Jak zrobić fotorezystor z tranzystora. Czujniki optyczne

Znalazłem obwód prostego fotoprzekaźnika do zrobienia podświetlanego zegara ściennego, w zegarze zapada noc i dioda się zapala, ale nie mogłem znaleźć fototranzystora, zdarza się, że chcesz, ale nie….

Postanowiłem zrobić to sam z radzieckiego tranzystora MP42.

Badamy bazę materialną.
Fototranzystor to urządzenie półprzewodnikowe, które przekształca promieniowanie optyczne w sygnał elektryczny i jednocześnie je wzmacnia. Prąd kolektora tranzystora zależy od intensywności promieniowania. Im intensywniejsze światło pada na strefę bazową fototranzystora, tym większy jest prąd kolektora.

Dwa tryby pracy fototranzystora:
Pływający tryb podstawowy. Działa tylko terminal emitera i terminal kolektora.
Tryb tranzystorowy ze źródłem polaryzacji obwodu bazowego. Wszystkie trzy piny działają plus rezystor na pinie bazowym.
Błędy przy wykonywaniu fototranzystora z MP42.

W żadnym wypadku nie odcinaj górnej części wieczka! Doprowadzi to do nieuniknionego przesunięcia uchwytu kryształu i uszkodzenia kryształu lub pęknięcia przewodów zasilających. Doprowadzi do 100% niepowodzenia w produkcji fototranzystora. Nawet jeśli uda Ci się go wyciąć, światło nie dotrze do podstawy kryształu!

Nie odcinaj przewodu bazowego fototranzystora, ponieważ istnieją obwody wykorzystujące ten konkretny przewód.
Nie wypełniaj niczym okna fototranzystora. Nastąpi uszkodzenie termiczne kryształu.

Zacznijmy produkcję fototranzystora. Podobnie jak wszystkie tranzystory, MP 42 ma trzy wyjścia: Baza-Kolektor-Emiter.
Jeśli odwrócisz tranzystor do góry nogami i ustawisz podstawę do siebie, wówczas emiter będzie po lewej stronie, a kolektor po prawej.

Postęp technologiczny sprawia, że ​​życie ludzi staje się coraz wygodniejsze. W tym celu wymyślane są nowe urządzenia, które wykonują czynności bez obecności i udziału ludzi.

Jednym z takich urządzeń jest prosty fotoprzekaźnik. Możesz kupić takie urządzenie w sklepie, ale ciekawsze i tańsze jest wykonanie go samodzielnie.

Za pomocą fotoprzekaźnika można włączać i wyłączać oświetlenie o różnych porach dnia. Na przykład, gdy zapada ciemność, urządzenie włącza oświetlenie, a o świcie wyłącza. Można go również zastosować przy wejściu do budynku mieszkalnego lub na terenie własnego kraju.

Jest szeroko stosowany z fotoprzekaźnikiem, który włącza i wyłącza oświetlenie w trybie autonomicznym. Takie urządzenie można zastosować w „inteligentnym domu”. Jednocześnie za pomocą fotoprzekaźnika można nie tylko sterować oświetleniem, ale także otworzyć rolety czy przewietrzyć pomieszczenie. Należy zaznaczyć, że urządzenie to można zainstalować w systemie bezpieczeństwa domu.

Rozumiemy obwód prostego przekaźnika fotograficznego własnymi rękami

Najprostszy obwód fotoprzekaźnika składa się z dwóch tranzystorów, fotorezystora, przekaźnika, diody i rezystora zmiennego. Stosowane są urządzenia typu KT315B, połączone zgodnie z obwodem tranzystora kompozytowego, którego obciążeniem jest uzwojenie przekaźnika. Obwód ten ma duże wzmocnienie i dużą rezystancję wejściową, co pozwala na umieszczenie w nim fotorezystora o dużej rezystancji.

