеет два электрода анод А и катод К.

Рис.7.34. Схема фотогенерации свободных зарядов фотодиода под действием фотонов света

При отсутствии светового потока Ф р-n-переход П заперт. При освещении запирающего р-n-перехода происходит фотогенерация, фотоны света образуют пары электрон-дырка свободных зарядов, при этом свободные электроны переходят в слой n, свободные дырки — в слой p.

Фотодиоды работают в двух режимах: генераторном и преобразовательном. На рис.7.35 изображён фотодиод, работающий в генераторном режиме.

Рис.7.35. Схема фотодиода, работающего в генераторном режиме

Под действием светового излучения генерируется фотоЭДС (около одного вольта) с полярностью анода (+), катода (-). В режиме короткого замыкания во нешней цепи и между слоями n и р фотодиода проходит максимальный обратный ток при нагрузке . В случае если включена нагрузка, то фототок уменьшается. В режиме холостого хода при , фотоЭДС , так как фототок будет равен нулю.

Режим работы фотодиода принято называть генераторным. Фотоэлементы, не требующие источника питания, находят широкое применение в электротехнике и автоматике. В генераторном режиме работают солнечные кремниевые батареи, в которых происходит преобразование солнечной энергии в электрическую энергию.

В режиме преобразователяв цепь фотодиода последовательно с нагрузкой включается источник ЭДС в запирающем (обратном) направлении. На рис.7.36 изображён преобразовательный режим работы фотодиода.

Рис.7.36. Схема фотодиода, работающего в преобразовательном режиме

В случае если фотодиод неосвещен, то через него проходит незначительный темновой ток . При освещении запирающего перехода, фотодиод открывается и через него проходит световой ток , величина которого зависит от значения светового потока.

На рис.7.37 приведены вольтамперные характеристики, поясняющие принцип работы фотодиода в генераторном и преобразовательном режимах.

Рис.7.37. Вольтамперные характеристики, поясняющие принцип работы фотодиода в генераторном и преобразовательном режимах

Фоторезисторы. Создаем робота-андроида своими руками [litres]

Фоторезисторы

Фоторезисторы на основе сульфида кадмия (см. рис. 5.5) являются устройствами, реагирующими на видимый свет. Спектр поглощения такого резистора близок к спектру человеческого глаза (см. рис. 5.6). CdS – фоторезистор представляет собой полупроводник, но без обычного PN перехода. Наибольшее сопротивление такой фоторезистор имеет в полной темноте. По мере увеличения освещенности его сопротивление уменьшается. Измеряя сопротивление резистора, можно оценить среднюю освещенность в видимом спектре.

Рис. 5.5. Фотоэлементы на основе сульфида кадмия (CdS)

Рис. 5.6. Диаграмма, показывающая сравнительную спектральную чувствительность глаза и светочувствительных датчиков

Световой выключатель на основе фоторезистора

На рис. 5.7 приведена основная схема устройства. Поскольку CdS-преобразователь представляет собой резистор, он может быть включен напрямую в делитель напряжения. По мере нарастания освещенности сопротивление фоторезистора падает. Соответственно, повышается напряжение на резисторе R1 и на выводе 2 ИС. Когда напряжение превысит напряжение на выводе 3, включится двигатель M. Порог срабатывания регулируется подстроечным резистором R1 4,7 кОм. Такая схема является основной для управления «солнечным шаром», описанным в гл. 12.

Рис. 5.7. Выключатель света на фоторезисторе

Светочувствительный нейрон

На рис. 5.8 изображена схема светочувствительного нейрона. По мере нарастания освещенности возрастает частота выходных импульсов. Такая схема фотонейрона может генерировать тактовые импульсы для контроллера шагового двигателя типа ИС UCN5804. При увеличении интенсивности освещенности поворот шагового двигателя осуществляется быстрее.

Рис. 5.8. Нейрон на базе фоторезистора

Данный текст является ознакомительным фрагментом.

Продолжение на ЛитРес Светодиод

, активируемый светом, с использованием фоторезистора LDR

В этой статье мы собираемся продемонстрировать простой и интересный проект светодиодной схемы, активируемой светом, с использованием LDR и фоторезистора. Эта схема очень проста в сборке и удобна для начинающих, мы используем только шесть компонентов. Фоторезистор используется для восприятия света. Когда свет, падающий на фоторезистор, имеет максимальную интенсивность, сопротивление будет минимальным и позволит току проходить по цепи, а в темноте сопротивление будет максимальным, поэтому светодиод будет выключен.

Транзистор предназначен для обеспечения переключения. Он проводит ток по пути коллектор-эмиттер, когда к базе приложено напряжение.
купить сиалис бесплатно виагра онлайн www.sanjeevanam.com/products/wp-content/languages/new/cialis-free-viagra.html без рецепта
При отсутствии напряжения транзистор переключается в состояние ВЫКЛ и включается при подаче напряжения.

Аппаратные компоненты

Схема цепи

Рабочий

Рабочее напряжение этой схемы 6 вольт, можно использовать четыре 1.5-вольтовые батареи любого размера, чтобы эта схема работала. Когда любой тип света, такой как лампа, лампа, солнечный свет, падает на фоторезистор, его сопротивление будет минимальным, и он будет пропускать ток через него и подавать на базу транзистора 2N2222. Транзистор включится, и светодиод загорится.

