Hur man gör en fotoresistor från en transistor. Optiska sensorer

Jag hittade en krets för ett enkelt fotorelä för att göra en bakgrundsbelyst väggklocka, natten faller på klockan och lysdioden tänds, men jag kunde inte hitta en fototransistor, det händer att du vill ha den, men du vill inte...

Jag bestämde mig för att göra den själv från den sovjetiska MP42-transistorn.

Vi studerar materialbasen.
En fototransistor är en halvledarenhet som omvandlar optisk strålning till en elektrisk signal och samtidigt förstärker den. Kollektorströmmen för en transistor beror på strålningsintensiteten. Ju mer intensivt ljuset träffar fototransistorns baszon, desto större blir kollektorströmmen.

Två arbetssätt för fototransistorn:
Flytande basläge. Endast emitterterminalen och kollektorterminalen fungerar.
Transistorläge med baskretsförspänningskälla. Alla tre stiften fungerar plus ett motstånd på basstiftet.
Fel vid tillverkning av en fototransistor från MP42.

Skär inte av lockets ovansida under några omständigheter! Detta kommer att leda till en oundviklig förskjutning av kristallhållaren och skada på kristallen eller brott på matningsledarna. Kommer att leda till ett 100% fel i tillverkningen av fototransistorn. Även om du klipper den framgångsrikt kommer ljuset inte att nå basytan på kristallen!

Klipp inte av baskabeln på fototransistorn, eftersom det finns kretsar som använder just denna ledning.
Fyll inte fototransistorfönstret med någonting. Termisk skada på kristallen kommer att uppstå.

Låt oss börja producera fototransistorn. Precis som alla transistorer har MP 42 tre utgångar: Base-Collector-Emitter.
Om du vänder upp och ner på transistorn och placerar basen mot dig, så är Emittern till vänster, Collector till höger.

Tekniska framsteg gör människors liv mer och mer bekväma. För detta ändamål uppfinns nya enheter som utför åtgärder utan närvaro och deltagande av människor.

En sådan enhet är ett enkelt fotorelä. Du kan köpa en sådan enhet i en butik, men det är mer intressant och ekonomiskt att göra det själv.

Ett fotorelä kan användas för att tända eller släcka ljus vid olika tider på dygnet. Till exempel, när mörkret faller på slår enheten på belysningen och i gryningen släcks den. Den kan också användas vid ingången till ett flerfamiljshus eller på ditt eget land.

Den används ofta med ett fotorelä, som sätter på och släcker belysningen i autonomt läge. En sådan enhet kan användas i ett "smart hem". Samtidigt kan du med hjälp av ett fotorelä inte bara styra belysningen, utan också öppna persiennerna eller ventilera rummet. Det bör noteras att den här enheten kan installeras för ett hemsäkerhetssystem.

Låt oss förstå kretsen av ett enkelt fotorelä med våra egna händer

Den enklaste fotoreläkretsen består av två transistorer, ett fotomotstånd, ett relä, en diod och ett variabelt motstånd. Enheter av typen KT315B används, anslutna enligt kretsen av en sammansatt transistor, vars belastning är relälindningen. Denna krets har en hög förstärkning och hög ingångsresistans, vilket gör att den kan inkludera en fotoresistor med hög resistans.

Med ökande belysning av fotoresistorn ansluten mellan kollektorn och basen av den första transistorn, öppnas denna transistor och transistor nr 2. Som ett resultat av uppkomsten av ström i den andra transistorns kollektorkrets kommer reläet att fungera, som med sina kontakter, beroende på dess inställningar, kommer att slå på eller av lasten.

För att skydda kretsen från effekterna av självinduktions-EMK när reläet är avstängt ingår en skyddsdiod av typ KD522. För att justera kretsens känslighet är en variabel transistor med ett nominellt värde på 10 kOhm ansluten mellan basen och emittern på den första transistorn.

Förutom installation i bostäder och grovkök används genomgångsplattformar. Anslutningsschemat beror på antalet stift till ljussystemet.