Wraz ze wzrostem oświetlenia fotorezystora podłączonego między kolektorem a bazą pierwszego tranzystora, ten tranzystor i tranzystor nr 2 otwierają się. W wyniku pojawienia się prądu w obwodzie kolektora drugiego tranzystora zadziała przekaźnik, który swoimi stykami, w zależności od ustawienia, załączy lub wyłączy obciążenie.

Aby chronić obwód przed skutkami samoindukcyjnego pola elektromagnetycznego, gdy przekaźnik jest wyłączony, dołączona jest dioda ochronna typu KD522. Aby wyregulować czułość obwodu, między bazą a emiterem pierwszego tranzystora podłącza się zmienny tranzystor o wartości nominalnej 10 kOhm.

Oprócz montażu w pomieszczeniach mieszkalnych i gospodarczych stosuje się podesty przejściowe. Schemat podłączenia uzależniony jest od ilości pinów w układzie oświetlenia.

Maszyny są instalowane w panelu elektrycznym, aby chronić sieć elektryczną przed przeciążeniem i zwarciem - z tego się składa.

Taki fotoprzekaźnik można zasilać ze źródła napięcia stałego o wartości 5 - 15 V. W tym przypadku przy napięciu źródła 6 woltów stosuje się przekaźniki typu RES 9 lub RES 47, a przy napięciu zasilania 12 V , stosowane są przekaźniki RES 15 lub RES 49.

Aby zamontować obwód, możesz stworzyć specjalną płytkę, jeśli to możliwe, płytkę drukowaną. Następnie przymocuj do płytki przekaźniki, tranzystory, rezystor zmienny, wykonaj otwory na zaciski elementów obwodu i wykonaj odpowiednie połączenia za pomocą przewodów montażowych i.

Obwód można ustawić w zacienionym pomieszczeniu za pomocą żarówki, za pomocą której można regulować przepływ światła.

Przy wymaganym oświetleniu próg reakcji obwodu wybiera się za pomocą rezystora zmiennego. Jeśli w przyszłości nie planuje się regulacji progu reakcji, zamiast zmiennego ustawia się stały, którego rezystancja odpowiada wartości uzyskanej podczas regulacji.

Sposób montażu na nowoczesnym urządzeniu

Korzystając z bardziej złożonych urządzeń elektronicznych, możesz złożyć domowy przekaźnik fotograficzny, który składa się tylko z trzech elementów. Taki obwód można zmontować na zintegrowanym urządzeniu półprzewodnikowym firmy TeccorElectronics Q6004LT (quad), które ma wbudowany dinistor. Takie urządzenie ma prąd roboczy 4 A i napięcie robocze 600 V.

Schemat podłączenia fotoprzekaźnika składa się z urządzenia Q6004LT, fotorezystora i konwencjonalnego rezystora. Obwód zasilany jest z sieci 220 V. W obecności światła fotorezystor ma niską rezystancję (kilka kiloomów), a na elektrodzie sterującej quada występuje bardzo niskie napięcie. Quad jest zamknięty i przez jego obciążenie nie przepływa prąd, który może powodować zapalenie lamp.

Wraz ze spadkiem oświetlenia wzrasta rezystancja fotorezystora, a także wzrastają impulsy napięcia docierające do elektrody sterującej. Gdy amplituda napięcia wzrośnie do 40 V, triak otworzy się, prąd przepłynie przez obwód obciążenia i włączy się oświetlenie.

Do skonfigurowania obwodu używany jest rezystor. Początkowa wartość jego rezystancji wynosi 47 kOhm. Wartość rezystancji dobierana jest w zależności od wymaganego progu oświetlenia i rodzaju użytego fotorezystora. Rodzaj fotorezystora nie jest krytyczny. Jako fotorezystor można zastosować np. elementy typu SF3-1, FSK-7 lub FSK-G1.

Nie trzeba być mistrzem, żeby wiedzieć... Musisz tylko nauczyć się poprawnie identyfikować awarie i pamiętać o kilku prostych zasadach ich korygowania.

