Фототранзистор-индикатор дыма

Фототранзистор. Принцип работы и схема включения

Фототранзистор-индикатор дыма

Фототранзистор представляет собой твердотельное полупроводниковое устройство с внутренним усилением, которое используются для обеспечения аналоговых или цифровых сигналов.

Фототранзисторы используются практически во всех электронных устройствах, функционирование которых, так или иначе, зависит от света, например, детекторы дыма, лазерные радары, системы дистанционного управления.

Фототранзисторы способны реагировать не только на обычное освещение, но и на инфракрасное и ультрафиолетовое излучение. Фототранзисторы более чувствительные и создают больший ток по сравнению с фотодиодами.

Конструкция фототранзистора

Как известно, самым распространенным видом транзистора является биполярный транзистор. Фототранзисторы, как правило, биполярные устройства NPN типа.

Несмотря на то, что и обычные биполярные транзисторы достаточно чувствительные к свету, фототранзисторы дополнительно оптимизированы для более четкой работы с источником света. Они имеют большую зону базы и коллектора по сравнению с обычными транзисторами. Как правило, они имеют непрозрачный темный корпус с прозрачным окошком для света.

Большинство фототранзисторов производят из полупроводникового монокристалла (кремний, германий), хотя встречаются фототранзисторы, построенные и на основе сложных типов полупроводниковых материалов, например, арсенид галлия.

Принцип работы фототранзистора

Обычный транзистор состоит из коллектора, эмиттера и базы. В работе фототранзистора, как правило, вывод базы остается отключенным, так как свет генерирует электрический сигнал, позволяющий току протекать через фототранзистор.

При отключенной базе, коллекторный переход фототранзистора смещен в обратном, а эмиттерный переход – в прямом направлении. Фототранзистор остается неактивным до тех пор, пока свет не попадает на базу. Свет активирует фототранзистор, образуя электроны и дырки проводимости – носители заряда, в результате чего через коллектор – эмиттер протекает электрический ток.

Усиление фототранзистора

Диапазон работы фототранзистора напрямую зависит от интенсивности его освещения, поскольку от этого зависит положительный потенциал базы.

Базовый ток от падающих фотонов усиливается с коэффициентом усиления транзистора, который варьируется от нескольких сотен до нескольких тысяч единиц. Следует отметить, что фототранзистор с коэффициентом усиления от 50 до 100 более чувствителен, чем фотодиод.

Дополнительное усиление сигнала может быть обеспечено с помощью фототранзистора Дарлингтона. Фототранзистор Дарлингтона представляет собой фототранзистор, выход которого (эмиттер) соединен с базой второго биполярного транзистора. Схематическое изображение фототранзистора Дарлингтона:

Это позволяет обеспечить высокую чувствительность при низких уровнях освещения, так как это дает фактическое усиление равное усилению двумя транзисторами. Два каскада усиления может образовать коэффициент усиления до 100 000 . Однако необходимо учесть, что фототранзистор Дарлингтона имеет более медленную реакцию, чем обычный фототранзистор.

Основные схемы включения фототранзистора

Схема усилителя с общим эмиттером

В данном случае формируется выходной сигнал, который переходит из высокого состояния в низкое в момент освещения фототранзистора.

Данная схема получается путем подключения резистора между источником питания и коллектором фототранзистора. Выходное напряжение снимается с коллектора.

Схема усилителя с общим коллектором

Усилитель с общим коллектором формирует выходной сигнал, который при освещении фототранзистора, переходит из низкого состояния в высокое состояние.

Схема создается путем подключения резистора между эмиттером и минусом источника питания (земля). Выходной сигнал снимается с эмиттера.

В обоих случаях фототранзистор может быть использован в двух режимах, в активном режиме и в режиме переключения.

  • Работа в активном режиме означает, что фототранзистор генерирует выходной сигнал пропорциональный степени его освещенности. Когда количество света превышает определенный уровень, фототранзистор насыщается, и выходной сигнал уже не будет увеличиваться, даже при дальнейшем увеличении освещения. Этот режим работы фототранзистора полезен в устройствах, где необходимо различить для сравнения два порога освещенности.
  • Работа в режиме переключения означает, что фототранзистор в ответ на его освещение будет либо “выключен” (отсечка), либо включен (насыщенные). Этот режим полезен, когда необходимо получить цифровой выходной сигнал.