Maskinerna är installerade i elpanelen för att skydda elnätet från överbelastning och kortslutning - det är vad det består av.

Ett sådant fotorelä kan drivas från en likspänningskälla på 5 - 15 V. I detta fall, med en källspänning på 6 volt, används reläer av typen RES 9 eller RES 47 och med en matningsspänning på 12 V , reläer RES 15 eller RES 49 används.

För att montera kretsen kan du skapa ett speciellt kort, om möjligt ett kretskort. Fäst sedan reläer, transistorer, ett variabelt motstånd till kortet, gör hål för terminalerna på kretselementen och gör lämpliga anslutningar med hjälp av monteringstrådar och.

Kretsen kan ställas upp i ett skuggat rum med hjälp av en glödlampa, från vilken ljusflödet kan justeras.

Vid önskad belysning väljs kretsens svarströskel med hjälp av ett variabelt motstånd. Om det i framtiden inte är planerat att justera svarströskeln, ställs istället för en variabel en konstant in, vars motstånd motsvarar värdet som erhålls under justeringen.

Monteringsmetod på en modern enhet

När du använder mer komplexa elektroniska enheter kan du montera ett hemgjort fotorelä, som bara innehåller tre komponenter. En sådan krets kan monteras på en integrerad halvledarenhet från TeccorElectronics Q6004LT (quad), som har en inbyggd dinistor. En sådan enhet har en driftsström på 4 A och en driftspänning på 600 V.

Anslutningsschemat för fotoreläet består av en Q6004LT-enhet, en fotoresistor och en konventionell resistor. Kretsen drivs från ett 220 V-nätverk I närvaro av ljus har fotomotståndet ett lågt motstånd (flera kOhm), och en mycket låg spänning finns vid fyrhjulingens kontrollelektrod. Fyrhjulingen är stängd och ingen ström flyter genom dess last, vilket kan vara belysningslampor.

När belysningen minskar kommer fotoresistorns resistans att öka, och spänningspulserna som kommer till styrelektroden kommer också att öka. När spänningsamplituden ökar till 40 V öppnas triacen, ström flyter genom belastningskretsen och belysningen tänds.

Ett motstånd används för att konfigurera kretsen. Det initiala värdet för dess motstånd är 47 kOhm. Resistansvärdet väljs beroende på önskad belysningströskel och vilken typ av fotoresistor som används. Typen av fotoresistor är inte kritisk. Exempelvis kan element av typen SF3-1, FSK-7 eller FSK-G1 användas som fotoresistor.

Du behöver inte vara en mästare för att veta... Du behöver bara lära dig hur du korrekt identifierar haverier och komma ihåg några enkla regler för att korrigera dem.

Ett modernt strömförsörjningssystem ger tretrådsledningar från eller till en lägenhet. Med hänsyn till sådana förhållanden, och är etablerade.

Genom att använda den kraftfulla Q6004LT-enheten kan du ansluta en belastning på upp till 500 W till fotoreläet, och när du använder en extra radiator kan denna effekt ökas till 750 W. För att ytterligare öka belastningseffekten för fotoreläet kan du använda en fyrhjuling med driftsströmmar på 6, 8, 10 eller 15 A.

Således är fördelen med detta schema, förutom det lilla antalet delar som används, frånvaron av behovet av en separat strömförsörjning och möjligheten att byta kraftfulla konsumenter av elektrisk energi.

Installationen av denna krets är inte särskilt svår på grund av det lilla antalet kretselement. Att sätta upp kretsen består av att bestämma det önskade tröskelvärdet för att kretsen ska fungera och utförs på ett sätt som liknar den tidigare kretsen.

Slutsatser:

1. I olika automatiska styrsystem, oftast i belysningssystem, används fotoreläer.
2. Det finns många olika fotoreläkretsar som använder fotoresistorer, fotodioder och fototransistorer som sensorer.
3. De enklaste fotoreläkretsarna, som innehåller ett minimum av delar, kan monteras med dina egna händer.