Nowoczesny system zasilania zapewnia trójprzewodowe okablowanie z lub do mieszkania. Biorąc pod uwagę takie warunki i są ustalane.

Zastosowanie wydajnego urządzenia Q6004LT umożliwia podłączenie do fotoprzekaźnika obciążenia o mocy aż 500 W, a przy zastosowaniu dodatkowego radiatora moc tę można zwiększyć do 750 W. Aby jeszcze bardziej zwiększyć moc obciążenia fotoprzekaźnika, można zastosować quad o prądach roboczych 6, 8, 10 lub 15 A.

Zatem zaletą tego schematu, oprócz niewielkiej liczby zastosowanych części, jest brak potrzeby stosowania oddzielnego źródła zasilania i możliwość przełączania potężnych odbiorców energii elektrycznej.

Instalacja tego obwodu nie jest szczególnie trudna ze względu na małą liczbę elementów obwodu. Konfiguracja obwodu polega na określeniu pożądanego progu działania obwodu i odbywa się w sposób podobny do poprzedniego obwodu.

wnioski:

1. W różnych układach automatyki, najczęściej w instalacjach oświetleniowych, stosuje się fotoprzekaźniki.
2. Istnieje wiele różnych obwodów fotoprzekaźników wykorzystujących fotorezystory, fotodiody i fototranzystory jako czujniki.
3. Najprostsze obwody fotoprzekaźników, które zawierają minimum części, można zmontować własnymi rękami.

Film z przykładem montażu domowego przekaźnika fotograficznego

Fototranzystor to optoelektroniczne urządzenie półprzewodnikowe, odmiana tranzystora bipolarnego. Różni się od wersji klasycznej tym, że obszar podstawy jest dostępny do naświetlania światłem, dzięki czemu możliwe jest kontrolowanie wzmocnienia prądu elektrycznego za pomocą promieniowania optycznego.

Gdy fototranzystor jest oświetlony, w jego podstawie generowane są pary elektron-dziura. Mniejszościowe nośniki ładunku przemieszczają się do obszaru kolektorów i częściowo do obszaru emitera. W tym przypadku zmieniają się potencjały emitera i kolektora względem bazy. Złącze emitera jest spolaryzowane w kierunku przewodzenia i nawet niewielka zmiana jego potencjału powoduje dużą zmianę prądu kolektora, czyli fototranzystor jest wzmacniaczem. Prąd kolektora oświetlonego fototranzystora okazuje się dość duży - stosunek strumienia światła do strumienia ciemności jest wysoki (kilkaset). Fototranzystory mają znacznie wyższą czułość niż fotodiody - rzędu setek miliamperów na światło. Fototranzystor bipolarny jest podobny do konwencjonalnego tranzystora bipolarnego, z fotodiodą podłączoną pomiędzy zaciskami kolektora i podstawy. Zatem prąd fotodiody okazuje się być prądem fototranzystora i wytwarza prąd wzmocniony n razy w obwodzie kolektora. Jeżeli do fototranzystora doprowadzany jest tylko sygnał elektryczny, jego parametry są prawie takie same jak w przypadku konwencjonalnego tranzystora.

Narysuj diagram.

A) tryb aktywny– na złącze emitera przyłożone jest napięcie stałe, a na złącze kolektora napięcie wsteczne;

B) tryb odcięcia– na oba złącza przyłożone są napięcia wsteczne (tranzystor jest zablokowany);

V) tryb nasycenia– na oba złącza podawane są napięcia przewodzenia (tranzystor jest całkowicie otwarty);

G) odwrotny tryb aktywny– napięcie na złączu emitera jest odwrotne, na złączu kolektora jest skierowane do przodu.