Изменяя сопротивление резистора нагрузки в цепи усилителя, можно выбрать один из двух режимов работы. Необходимое значение резистора может быть определено с помощью следующих уравнений:

  • Активный режим: Vcc> R х I
  • Переключатель режима: Vcc

Источник: http://www.joyta.ru/7452-fototranzistor-princip-raboty-i-sxema-vklyucheniya/

Радиосхемы. – Индикатор дыма

материалы в категории

Индикатор дыма

Простой детектор задымленности

Индикаторы задымленности применяют в устройствах противопожарной охраны: при возникновении задымленности срабатывает исполнительное устройство- звуковая сирена, например, или устройство тушения.

Самое основное в детекторах задымленности это, конечно, сам датчик.
Датчики дыма по своей конструкции бывают разные:
Тепловые, химические (распознающие увеличение окиси углерода в окружающие среде), ионизационные и так далее но самый простой вариант датчика дыма который можно сделать и самостоятельно это фотоэлектрический.

Принцип работы фотоэлектрического датчика задымленности прост: луч света принимается фотоэлементом. При возникновении дыма луч света искажается и происходит срабатывание датчика.

Источник света при этом может находиться где угодно- внутри самого датчика или даже проходить через все помещение и отражаться от системы зеркал

В качестве исполнительного устройства можно использовать простенькую схемку:

Управление светом в этом устройстве происходит следующим образом. В ждущем состоянии транзистор Т1 освещен, через него течет ток, через транзистор Т2 и обмотку реле Р1 ток не протекает.

Затемнение светового потока уменьшает ток через фототранзистор.

Транзистор Т2 переходит в режим насыщения, его коллекторный ток вызывает срабатывание реле и замыкание контактов в цепи питания сигнального устройства.

Насчет фототранзистора: в наше время можно купить практически все что угодно, но в принципе фототранзистор можно изготовить и самому:

Для этого нам понадобится любой советский транзистор в металлическом корпусе. Подойдут, например, такие “древние” как МП41 или более мощные, но все-же лучше использовать с наибольшим коэффициентом усиления.

Пользительное дополнение: самодельный прибор для измерения коэффициента усиления
Все дело в том что кристалл из которого изготовлен транзистор чувствителен к внешним воздействиям: температуре, свету.

Так что для того чтобы сделать фототранзистор из простого транзистора достаточно просто спилить ему часть металлической крышки корпуса (на повредив сам кристалл конечно!).

Если не нашли подходящего транзистора нужной проводимости (на схеме указан P-N-P), то и это не беда- можно использовать и N-P-N, но тогда нужно будет и транзистор Е2 применить той-же проводимости, изменить полярность питания и “развернуть” все диоды в схеме.

Примечание: источник Радио 1970г, №2

Еще одна схема фотодатчика задымленности (более сложная но и более чувствительная) на рисунке ниже:

Свет от светодиода D1 освещает фототранзистор Q1. Фототранзистор открывается, и на его эмиттере возникает положительное напряжение, которое затем поступает на инвертирующий вход операционного усилителя. На второй вход усилителя напряжение снимается с ползунка переменного резистора R9. Этим резистором устанавливают чувствительность сигнализатора/

В отсутствие в воздухе дыма напряжение на эмиттере, фототранзистора QL несколько превышает напряжение, снимаемое с ползунка регулятора чувствительности, при этом на выходе операционного усилителя присутствует малое отрицательное напряжение. Светодиод D2 (может быть любой) не горит.

Когда между датчиками появляется дым, освещенность фототранзистора снижается. Напряжение на его эмиттере становится меньше, чем на ползунке переменного резистора R9.

Напряжение, появившееся на выходе операционного усилителя, включает светодиод D2 и пьезокерамический звуковой сигнализатор PZ-1.

 Обсудить на форуме

Источник: http://radio-uchebnik.ru/shem/11-elektronika-v-bytu/43-indikator-dyma

Фототранзисторы. Устройство. Работа. Применение. Особенности

Фототранзисторы являются твердотельными полупроводниками с внутренним усилением, применяемым для передачи цифровых и аналоговых сигналов. Этот прибор выполнен на основе обычного транзистора.