Video med ett exempel på montering av ett hemmagjort fotorelä

En fototransistor är en optoelektronisk halvledarenhet, en variant av en bipolär transistor. Den skiljer sig från den klassiska versionen genom att basytan är tillgänglig för ljusbestrålning, på grund av vilken det blir möjligt att styra förstärkningen av den elektriska strömmen med hjälp av optisk strålning.

När en fototransistor är upplyst genereras elektron-hålpar i dess bas. Minoritetsladdningsbärare rör sig till kollektorområdet och delvis till emitterområdet. I detta fall ändras potentialerna för emittern och kollektorn i förhållande till basen. Emitterövergången är framåtspänd, och även en liten förändring i dess potential orsakar en stor förändring i kollektorströmmen, det vill säga fototransistorn är en förstärkare. Kollektorströmmen för den upplysta fototransistorn visar sig vara ganska stor - förhållandet mellan ljusflödet och det mörka flödet är högt (flera hundra). Fototransistorer har en betydligt större känslighet än fotodioder - i storleksordningen hundratals milliampere per lumen. En bipolär fototransistor liknar en konventionell bipolär transistor, med en fotodiod ansluten mellan kollektorn och basterminalerna. Sålunda visar sig fotodiodströmmen vara fototransistorströmmen och skapar en ström som förstärks n gånger i kollektorkretsen. Om endast en elektrisk signal tillförs fototransistorn, skiljer sig dess parametrar nästan inte från de för en konventionell transistor.

Rita ett diagram.

A) aktivt läge– likspänning läggs på emitterövergången, och omvänd spänning appliceras på kollektorövergången;

b) avstängningsläge– omvända spänningar appliceras på båda kopplingarna (transistorn är låst);

V) mättnadsläge– framåtspänningar appliceras på båda kopplingarna (transistorn är helt öppen);

G) inverterat aktivt läge– spänningen vid emitterövergången är omvänd, vid kollektorövergången är den framåt.

1. Huvudegenskaper och parametrar för fototransistorer.

Strömspänningsegenskaperna hos en fototransistor liknar utgångsegenskaperna hos en konventionell transistor i en OE-krets, men parametern här är inte strömmen, utan ljusflödet F. Den branta initiala delen av dessa egenskaper motsvarar mättnadsläget: kl. liten Uke, kollektorövergången, som i en bipolär transistor, på grund av ackumuleringshål i grenröret öppnar sig. Lutningen av egenskaperna till abskissaxeln i deras plana del förklaras, som för en bipolär transistor, av effekten av basbreddmodulering.

Energiegenskaperna hos fototransistorer, som en fotodiod, är linjära. Med ökande spänning ökar fotoströmmen något på grund av modulering av basbredden.

Spektrala egenskaper som liknar fotodiodernas

Frekvensegenskaperna hos fototransistorer bestäms huvudsakligen av diffusionsrörelsen hos bärare i enhetens bas och processerna för laddning av korsningskapacitanserna. Med ökande frekvens av modulering av ljusflödet minskar fotoströmmen på samma sätt som i fotodioder.

Alternativ. Fototransistorer; såväl som fotoresistorer och fotodioder används de som fotodetektorer - enheter för att detektera och registrera ljussignaler. Därför, för att karakterisera driften av en fototransistor som en fotodetektor, används samma parametrar som för fotoresistorer: tröskelflöde Фп, detektionsförmåga D, etc.

En av de viktigaste parametrarna för en fototransistor är fototransistorns fotoströmförstärkning - förhållandet mellan fotoströmmen för fototransistorkollektorn när basen är avstängd till fotoströmmen för den upplysta pn-övergången, mätt i diodläge.

Spänningskänslighet

Tonkänsligheten hos en fototransistor är förhållandet mellan förändringen i elektrisk ström vid fototransistorns utgång och förändringen i strålningsflödet utan belastning vid ingången och en kortslutning vid utgången med växelström.

En fototransistor är en halvledarenhet som styrs av optisk strålning med två p–n-övergångar.