1. Podstawowe cechy i parametry fototranzystorów.

Charakterystyka prądowo-napięciowa fototranzystora przypomina charakterystykę wyjściową konwencjonalnego tranzystora w obwodzie OE, ale parametrem tutaj nie jest prąd, ale strumień świetlny F. Stromy początkowy odcinek tych charakterystyk odpowiada trybowi nasycenia: przy mały Uke, złącze kolektora, jak w tranzystorze bipolarnym, z powodu otworów akumulacyjnych w kolektorze otwiera się. Nachylenie charakterystyk do osi odciętych w ich płaskiej części wyjaśnia się, podobnie jak w przypadku tranzystora bipolarnego, efektem modulacji szerokości podstawy.

Charakterystyka energetyczna fototranzystorów, takich jak fotodioda, jest liniowa. Wraz ze wzrostem napięcia fotoprąd nieznacznie wzrasta w wyniku modulacji szerokości podstawy.

Charakterystyka widmowa podobna do fotodiod

O właściwościach częstotliwościowych fototranzystorów decyduje przede wszystkim ruch dyfuzyjny nośników w podstawie urządzenia oraz procesy ładowania pojemności złączy. Wraz ze wzrostem częstotliwości modulacji strumienia świetlnego fotoprąd maleje w taki sam sposób, jak w fotodiodach.

Opcje. Fototranzystory; podobnie jak fotorezystory i fotodiody, znajdują zastosowanie jako fotodetektory – urządzenia do wykrywania i rejestracji sygnałów świetlnych. Dlatego, aby scharakteryzować działanie fototranzystora jako fotodetektora, stosuje się te same parametry, co w przypadku fotorezystorów: strumień progowy Фп, zdolność detekcji D itp.

Jednym z najważniejszych parametrów fototranzystora jest wzmocnienie fotoprądowe fototranzystora - stosunek fotoprądu kolektora fototranzystora przy wyłączonej bazie do fotoprądu oświetlanego złącza pn, mierzony w trybie diodowym.

Czułość napięciowa

Czułość tonowa fototranzystora to stosunek zmiany prądu elektrycznego na wyjściu fototranzystora do zmiany strumienia promieniowania przy braku obciążenia na wejściu i zwarciu na wyjściu przy prądzie przemiennym.

Fototranzystor to urządzenie półprzewodnikowe sterowane promieniowaniem optycznym z dwoma złączami p–n.

Fototranzystory, podobnie jak tradycyjne tranzystory, mogą być typu p–n–p i n–p–n. Strukturalnie fototranzystor jest zaprojektowany w taki sposób, że strumień światła naświetla obszar podstawy. Największe praktyczne zastosowanie znalazło włączenie fototranzystora w obwód z OE, podczas gdy obciążenie jest podłączone do obwodu kolektora. Sygnałem wejściowym fototranzystora jest modulowany strumień światła, a sygnałem wyjściowym jest zmiana napięcia na rezystorze obciążenia w obwodzie kolektora.

Napięcie zasilania podawane jest na fototranzystor jak na konwencjonalny tranzystor bipolarny pracujący w trybie aktywnym, tj. złącze emitera jest przesunięte w kierunku do przodu, a złącze kolektora w kierunku przeciwnym (ryc. 8.11a).

Ryż. 8.11. Obwody przełączające fototranzystora z przyłączoną bazą (a) i wolną bazą (b) oraz charakterystyką prądowo-napięciową

Może jednak pracować także przy wyłączonym zacisku bazy (rys. 8.11b) i przyłożonym napięciu pomiędzy emiterem a kolektorem. To połączenie nazywa się połączeniem bazy pływającej i jest typowe tylko dla fototranzystorów. W tym przypadku fototranzystor pracuje w trybie aktywnym bliżej granicy odcięcia.

Przy Ф = 0 prąd jest bardzo mały i równy prądowi ciemnemu

gdzie h 21b jest współczynnikiem przenikania prądu emitera.