Аналогами фототранзисторов являются фотодиоды, которые уступают ему по многим свойствам, и не сочетаются с работой современных электронных приборов и радиоустройств.

Их принцип действия похож на работу фоторезистора.

Чувствительность фототранзистора гораздо выше, чем у фотодиода. Они нашли применение в различных устройствах, в которых применяется зависимость от светового потока. Такими устройствами являются лазерные радары, пульты дистанционного управления, датчики дыма и другие. Фототранзисторы могут реагировать как на обычное освещение, так и на ультрафиолетовое и инфракрасное излучение.

Фототранзисторы. Устройство

Наиболее популярны биполярные фототранзисторы структуры n-p-n.

Ф-транзисторы имеют чувствительность к свету больше, чем простые биполярные, так как они оптимизированы для лучшего взаимодействия с лучами света. В их конструкции зона коллектора и базы имеет большую площадь. Корпус выполнен из темного непрозрачного материала, с окошком для пропускания света.

Большинство таких полупроводников изготавливают из монокристаллов германия и кремния. Существуют также фототранзисторы на основе сложных материалов.

Принцип действия

Транзистор включает в себя базу, коллектор и эмиттер. При функционировании фототранзистора база не включена в работу, так как свет создает электрический сигнал, который дает возможность протекать току по полупроводниковому переходу.

При нерабочей базе переход коллектора транзистора смещается в обратном направлении, а переход эмиттера в прямом направлении. Прибор остается без активности до тех пор, пока луч света не осветит его базу. Освещение активизирует полупроводник, при этом создавая пары дырок и электронов проводимости, то есть носители заряда. В итоге через коллектор и эмиттер проходит ток.

Свойство усиления

Ф-транзисторы имеют рабочий диапазон, размер которого зависит от интенсивности падающего света, так как это связано с положительным потенциалом его базы.

Ток базы от падающего света подвергается усилению в сотни и тысячи раз. Дополнительное усиление тока обеспечивается особым транзистором Дарлингтона, который представляет собой полупроводник, эмиттер которого соединен с базой другого биполярного транзистора. На схеме изображен такой вид фототранзистора.

Читайте также:  Метеостанция, часы, будильник, календарь, таймер и ночник

Это дает возможность создать повышенную чувствительность при слабом освещении, так как происходит двойное усиление двумя полупроводниками. Двумя транзисторами можно добиться усиления в сотни тысяч раз. Необходимо учитывать, что транзистор Дарлингтона медленнее реагирует на свет, в отличие от обычного фототранзистора.

Схемы подключения

Схема с общим эмиттером

По этой схеме создается сигнал выхода, переходящий от высокого состояния в низкое, при падении лучей света.

Эта схема выполнена с помощью подключения сопротивления между коллектором транзистора и источником питания. Напряжение выхода снимают с коллектора.

Схема с общим коллектором

Усилитель, подключенный с общим коллектором, создает сигнал выхода, переходящий от низкого состояния в высокое, при попадании света на полупроводник.

Эта схема образуется подключением сопротивления между отрицательным выводом питания и эмиттером. С эмиттера снимается выходной сигнал.

В обоих вариантах транзистор может работать в 2-х режимах:

  1. Активный режим.
  2. Режим переключения.

Активный режим

В этом режиме фототранзистор создает сигнал выхода, зависящий от интенсивности падающего света. Когда уровень освещенности превосходит определенную границу, то транзистор насыщается, и сигнал на выходе уже не будет повышаться, даже если увеличивать интенсивность лучей света. Такой режим действия рекомендуется для устройств с функцией сравнения двух порогов потока света.

Режим переключения

Действие полупроводника в этом режиме значит, что транзистор будет реагировать на подачу света выключением или включением. Такой режим необходим для устройств, в которых необходимо получение выходного сигнала в цифровом виде. Путем изменения значения резистора в схеме усилителя, можно подобрать один из режимов функционирования.

Для эксплуатации фототранзистора в качестве переключателя чаще всего применяют сопротивление более 5 кОм. Напряжение выхода повышенного уровня в переключающем режиме будет равно питающему напряжению. Напряжение выхода малого уровня должно равняться менее 0,8 В.