Переменный резистор 50K используется для регулировки количества света светодиода по вашему желанию. Резистор 1K используется для защиты фоторезистора от прямого подключения к источнику питания, когда сопротивление минимально.
купить fildena professional онлайн www.sanjeevanam.com/products/wp-content/languages/new/fildena-professional.html без рецепта
Еще один резистор на 330 Ом используется как ограничитель тока для светодиода.

Приложения и использование

  • Безопасность
  • Игрушки
  • Электроника
  • Лампы

6. Зачем использовать делитель напряжения с фоторезистором?

Делители напряжения, как правило, сбивают с толку людей, разбирающихся в новой электронике.

Возьмем для примера фоторезистор.

Распространенный вопрос: «Почему бы не подключить фоторезистор напрямую к одному из аналоговых контактов Arduino, вместо того, чтобы подключать его через делитель напряжения?»

Это справедливый вопрос.

Напряжение, которое Arduino измеряет на своем аналоговом выводе, зависит от импеданса (сопротивления) фоторезистора. Поскольку импеданс фоторезистора зависит от интенсивности света, мы должны иметь возможность использовать прямое подключение вместо делителя напряжения.

Но это так не работает.

Если у вас есть под рукой мультиметр, проведите простой эксперимент.

Подключите контакты вашего фоторезистора к электродам мультиметра. Настройте мультиметр на измерение сопротивления (омметр). Это позволит вам измерить импеданс (сопротивление) фоторезистора.

Проведите несколько измерений при различных условиях освещения. Вы увидите, что импеданс меняется, но всегда очень высок. Для большинства распространенных фоторезисторов измеренное сопротивление может варьироваться от 100 кОм до 1 МОм.

Из-за этого высокого импеданса, если вы подключите фоторезистор, скажем, между контактом 5V Arduino и A0, ток, который будет протекать через этот компонент, будет очень мал. В результате падение напряжения на фоторезисторе будет едва заметно для Arduino.

На контакте A0 Arduino будет измерять близкое к 5 В независимо от того, сколько света попадает на фоторезистор.

Это не очень полезно!

Вот измерение импеданса фоторезистора, направленного на источник света.Оно составляет около 10 кОм, что больше подходит для подтягивающего или подтягивающего резистора. При 5 В вы не получите большого тока от этого устройства (в данном случае всего ~ 0,0005 А).

Я использовал свой симулятор схемы, чтобы сравнить два способа подключения фоторезистора к Arduino. Без делителя напряжения (слева) и с делителем напряжения (справа). Симулятор позволяет мне тестировать фоторезистор при произвольном уровне освещенности.

При трех различных уровнях освещенности фоторезистора (около 1 клк — это интенсивность света в слабоосвещенной комнате) измеренное напряжение на левой цепи не отклонялось от 5 В.С правой стороны, с постоянным резистором делителя напряжения, мы получили три разных показания.

Как видите, с помощью подходящего делителя напряжения фоторезистор становится полезным датчиком интенсивности света.

С левой стороны также видно, что независимо от тока, протекающего через фоторезистор, вольтметр измеряет напряжение на источнике постоянного тока, которое постоянно на уровне 5В. Просто нет другого способа подключить фоторезистор, чтобы он мог работать сам по себе и по-прежнему давать значимые показания пропорционально интенсивности падающего на него света.Обратите внимание, что это идеальная схема без какого-либо импеданса в проводах. В реале импеданс в проводах есть, и схема больше похожа на такую:

Полное сопротивление проводов составляет около 0,11 Ом для соединительного провода длиной 10 см. Это может дать показания напряжения 4,998 В на вольтметре в цепи слева. И это показание не будет сильно меняться при изменении импеданса фоторезистора, поскольку этот импеданс по сравнению с ним очень велик.

Используя фиксированный резистор, который намного меньше минимального импеданса датчика, мы можем создать падение напряжения, которое намного больше зависит от меньшего компонента, но все еще зависит от более крупных компонентов (большего, с точки зрения сопротивление).

Еще одно преимущество заключается в следующем: поскольку фоторезисторы разных производителей имеют разные характеристики, использование фиксированного резистора в конфигурации делителя напряжения позволяет уменьшить влияние этих отклонений. Поэтому наша схема становится менее зависимой от особенностей фоторезистора.

Связь через лазер с фоторезистором

Я ранее сделал лазерный коммуникатор для передачи на солнечную батарею, но я попросил также попробовать передать на фоторезистор (также известный как фотоэлемент или LDR — Светозависимый Резистор.) я придумал схемотехника, которая работала, и в результате звук был намного лучше чем с солнечной батареей.

Видео в действии приведен ниже.

Лазерный коммуникатор с фоторезистором (вдалеке).
Фоторезистор и схема приема.

Лучший звук

Если лазерный луч, идущий на фоторезистор, слишком яркий, то он станет насыщенным, и вы услышите потрескивающий звук на выходе усилитель, подключенный к фоторезистору.Одним из решений этого является чтобы приглушить лазерный свет, уменьшив громкость усилителя, который питает лазер как часть лазерного коммуникатора, пока вы не перестанете услышать больше треск. Затем, поскольку звук стал тише, поверните увеличить громкость на выходном усилителе, подключенном к фоторезистору так лучше слышно.

Как сделать схему фоторезистора

Ниже вы можете увидеть схему на макетной плате, а также схему диаграмма.Я снял фоторезистор с картонного фона. (который вы можете видеть на фотографиях выше) и подключил его непосредственно к макетная плата вместо фотографий ниже, чтобы вы могли ее видеть легче. Обратите внимание, что в реальной схеме я использовал сопротивление 1 кОм. резистор вместо 866 Ом, так как это достаточно близко, и это что у меня было.