Fototransistorer, liksom konventionella transistorer, kan vara p–n–p och n–p–n typer. Strukturellt är fototransistorn utformad så att ljusflödet bestrålar basytan. Den största praktiska tillämpningen har hittat införandet av en fototransistor i en krets med en OE, medan lasten är ansluten till kollektorkretsen. Fototransistorns insignal är det modulerade ljusflödet, och utsignalen är förändringen i spänningen över belastningsmotståndet i kollektorkretsen.

Matningsspänningen tillförs fototransistorn som till en konventionell bipolär transistor som arbetar i den aktiva moden, dvs. emitterövergången är förspänd i framåtriktningen och kollektorövergången i motsatt riktning (fig. 8.11a).

Ris. 8.11. Omkopplingskretsar för en fototransistor med en ansluten bas (a) och med en fri bas (b) och ström-spänningsegenskaper

Det kan dock också fungera med basterminalen avstängd (fig. 8.11b), och spänningen påläggs mellan emittern och kollektorn. Denna anslutning kallas en flytande basanslutning och är typisk endast för fototransistorer. I detta fall arbetar fototransistorn i aktivt läge närmare cutoff-gränsen.

Vid Ф = 0 är strömmen mycket liten och lika med den mörka strömmen

där h 21b är emitterströmöverföringskoefficienten.

Låt oss överväga principen för driften av en fototransistor när den är påslagen med en flytande bas. När en fototransistor belyses av ljus, bildas fria laddningsbärare i basområdet och dessa bärare diffunderar i basen till kollektorövergången. Minoritetsbärare i basområdet (för en transistor av n-p-n-typ) - elektroner extraheras in i kollektorområdet, vilket skapar en fotoström i kollektorövergången. Majoriteten av bärarna (hålen) som finns kvar i basens volym skapar en positiv rymdladdning och kompenserar för laddningen av stationära föroreningsjoner vid gränsen för emitterövergången.

Emitterövergångens potentiella barriär reduceras, vilket ökar insprutningen av majoritetsbärare (elektroner) i basområdet. Några av dessa elektroner rekombinerar i basen med hål, och de flesta extraheras genom kollektorövergången, vilket ökar dess ström. Således är strömmen i kollektorkretsen lika med summan av fotoströmmen If och strömmen Ik, elektroner som injiceras av emittern, når kollektorövergången och dras av dess elektriska fält in i kollektorområdet. Vid Rk = 0 är fotoströmförstärkningen lika med

. (8.10)

En fototransistor ökar känsligheten med h 21e +1 gånger jämfört med en fotodiod, vilket är den största fördelen med en fototransistor jämfört med en fotodiod.

För att säkerställa temperaturstabilitet för energiparametrar, samtidigt med optisk styrning, appliceras också en förspänning på basen för att välja driftspunkt på transistorns ingångs- och utgångsegenskaper. I frånvaro av optiskt flöde bestäms mörkströmmen av basströmmen, vilket möjliggör ytterligare styrning av fototransistorströmmen. Genom att ställa in en viss mörkström kan du ge ett optimalt läge för förstärkning av svaga ljussignaler, samt summera dem med elektriska.

Tillsammans med fototransistorer av n–p–n och p–n–p typer används fälteffektfototransistorer med en kontroll p–n-övergång och MOS-transistorer.

I fig. 8.12 visar en fälteffektfototransistor med en kontroll

p–n-övergång och kanal av n-typ. Det infallande ljusflödet genererar elektroner och hål i n-kanalen och p-n-övergången (kanal-grind). Övergångens elektriska fält separerar laddningsbärarna. Elektronkoncentrationen i n-kanalen ökar och dess resistans minskar och dräneringsströmmen ökar. En ökning av hål i p-regionen orsakar uppkomsten av en fotoström i grindkretsen.

Fig.8.12. Blockschema över en fälteffektfototransistor med en styrp-n-övergång och en kanal av n-typ

Grind-kanalövergången kan betraktas som en fotodiod, vars fotoström Ig (gateström) skapar ett spänningsfall över motståndet Rg, vilket leder till en minskning av backspänningen vid kanal-gate p-n-övergången. Detta orsakar en ytterligare ökning av kanalens tjocklek, en minskning av dess motstånd och leder till en ökning av dräneringsströmmen.