Rozważmy zasadę działania fototranzystora po włączeniu z pływającą podstawą. Kiedy fototranzystor jest oświetlany światłem, w obszarze podstawy i na złączu kolektora tworzą się nośniki swobodnego ładunku; nośniki te dyfundują w podstawie do złącza kolektora. Nośniki mniejszościowe obszaru bazowego (dla tranzystora typu n-p-n) - elektrony są wyciągane do obszaru kolektora, tworząc fotoprąd w złączu kolektora. Większość nośników (dziur) pozostałych w objętości podstawy tworzy dodatni ładunek przestrzenny i kompensuje ładunek stacjonarnych jonów zanieczyszczeń na granicy złącza emitera.

Bariera potencjału złącza emitera jest zmniejszona, co zwiększa wtrysk nośników większościowych (elektronów) do obszaru podstawowego. Część z tych elektronów łączy się ponownie w bazie z dziurami, a większość jest ekstrahowana przez złącze kolektora, zwiększając jego prąd. Zatem prąd w obwodzie kolektora jest równy sumie fotoprądu I f i prądu I k, elektronów wtryskiwanych przez emiter, docierających do złącza kolektora i wciąganych przez jego pole elektryczne do obszaru kolektora. Przy Rk = 0 wzmocnienie fotoprądu jest równe

. (8.10)

Fototranzystor zwiększa czułość o h 21e +1 razy w porównaniu z fotodiodą, co jest główną zaletą fototranzystora w porównaniu z fotodiodą.

Aby zapewnić stabilność temperaturową parametrów energetycznych, jednocześnie z kontrolą optyczną, do podstawy przykładane jest również napięcie polaryzacji w celu wybrania punktu pracy na charakterystyce wejściowej i wyjściowej tranzystora. W przypadku braku strumienia optycznego, prąd ciemny jest wyznaczany przez prąd bazowy, co pozwala na dodatkową kontrolę prądu fototranzystora. Ustawienie określonego prądu ciemnego pozwala zapewnić optymalny tryb wzmocnienia słabych sygnałów świetlnych, a także zsumować je z sygnałami elektrycznymi.

Oprócz fototranzystorów typu n–p–n i p–n–p stosowane są fototranzystory polowe ze złączem sterującym p–n oraz tranzystory MOS.

Na ryc. 8.12 pokazuje fototranzystor polowy ze sterowaniem

złącze p–n i kanał typu n. Padający strumień światła generuje elektrony i dziury w kanale n i złączu p-n (bramka kanału). Pole elektryczne przejścia oddziela nośniki ładunku. Stężenie elektronów w kanale n wzrasta, jego rezystancja maleje, a prąd drenu wzrasta. Wzrost dziur w obszarze p powoduje pojawienie się fotoprądu w obwodzie bramki.

Ryc.8.12. Schemat blokowy fototranzystora polowego ze kontrolnym złączem p-n i kanałem typu n

Złącze bramka-kanał można uznać za fotodiodę, której fotoprąd I g (prąd bramki) powoduje spadek napięcia na rezystorze R g, co prowadzi do zmniejszenia napięcia wstecznego na złączu p-n kanał-brama. Powoduje to dodatkowe zwiększenie grubości kanału, zmniejszenie jego rezystancji i prowadzi do wzrostu prądu drenu.

Tranzystory MOSFET z kanałem indukowanym mają półprzezroczystą bramkę, która umożliwia przepływ światła do półprzewodnika znajdującego się pod bramką. W tym obszarze półprzewodnika generowane są nośniki ładunku, co prowadzi do zmiany napięcia progowego, przy którym pojawia się kanał indukowany. Aby ustalić tryb początkowy, czasami do bramki przykładane jest napięcie polaryzacji.

Fotorezystory to rezystory półprzewodnikowe, których rezystancja zmienia się pod wpływem promieniowania elektromagnetycznego w zakresie optycznym.