Схема фоторезистора с батареями и усилителем…
… и схема фоторезистора крупным планом.
Схема фоторезисторного приемника.

Вы можете заметить, что фоторезистор и резистор составляют схема делителя напряжения. Кроме того, усилитель подключен параллельно резистор. Это так, что усилитель с получить напряжение, которое контролируется колебаниями напряжения на фоторезисторе, которое, в свою очередь, вызывает колебания напряжения на резисторе.

Основная хитрость заключалась в том, чтобы найти хорошее значение для резистора. С участием неправильное значение, напряжение на этом резисторе будет колебаться между небольшим диапазоном, настолько маленьким, что все звуки, исходящие из усилитель будет звучать одинаково. Это все равно, что втиснуть песню только в несколько музыкальных нот. С правильным резистором значение, напряжение на этом резисторе будет колебаться в большей диапазон, и усилитель будет выдавать более широкий спектр звуков; это будет иметь больше нот для представления песни.

Первый шаг к выяснению хорошего номинала резистора — выяснить какое минимальное сопротивление фоторезистора будет и какое будет максимальное сопротивление. Для этого мы направляем представителя проба звуков с помощью лазерного коммуникатора на фоторезистор при измерении сопротивления фоторезистора. На фотографиях ниже я сначала настраиваю радио на радиостанцию а затем используйте лазерный коммуникатор, чтобы передать то, что исходит от радиостанции на фоторезистор в качестве лазерного луча.В то же время Я наблюдаю за мультиметром, чтобы увидеть, каковы результирующие сопротивления фоторезистор, ищем самые низкие и самые высокие значения.

Сначала настроить радио на станцию.
Соединения счетчика с фоторезистором.
Диапазон измерения сопротивления.
Образец показаний сопротивления.

Результатом вышеуказанного теста является то, что фоторезистор имеет значения колеблется от 0,5 кОм до 1,5 кОм. Обратите внимание, что ваш фоторезистор может отличаться, как и ваш лазер, поэтому вы можете получить разные результаты.

Следующим шагом является расчет подходящего сопротивления.

Один из способов рассчитать подходящее сопротивление — использовать то, что называется Формула Акселя Бенца, согласно которой сопротивление должно быть корень квадратный из минимального и максимального сопротивлений фоторезистора умноженные вместе.

Итак, умножаем 1,5 кОм на 0,5 кОм, и получить 0,75. Затем извлекаем из него квадратный корень и получаем 0,866, или 866 Ом.

Эти 866 Ом — это значение, которое мы должны использовать для резистора.

Расчетные диапазоны напряжения

Для создания этой схемы не требуется следующее. Это просто два примера расчета диапазонов напряжения, которые усилитель будет получить для двух различных сопротивлений, чтобы проиллюстрировать, как правильное сопротивление резистора имеет значение.

Допустим, сопротивление резистора 10 кОм вместо 866 Ом. И скажем, лазер максимально тусклый, что приводит к перегоранию фоторезистора. сопротивление равно 1.5 кОм. Складывая два сопротивления вместе, мы получаем общее сопротивление 11,5 кОм. Используя формулу закона Ома, I = V / R, или ток равен напряжение делим на сопротивление, получаем что ток 3 вольта разделить на 11 500 Ом, что составляет 0,26 миллиампер. Теперь мы можем снова рассчитать напряжение только на этом резисторе, используя закон Ома, V = IR, или напряжение равно току, умноженному на сопротивление, которое составляет 0,26 мА, умноженное на 10 000 Ом, или 2.6 вольт. Итак, это напряжение на этом резисторе, на этом усилителе и динамик, когда лазерный свет самый тусклый.

Теперь давайте снова проведем эти расчеты для случая, когда лазерный луч самый яркий, который мы измерили около 0,5 кОм. На этот раз текущий 0,29 миллиампер, а напряжение здесь 2,9 вольта.

Это означает, что в диапазоне яркости для света, падающего от лазера, пока мы говорим в микрофон, напряжение будет варьироваться только от 2.6 вольт до 2,9 вольт, диапазон 0,3 вольта, не сильно, а так звуки из динамика все будут звучать тоже самое.

Но мы можем исправить это с более низким значением для этого резистора, который мы вычислено выше по формуле Акселя Бенца, 866 Ом.

Повторяем расчеты для диапазона напряжений здесь и сейчас. с этим новым значением сопротивления 866 ​​Ом мы получаем диапазон от от 1,13 В до 1,9 В, диапазон 0.77 вольт, намного лучше, чем предыдущие 0,3 вольта с резистором 10 кОм.

В следующем видео показан вышеописанный лазерный коммуникатор и фоторезистор в действии, а также использование формулы Акселя Бенца.

Учебные пособия по сборке робота


СХЕМЫ — ФОТОРЕЗИСТОР

Фоторезистор
Фоторезисторы (также часто называемые фототранзисторами или CdS фотоэлементы ; используйте «фотоэлемент» для цифрового ключа) — это простые резисторы , сопротивление алтаря . в зависимости от количества световых мест над ними.Больше света означает меньшее сопротивление.

Фоторезисторы, наверное, самые распространенные, самые доступные (1-2 доллара за штуку), и самый простой из всех датчиков роботов для реализации. Полезен не только для роботы-фотоворы и датчики цвета, но могли также действуют как оптический переключатель (немеханическая кнопка). Например, помашите рукой перед роботом, чтобы заблокировать свет. перед ним, тем самым активируя что-то.