MOSFETs med inducerad kanal har en genomskinlig grind som tillåter ljus att strömma igenom till halvledaren under grinden. I denna del av halvledaren genereras laddningsbärare, vilket leder till en förändring av tröskelspänningen vid vilken den inducerade kanalen uppträder. För att etablera den initiala moden appliceras ibland en förspänning på grinden.

Fotoresistorer är halvledarmotstånd vars resistans förändras under inverkan av elektromagnetisk strålning i det optiska området.

Det ljuskänsliga elementet i sådana anordningar är en rektangulär eller rund tablett pressad från ett halvledarmaterial, eller ett tunt lager av en halvledare avsatt på en glasplatta - ett substrat. Halvledarskiktet på båda sidor har ledningar för anslutning av en fotoresistor till kretsen. På kretsscheman indikeras en fotoresistor med ett motståndstecken i en cirkel med sidopilar.
Den elektriska ledningsförmågan hos en fotoresistor beror på belysningen. Ju ljusare belysningen av enheten är, desto lägre resistans har fotomotståndet och desto större kretsström.
Dessa enheter används i automatiska styrkretsar.

Fotodioder är en typ av halvledardioder. Tills fotocellen har uppdaterats förhindrar blockeringsskiktet ömsesidigt utbyte av elektroner och hål mellan halvledarskikten. När det bestrålas tränger ljus in i "p"-skiktet och slår ut elektroner ur det. De frigjorda elektronerna passerar in i "n"-skiktet och neutraliserar hål där. En potentialskillnad uppstår mellan fotodiodterminalerna, som kan förstärkas av en elektronisk krets för att slå på automations- och telemekaniska enheter.
Fotodioder används för att montera kraftbatterier i vardagen och på rymdfarkoster.

Fototransistorer är fotoceller baserade på transistorer. Detta fotoljusrelä använder en fototransistor med direkt ledning. För att säkerställa att ljusflödet når halvledarkristallen tas transistorhöljet bort genom att helt enkelt ta bort det med en tång.

Fotoreläet i figuren ovan används för att automatiskt stänga av eller slå på ställdon när belysningen ändras.

Motstånd R1, R2 och fototransistor VT1 representerar en spänningsdelare baserad på transistor VT2. När fototransistor VT1 är upplyst minskar spänningen vid basen av transistor VT2, transistor VT2 stänger och VT3 öppnas.

Relä K1 utlöses av strömpassage och öppnar kontakter K 1-2, strömförsörjningen till lasten stannar. Diod VD2 skyddar transistorn VT3 från pulsbrus som uppstår vid omkoppling av ström i reläets K1 lindning.

Reläkontakter kan användas för att byta automations- och telemekaniska ställdon.
Motstånd R1 ställer in känslighetströskeln och R4 belysningströskeln.

LED HL1 indikerar ström på och driftläge för relä K1. Kondensator C1 förhindrar att reläet fungerar i närvaro av störningar. Strömförsörjningen till reläkretsen stabiliseras av den analoga mikrokretsen DA1. Kondensatorer C2, C3 ingår i kantutjämningsfiltret. Diodbrygga VD1 är vald för en ström på upp till 1 ampere och en spänning på 50-100 Volt.
Enheten är utrustad med en strömbrytare S1 och en säkring F1.
Utformningen av VT1-fototransistorn är enkel: transistorns "lock" tas bort med en tång, transistorn limmas på M.8-muttern och muttern med transistorn är på en glasbit och fästs på enheten.

En korrekt monterad enhet bör fungera omedelbart. När skjutreglaget för motståndet R1 är i det övre läget och motståndet R4 är i mittläget, när belysning appliceras på fototransistorn VT1, bör reläet K1 fungera. Kontrollera först reläet genom att direkt slå på 12 volts strömförsörjningen. Använd motstånd R1 för att "justera" fotoreläets känslighet vid en given belysning R4.

Lista över radioelement