Elementem światłoczułym w takich urządzeniach jest prostokątna lub okrągła tabletka wytłoczona z materiału półprzewodnikowego lub cienka warstwa półprzewodnika osadzona na szklanej płytce – podłożu. Warstwa półprzewodnika po obu stronach posiada wyprowadzenia umożliwiające podłączenie fotorezystora do obwodu. Na schematach obwodów fotorezystor jest oznaczony znakiem rezystora w okręgu ze strzałkami bocznymi.
Przewodność elektryczna fotorezystora zależy od oświetlenia. Im jaśniejsze oświetlenie urządzenia, tym mniejsza rezystancja fotorezystora i większy prąd obwodu.
Urządzenia te stosowane są w obwodach automatycznego sterowania.

Fotodiody są rodzajem diody półprzewodnikowej. Do czasu odświeżenia fotokomórki warstwa blokująca uniemożliwia wzajemną wymianę elektronów i dziur pomiędzy warstwami półprzewodnika. Światło po napromieniowaniu przenika przez warstwę „p” i wybija z niej elektrony. Uwolnione elektrony przechodzą do warstwy „n” i tam neutralizują dziury. Pomiędzy zaciskami fotodiod powstaje różnica potencjałów, którą można wzmocnić za pomocą obwodu elektronicznego w celu włączenia urządzeń automatyki i zdalnego sterowania.
Fotodiody służą do montażu akumulatorów zasilających w życiu codziennym i na statkach kosmicznych.

Fototranzystory to fotokomórki oparte na tranzystorach. Ten przekaźnik oświetlenia fotograficznego wykorzystuje fototranzystor przewodzący bezpośrednio. Aby mieć pewność, że strumień światła dotrze do kryształu półprzewodnika, osłonę tranzystora zdejmuje się, po prostu usuwając ją szczypcami.

Fotoprzekaźnik pokazany na powyższym rysunku służy do automatycznego wyłączania lub włączania elementów wykonawczych w przypadku zmiany oświetlenia.

Rezystory R1, R2 i fototranzystor VT1 reprezentują dzielnik napięcia oparty na tranzystorze VT2. Kiedy fototranzystor VT1 jest oświetlony, napięcie na bazie tranzystora VT2 maleje, tranzystor VT2 zamyka się, a VT3 otwiera.

Przekaźnik K1 jest wyzwalany przez przepływ prądu i otwiera styki K 1-2, zasilanie obciążenia zostaje zatrzymane. Dioda VD2 chroni tranzystor VT3 przed szumem impulsowym powstającym podczas przełączania prądu w uzwojeniu przekaźnika K1.

Styki przekaźnika można wykorzystać do załączania elementów wykonawczych automatyki i telemechaniki.
Rezystor R1 ustala próg czułości, a R4 próg oświetlenia.

Dioda HL1 sygnalizuje włączenie zasilania i tryb pracy przekaźnika K1. Kondensator C1 zapobiega działaniu przekaźnika w obecności zakłóceń. Zasilanie obwodu przekaźnika stabilizowane jest przez mikroukład analogowy DA1. Kondensatory C2, C3 wchodzą w skład filtra antyaliasingowego. Mostek diodowy VD1 jest wybierany dla prądu do 1 ampera i napięcia 50-100 woltów.
Urządzenie wyposażone jest w wyłącznik zasilania S1 i bezpiecznik F1.
Konstrukcja fototranzystora VT1 jest prosta: „nasadkę” tranzystora zdejmuje się szczypcami, tranzystor przykleja się do nakrętki M.8, a nakrętkę z tranzystorem przykleja się do kawałka szkła i mocuje do urządzenia.

Prawidłowo zmontowane urządzenie powinno działać natychmiast. Gdy suwak rezystora R1 znajduje się w górnym położeniu, a rezystor R4 w środkowym położeniu, po włączeniu oświetlenia fototranzystora VT1 przekaźnik K1 powinien zadziałać. Najpierw sprawdź przekaźnik, bezpośrednio włączając zasilanie 12 V. Za pomocą rezystora R1 „wyreguluj” czułość fotoprzekaźnika przy danym oświetleniu R4.

Lista radioelementów