Чтобы использовать их в качестве датчика, измерьте падение напряжения на резисторе с аналог порта вашего микроконтроллера (потому что изменение сопротивления означает изменение напряжения).Существует два способа реализации фоторезисторов:

Цепи фоторезисторного делителя напряжения

    Напряжение Увеличивает со светом

    Чтобы выбрать номиналы резисторов, решите это уравнение:
    (R*Vin)/(R+Rфото) = Vвых

    Напряжение Уменьшение Светом

    Чтобы выбрать номиналы резисторов, решите это уравнение:
    (Rфото*Vin)/(Rфото+R) = Vвых

Решение уравнений для определения сопротивления, R
Существует три шага, чтобы определить, какой резистор следует использовать для R .Сделать это, сначала нужно достать мультиметр и измерить сопротивление на фоторезисторе в двух ситуациях. Первая ситуация — самый темный свет фоторезистора вашего робота. увидим. Например, если вы ожидаете, что ваш робот будет работать в темной комнате, закройте фоторезистор. полностью и измерьте сопротивление.

Вторая ситуация касается самого яркого света, который увидит ваш робот. Если вы хотите, чтобы ваш робот работал в кухня, измерьте сопротивление фоторезистора на кухне.

Теперь все, что вам нужно сделать, это умножить оба значения сопротивления, а затем найти квадратный корень из общей суммы. это резистор вы должны использовать.

резистор = sqrt(R_темный*R_яркий)
ДОПОЛНИТЕЛЬНО

Я хотел бы поблагодарить нашего участника SoR ​​Robot Forum « ribs » за вывод приведенного выше уравнения. Если хочешь чтобы увидеть математику, посмотрите. Разбираться в этом не обязательно, так что не паникуйте!

Исходное уравнение, которое я получил, используя базовую математику схем:

разность напряжений = абсолютное_значение ((R*Vin)/(R+Rp_dark) — (R*Vin)/(R+Rp_bright))

И ребра, переписывающие приведенное выше уравнение:

F(x)=x/(x+Rd) — x/(x+Rb)
(x = сопротивление второго резистора, Rd = Rp_dark, Rb = Rp_bright)
Возьмем производную (правило частных, дважды)
F'(x) = (x+Rd-x)/(x+Rd) 2    — (x+Rb-x)/(x+Rb) 2
F'(x) = ( x +Rd- x )/(x+Rd) 2    — ( x +Rb- x )/(x+Rb) 2
F'(x) = Rd/(x+ Rd) 2 — Rb/(x+Rb) 2
F'(x) = Rd*(x+Rb) 2 /{(x+Rd) 2 *(x+Rb) 2 }  —  Rb*(x+Rd) 2 /{(x+Rd) 2 *(x+Rb) 2 }
F'(x) = {Rd*(x+Rb) 2 — Rb*(x+Rd) 2 } / {(x+Rd) 2 *(x+Rb) 2 }
F(x) находится на максимуме, когда F'(x) = 0, поэтому установите
0 = {Rd*(x+Rb) 2 — Rb*(x+Rd) 2 } / {(x+Rd) 2 *(x+Rb) 2 }
Потерять знаменатель (0/значение = 0)
0 = Rd*(x+Rb) 2 — Rb*(x+Rd) 2
0 = Rd*x 2 +2*Rd*Rb*x+Rd*Rb 2  —  Rb *x 2 -2*Rd*Rb*x-Rb*Rd 2
0 = Rd*x 2 + 2*Rd*Rb*x +Rd*Rb 2  —  Rb*x 2 2*Rd*Rb*x -Rb*Rd 2
0 = Rd*x 2 -Rb*x 2   + Rd*Rb 2 9044 30 — Rb*Rd
0 = (Rd-Rb)*x 2   + (Rb-Rd)*(Rd*Rb)
(Rb-Rd)*x 2 = (Rb-Rd)*(Rd*Rb)
(Rb-Rd) *x 2 = (Rb-Rd) *(Rd*Rb)
x 2 = (Rd*Rb)
х = квадрат(Rd*Rb)


ДОПОЛНИТЕЛЬНО

Вот еще один метод определения сопротивления, чтобы вы могли наглядно представить, почему уравнение работает.Это тоже не обязательно, а скорее «для вашего сведения». . .

После нахождения R_dark и R_bright вам нужно будет построить график разности напряжений, используя это уравнение:

разность напряжений = абсолютное_значение ((R*Vin)/(R+Rp_dark) — (R*Vin)/(R+Rp_bright))

Или вы можете скачать этот лист Excel, чтобы рассчитать резистор для вас. Введите минимальное и максимальное значения фоторезистора в желтые поля в левом верхнем углу. Красная коробка будет сообщить вам максимально возможную разницу в напряжении.Выберите резистор в списке который показывает эту максимальную разницу напряжений, и используйте это на схеме выше.

Дополнительные сведения об анализе датчиков с помощью Excel см. ознакомьтесь с учебным пособием по расширенной интерпретации датчиков для оптимизации анализа данных.


Подключение фоторезистора к микроконтроллеру
Теперь я покажу вам, как подключить фоторезистор для использования на микроконтроллере. Я разработал для The Robot Tutorial за 50 долларов. Он предназначен для увеличения напряжения по мере увеличения освещенности, чтобы быть более интуитивно понятным использовать.Я также расскажу о некоторых из моих общих методов подключения, которые могут оказаться полезными.

Для начала я хочу рассказать вам об инструменте, которым я пользуюсь. Если вы не один из 0,00001% население мира, у которого есть третья рука, вы действительно должны получить одного из этих аллигаторов клип держатель вещей. Они действительно пригодятся!

Поместите красный провод (для питания) на фоторезистор, как показано на рисунке, и припаяйте его. Ты Вы также можете попросить друга/родителя/брата/сестру/подругу испытать свои удивительные навыки пайки. чтобы скрепить провода.. . =П



Теперь с помощью термоусадки закройте оголенный провод. Вы можете нагреть термоусадку с помощью тепловой пушки или феном, но будьте осторожны, чтобы не нагреть датчик, так как это может привести к его повреждению. Если у вас нет термоусадки, вы также можете использовать изоленту.



Теперь, когда термоусадка была гм. . . уменьшился . . . Присоедините резистор, как показано на рисунке, и припаять его.



Опять же, термоусадка, чтобы защитить провода.Затем припаяйте черный провод (для земли) до конца резистора. Закрыв резистор, вы помните, какой провод принадлежит к резистору, да? 😉

Вы также можете припаять синий (или любого другого цвета) провод к другому выходному проводу. Затем термоусадку и того, и другого. Помните, что нельзя нагревать его слишком долго, иначе датчик может быть поврежден.



Вы в основном закончили, но есть несколько дополнительных необязательных шагов.



Зачистите концы трех проводов для дополнительной пайки.Затем мне нравится сплетать провода датчиков, используя свои удивительные навыки в лагере девочек-скаутов (не спрашивайте). Это делается для того, чтобы провода не запутывались, и позволяет сгибать/направлять фоторезисторный датчик. в желаемом направлении. Оберните конец стяжки, чтобы скрепить провода вместе для следующие шаги.



Теперь у вас есть возможность припаять эти три провода непосредственно к вашей схеме или сделать более хороший обжим с помощью метода molex. Для пайки нужен черный провод подключен к земле, красный к выходу регулятора напряжения, а синий (сигнальный провод) подключен к контакту аналого-цифрового преобразователя на микроконтроллере.если ты следуют учебнику по роботам за 50 долларов, ссылку на схему, если вы не уверены.

Если вы решите использовать более сложный метод обжима, пожалуйста, продолжайте (иначе все готово). С помощью обжимного инструмента (~100 долларов США) обожмите разъемы, как показано на рисунке.

Для получения более подробной информации, пожалуйста, ознакомьтесь с моим полным мастер-класс по изготовлению разъемов для проводов.



Затем вставьте каждый из трех проводов в разъем Molex. Убедитесь, что вы поставили их правильно порядке (красный провод ДОЛЖЕН быть в центре).



Вот и готов готовый фоторезисторный датчик для микроконтроллера!

Опять же, для получения более подробных инструкций, пожалуйста, ознакомьтесь с моим полным мастер-класс по изготовлению разъемов для проводов.

Датчик освещенности Arduino с фоторезистором

В этом руководстве по датчику света Arduino я расскажу об основах настройки фоторезистора, чтобы вы могли легко обнаруживать изменения в освещении.

Это маленькое устройство может быть очень удобным во многих проектах, где важно измерять количество света.

Этот урок невероятно прост, но мы надеемся, что он объяснит и покажет, как вы можете использовать фоторезистор в своем следующем проекте. Вам не понадобится много оборудования, большая часть которого будет базовыми деталями, которые, вероятно, уже были бы у вас, если бы вы купили стартовый комплект электроники.

Это очень похоже на учебник по датчику Raspberry Pi LDR, но наша схема и код намного проще. Это связано с тем, что Arduino имеет аналоговые контакты, что позволяет очень легко считывать значение с чего-то, например, с аналогового датчика.

Оборудование

Оборудование, которое вам понадобится для этого руководства по датчику света Arduino, довольно простое, как я упоминал ранее.

Светодиоды, которые я использую, предназначены только для визуальной обратной связи, поэтому они не обязательны, если вы хотите читать выходные переменные в командной строке.

Рекомендуется

Дополнительно

Видео

Если вы хотите увидеть, как я шаг за шагом прохожу этот урок, обязательно посмотрите мое видео ниже.

Это видео является отличным способом обучения, так как вы можете увидеть, как продвигается обучение и как все работает.

Вы можете ознакомиться с полным письменным руководством прямо под видео.

Adblock блокирует видео? Поддержите нас, подписавшись на наш сервис без рекламы.

Схема датчика освещенности Arduino

Схема, которую нам нужно построить, довольно проста, и у вас не должно возникнуть особых проблем с ее настройкой. Я кратко упомяну каждую из частей, которые в нем находятся, и то, как собрать все это вместе.

Светочувствительный датчик, также известный как фоторезистор, — это часть оборудования, которое мы будем использовать для определения того, насколько светло или темно. В темноте резистор будет иметь очень высокое сопротивление до 10 МОм. Когда он светлый, он будет иметь сопротивление всего в несколько сотен Ом.

Часто можно приблизительно узнать сопротивление, заглянув в техпаспорт устройства. Скорее всего, это относится к единице освещенности в люксах и предоставляет вам информацию о приблизительном сопротивлении при определенном количестве люксов.

Светодиоды в нашей схеме будут отображать текущую величину сопротивления фоторезистора.

  • Зеленый будет при низком сопротивлении ( Много света ).
  • Желтый будет при среднем сопротивлении на LDR ( Shady ).
  • Наконец, красный будет обозначать, когда он имеет высокое сопротивление ( Very Dark ).

1. Сначала подключите провод 5 В от Arduino к положительному контакту на макетной плате.

2. Затем прикрепите штифт заземления к шине заземления.

3. Теперь поместите фоторезистор на макетную плату.

  • Подсоедините провод с одного конца к плюсовой шине.
  • На другом конце провода вернуться к A0 (аналоговый).
  • Наконец, с другой стороны провода добавьте резистор на 220 Ом, который идет к шине заземления.

4. Поместите 3 светодиода на макетную плату. (Зеленый, желтый, красный)

  • К каждому светодиоду добавьте резистор 100 Ом и подключите его к шине заземления.
  • Теперь подключите провод к Arduino для каждого светодиода. Красный к контакту 4, желтый к контакту 3 и, наконец, зеленый к контакту 2.

5. Теперь мы готовы включить его и развернуть код. Если у вас возникли проблемы, пожалуйста, обратитесь к диаграмме ниже.

Код

Как и схема, код для этого руководства по фоторезистору Arduino очень прост. Опять же, это просто описание основ этой классной части электроники, если вы хотите увидеть некоторые возможные реализации, тогда ознакомьтесь с некоторыми идеями, которые у меня есть в нижней части этого руководства.

Если вы хотите загрузить код, вы можете найти его для загрузки в нашем Git-репозитории датчика освещенности.

Прежде чем мы начнем что-либо делать, нам нужно настроить все наши переменные. Для этой программы нам понадобятся 4 переменные для хранения номеров контактов и 1 переменная для хранения значения аналогового контакта. Это все целые числа.



 

Установите все контакты для светодиодов в качестве выходов. Вам не нужно беспокоиться о настройке аналогового вывода.



 

Цикл довольно прост и не должен быть слишком сложным для понимания того, что происходит. Сначала мы получаем значение с аналогового вывода, это фоторезистор.

Получив значение, мы сравниваем его и включаем соответствующий светодиод. Например, красный светодиод будет гореть, когда темно, желтый — при тени и, наконец, зеленый — при свете. После этого мы задерживаемся на 200 мс, переводим все светодиоды в низкий уровень и снова проверяем.



 

Когда вы закончите, просто загрузите его в Arduino, и ваша схема должна ожить.Возможно, вам придется повозиться со значениями внутри операторов if, поскольку они могут варьироваться в зависимости от условий освещения.

Поиск и устранение неисправностей

Теперь, если вы обнаружите, что что-то работает не так, как вам хотелось бы, самое время ввести несколько строк отладки. Если вы не знаете, как настроить отладку, обязательно ознакомьтесь с моим руководством по последовательному монитору Arduino.

Я бы посоветовал настроить строку отладки, сообщающую вам значение входа LDR.Это может варьироваться, поэтому вам может потребоваться изменить значения в коде на то, что лучше работает в ваших условиях (снаружи, внутри и т. д.).

Распространенная проблема заключается в том, что свет, излучаемый красным светодиодом, заставляет датчик освещенности думать, что есть свет. Мой лучший совет для этого — отодвинуть датчик освещенности от красного светодиода как можно дальше.

Возможные реализации

Существует так много проектов Arduino, в которые можно внедрить фоторезистор.Я быстро упомяну лишь некоторые из них, о которых я подумал, когда писал этот урок.

  • Вы можете использовать фоторезистор в световой сигнализации, которая предупреждает вас, если в комнате становится темно или светло. Кроме того, вы можете использовать ту же настройку, что и прикроватный будильник, который становится громче по мере того, как становится ярче.
  • Вы можете использовать LDR для включения света, когда начинает темнеть. Например, это будет хорошо работать, если у вас есть наружное освещение, которое освещает некоторые лестницы или что-то подобное, но вы хотите, чтобы они включались только при достижении определенного уровня темноты.
  • Вы также можете подключить его к люку для кур, чтобы он автоматически открывался утром, когда становится светло.

Это всего лишь несколько идей того, что вы могли бы сделать. Я рассмотрю несколько крутых проектов Arduino для начинающих и, возможно, более продвинутые проекты, в которых используется множество датчиков, о которых я недавно говорил.

Если вы хотите быть в курсе всех проектов, руководств и многого другого, подпишитесь на нашу рассылку или следите за нами в любой из основных социальных сетей.

Я надеюсь, что вы смогли следовать этому руководству по датчику света Arduino без каких-либо проблем. Если вы столкнетесь с какими-либо проблемами, у вас есть отзывы или что-то еще, пожалуйста, не стесняйтесь оставлять комментарии ниже.

Руководство по использованию фоторезистора-фотоэлемента CdS


Различные фотоэлементы CdS

от Lewis Loflin

Фоторезистор (или фотоэлемент) на основе сульфида кадмия (CdS) представляет собой устройство, сопротивление которого изменяется в зависимости от интенсивности света. Он чувствителен, быстр и существует уже несколько десятилетий.Он часто используется в уличных фонарях и в качестве «электрического глаза». Обратите внимание, что сопротивление уменьшается с миллионов ом в темноте до нескольких сотен ом при ярком свете. Простой тест состоит в том, чтобы использовать омметр и наблюдать, как сопротивление меняется в зависимости от интенсивности света.

В приведенной выше схеме (рис. A) R1 представляет собой фотоэлемент CdS, включенный последовательно с резистором 1000 Ом. 5 вольт от VCC делятся на R1 и R2 пропорционально их сопротивлению. Например, если R1 = R2, на каждом компоненте будет 2,5 вольта.Используя вольтметр постоянного тока (черный провод на массу, красный провод на V), можно прочитать 2,5 вольта. (Или любое другое значение в зависимости от конкретной ячейки CdS и интенсивности света.)

Подключив вольтметр к ячейке CdS (черный провод к V и красный к Vcc), можно будет прочитать 2,5 вольта. Если провода измерителя перепутаны, скажем, красный к земле и черный к V, показание напряжения будет отрицательным 2,5 вольта с цифровым измерителем.

Примечание: сумма напряжения на резисторе R1 и напряжения на резисторе R2 будет равна Vcc.Это свойство последовательных цепей, когда через каждый компонент протекает одинаковый ток, но напряжение делится в зависимости от сопротивления.

Когда мы увеличим интенсивность света до R1, напряжение на R2 будет увеличиваться, а напряжение на R1 уменьшаться. Это связано с тем, что сопротивление R1 уменьшается с интенсивностью света, в то время как сопротивление R2 фиксировано. Напряжение делится на основе сопротивления, где более высокое сопротивление получает большее падение напряжения. Как и в предыдущем случае, напряжение на резисторе R1 плюс напряжение на резисторе R2 по-прежнему будут добавляться к Vcc.На рисунке B выше у нас есть противоположное показание напряжения, потому что части перевернуты. Напряжение от земли до V будет уменьшаться по мере увеличения интенсивности света.

Выход на V можно использовать с аналого-цифровым преобразователем микрокомпьютера для измерения интенсивности света. Давайте рассмотрим еще одно приложение.

Быстрая навигация:


Использование компаратора с CdS

На изображении выше показан счетверенный компаратор Lm339, работающий от реле. Когда напряжение на входе «-» (вывод 5) превышает напряжение на входе «+» (вывод 6), выходной (внутренний) транзистор с открытым коллектором на выводе 2 замыкается на землю, активируя реле К1.(D4 используется для защиты Lm339 от скачков напряжения, генерируемых K1 при деактивации.

По мере увеличения интенсивности света сопротивление R5 уменьшается, напряжение на R7 будет расти до тех пор, пока напряжение на Tp2 не превысит напряжение, установленное R4, активируя реле. Если мы используем R6 и R8, реле активируется, когда темнеет. Подробнее о компараторах см. vc.htm. Для той же схемы, что и выше, с использованием операционного усилителя uA741 см. cir1.jpg.


На рис. 3 выше ячейка CdS используется последовательно с реле на 120 В переменного тока.В течение дня сопротивление элемента CdS низкое, что приводит к срабатыванию реле и разрыву соединения с лампой. Ночью повышенное сопротивление отключает реле. На диаграмме показано состояние цепи в ночное время.

На рис. 4 по мере сопротивления капель CdS ток поступает на затвор симистора, включающего лампу. Смотрите мою страницу триаков.



Термисторы, которые я купил на Ebay

Термистор

Термистор представляет собой тип резистора, сопротивление которого изменяется в зависимости от его температуры.Это слово представляет собой комбинацию термального и резисторного. Сэмюэл Рубен изобрел термистор в 1930 году. Он отличается от механического термостата, в котором для разрыва контакта используется расширение/сжатие металлов. Если сопротивление увеличивается, мы говорим, что оно имеет положительный коэффициент. Если уменьшается, то отрицательный коэффициент. Они используются не сами по себе, а с другой электроникой. Термисторы можно использовать в тех же цепях, что и ячейки CdS. Термистор не следует путать с термопарой или термостатом.


Символ термистора

И следующие два видео:

 

Светозависимый резистор — LDR в качестве переключающей схемы

Что такое светочувствительный резистор (LDR) или фоторезистор?

Прежде всего, светочувствительный резистор, который вы ищете, также называется фоторезистором, поскольку название предполагает, что светочувствительный резистор — это резистор, значение которого зависит от количества световой энергии, падающей на его поверхность.

Чем больше интенсивность света, падающего на светозависимый резистор, тем ниже будет значение сопротивления. Свет содержит Фотон (частицу света), несущий энергию и имеющий частоты определенного диапазона.

Символ света-зависимого резистора в соответствии со стандартом IEC, как показано на рисунке:

Строительство и состав света-зависимого резистора:

Ниже приведена фигура, показывающая диаграмму штифта LDR и основной конструкции:

На этом рисунке линии сгиба представляют собой фоточувствительный материал, нанесенный на изолированную керамическую основу.И проводящие контакты, подключенные к концу для использования, так как светочувствительный материал очень быстро окисляется на открытом воздухе, реагируя с кислородом воздуха. (природа кадмия очень реакционноспособна). Поэтому вся сборка покрыта прозрачным эпоксидным или силиконовым стеклом.

  • Значение светозависимого резистора колеблется от 10–20 МОм до (0,3–5) кОм. [значения варьируются в зависимости от условий испытаний]
  • Этот диапазон может быть разработан для удовлетворения как теоретических, так и практических потребностей.Фоточувствительный материал, используемый в LDR, обычно представляет собой сульфидные соединения высокоочищенного кадмия, например, сульфид кадмия и сульфиды других соединений, такие как селенид, индий и сурьма.
  • Эти компаунды имеют низкую себестоимость и, следовательно, широко используются для общего применения.

В последних разработках основным соединением/материалом, используемым для изготовления фоторезистора или светозависимого резистора, является «кремний и германий».

Основной причиной этого является доступность Si/Ge.Полупроводник также используется для различных других приложений, таких как микросхемы, ИС, карты памяти, твердотельные накопители, транзисторы и т. д. Очевидно, полупроводниковая промышленность переживает бум и имеет бессмертное будущее.

 

Характеристики отклика фотодиода (сила света против сопротивления):

Значение сопротивления фотодиода при «конкретной интенсивности света» зависит от частоты падающего на него света. Как вы можете видеть, рисунок, показывающий световой спектр и энергию, содержит распределение в соответствии с частотой света и энергией света.

Теперь отклик этого устройства на свет выглядит следующим образом:
(он нелинейный по своей природе)

Частотная характеристика фоторезистора очень похожа на характеристику человеческого глаза, поэтому она используется для обнаружение света в спектре 550-620 нм, что соответствует диапазону человеческого глаза.

 

Пиковая характеристика LDR:
Полный дневной свет = 5 кОм
Полная темнота = 20 МОм

В нашей лаборатории мы провели несколько практических измерений на типичном фоторезисторе или LDR.

Наблюдение:

Минимальное сопротивление при максимальной интенсивности света составляет 2,58 кОм.

Максимальное сопротивление при отсутствии света означает, что при любом отсутствии света сопротивление получается больше , чем 1 МОм

[вероятно 🙁 за пределами диапазона нашего цифрового мультиметра, как показано на рисунке]

 

Физика участие:

  • Когда свет падает на фоторезистор,т.е.д., когда световая энергия в виде фотона падает на фоточувствительный материал, фотон сталкивается с электронами на более низком энергетическом уровне, в результате чего электроны на более низком энергетическом уровне возбуждаются.
  • Электрон перескакивает на более высокий энергетический уровень, то есть в зону проводимости, и, таким образом, увеличивается количество свободных электронов в зоне проводимости, что приводит к увеличению проводимости материала (или снижению удельного сопротивления материала).
  • Чем больше фотонов (интенсивность света) падает на фоточувствительный материал, тем больше будет генерироваться свободных электронов, что в конечном итоге приводит к изменению проводимости.Этот эффект отвечает за характеристику отклика LDR.

 

Каково применение фоторезистора (LDR)?

i) Автоматический уличный фонарь LDR.
ii) Измерение световой энергии.
iii) Схема Sunseeker.
iv) Бытовые часы.
v) Игрушки.
vi) В качестве переключателя [в общем смысле].

 

Схема основного применения – фоторезистор в качестве переключателя:

LDR в качестве переключателя позволяет…
Для изготовления LDR в качестве переключателя нам потребуются несколько компонентов, таких как 2 резистора, 1 транзистор, 3 вольта или 9-вольтовая батарея, макетная плата, переменный резистор (горшок), несколько проводов и основной компонент LDR или фоторезистор.

Реальная цепь Для использования LDR в качестве выключателя:

Список компонентов:

R1 = 1 кОм резистор
R2 = 2,2 кОм резистор
R3 = 47 кОм Бак
R4 = LDR (общего назначения)
9V аккумулятор
Светодиод/реле (в качестве нагрузки)

 Транзистор
Q1 = 2N3904 или                        2N222   NPN; Q2 = 2N2907 PNP

Важно: Используйте сопротивление потенциометра, чтобы получить требуемый выходной сигнал, регулируя его значение, обратите внимание на выход при изменении сопротивления потенциометра.

Если вам нужна сложная схема, мы можем использовать реле вместо транзистора, поэтому подключите схему, как показано на рисунке. (вставная схема)

 

Работа светозависимой схемы резистора:

Мы использовали здесь транзистор NPN, когда свет падает на LDR, сопротивление LDR будет меньше, и он получает напряжение для управления базой транзистора, что приводит к выход в точке «А» из-за того, что транзистор находится в активной области.

  • Когда мы закрыли LDR, чтобы сделать его темным, выход в точке «A» будет «0», так как транзистор находится в области отсечки.
  • Теперь используйте сигнал из точки «А» для управления следующей схемой, которая будет определять, «что» делать, если состояние сигнала равно логической 1 ( ВКЛ ) или логическому 0 ( ВЫКЛ ).

[Когда кажется, что ваша схема не работает, используйте свой мозг , чтобы поиграть с выходом в соответствии с вашими требованиями и не зависеть от значений выхода, упомянутых здесь, и не оставляйте схему по той причине, что она не работает. work]

В схеме используется конфигурация «делитель потенциала» для управления транзистором в режиме переключения, который подключен к базе NPN-транзистора.Также для более подробного комментария ниже в разделе комментариев, возможно, вы получите ответ.

 

Можно ли заменить светочувствительный резистор или фоторезистор?

Ответ ДА из-за меньшей чувствительности и меньшей точности.

  • Фототранзисторы и фотодиоды заменили этот недостаток LDR.
  • Фототранзистор и фотодиод являются полупроводниковыми устройствами, поэтому чувствительность и точность в полупроводнике можно контролировать благодаря огромному развитию в этой области.
  • Требуется стабильность при изменении температуры с сохранением постоянной интенсивности света. Полупроводниковые устройства являются одним из них. Следовательно, LDR не очень подходит для приложений точных измерений из-за отсутствия этой стабильности.
  • Напротив, «влияние температуры» на фотодиод и фоторезистор можно уменьшить, используя компенсационную схему и точное легирование, что невозможно в LDR.

( Наконец бонус Совет: LDR (Light зависимый резистор) имеет неполярные клеммы)

I] Laser
II] Ночное видение
iii] Инфракрасная частота
iv] РЧ

.

alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.