Проверка фототранзистора

Такой транзистор легко проверяется мультитестером, даже без наличия базы транзистора.

Если подключить мультитестер к участку эмиттер-коллектор, то его сопротивление при любой полярности будет большим, так как транзистор закрыт.

Если луч света попадает на чувствительный элемент, то измерительный прибор покажет низкое значение сопротивления, так как транзистор в этом случае открылся, благодаря свету, при правильной полярности питания.

Так ведет себя обычный транзистор, но он открывается сигналом электрического тока, а не лучом света. Кроме силы света, большую роль играет спектральный состав света.

Применение

• Системы охраны (чаще применяются инфракрасные ф-транзисторы). • Фотореле. • Системы расчета данных и датчики уровней. • Автоматические системы коммутации осветительных приборов (также применяются инфракрасные ф-транзисторы). • Компьютерные управляющие логические системы.

• Кодеры.

Источник: https://electrosam.ru/glavnaja/slabotochnye-seti/oborudovanie/fototranzistory/

Фотоэлектрические датчики (фотоэлементы)

Фотоэлементы служат для преобразования энергии света в электрическую энергию. Они разделяются на фо­тоэлементы с внешним фотоэффектом, с внутренним фо­тоэффектом (фотосопротивления) и фотоэлементы с за­пирающим слоем (вентильные фотоэлементы). В послед­нее время получили распространение также фоточувстви­тельные полупроводниковые приборы — фотодиоды и фототриоды.

Фотоэлементы с внешним фотоэффектом представля­ют собой вакуумные или газонаполненные двухэлектродные лампы с холодным катодом.

На часть внутренней поверхности стеклянного баллона лампы напыляется фо­токатод — вещество, способное под действием света ис­пускать электроны.

Наибольшее распространение полу­чили кислородно-цезиевые и сурьмяно-цезиевые фотока­тоды. Анод обычно выполняется в виде тонкого прово­лочного кольца, расположенного в середине баллона.

Основные данные фотоэлементов с внешним фотоэф­фектом приведены в таблице 40.

Фотосопротивления — это полупроводниковые сопро­тивления, обладающие большой чувствительностью к ос­вещенности. Применяются сопротивления из серных сое­динений свинца, висмута, кадмия. При отсутствии осве­щенности такие сопротивления имеют величину от де­сятков тысяч ом примерно до 10 Мом.

Маркировка фотосопротивлений: первый элемент — буквы ФС — фотосопротивление; второй элемент — бук­ва, указывающая светочувствительный материал: А — сернистый свинец, К — сернистый кадмий, Д — селенид кадмия; третий элемент — цифра или буквы с цифрой, присвоенные конструктивному оформлению фотосопро­тивления. В частности, при герметичной конструкции пе­ред цифрой ставится буква Г. Основные параметры фо­тосопротивлений приведены в таблице 41.

В фотодиодах и фототриодах используется чувствительность к световому потоку электроно-дырочного перехода в полупроводниковых кристаллах. Диод включают в цепь источника тока в направлении обратной про­водимости.

При отсутствии светового потока ФсВ в це­пи нагрузки протекает небольшой ток обратной прово­димости — темновой ток. Если зона электронно-дыроч­ного р-д-перехода освещается, то ток возрастает при­мерно пропорционально величине светового потока Фсв.

У германиевых фотодиодов темновой ток имеет величи­ну 10—30 мка, а ток при освещении — несколько сотен микроампер.

Фототранзистор, поскольку ток в цепи основания равен нулю, при отсутствии светового потока заперт и его темновой ток мал. Световой поток вызывает по­явление тока в нагрузке.

Чувствительность к световому потоку у фототранзи- стора значительно выше, чем у фотодиода, за счет эффекта внутреннего усиления.

Чувствительность фотодиодов и фототранзисторов сильно зависит от спектрального состава светового по­тока. Максимум чувствительности лежит за пределами видимого излучения в инфракрасной области. Фотодио­ды и фототранзисторы обладают сравнительно малой инерционностью — 10 мксек.

Основные параметры некоторых типов фотодиодов и фототриодов приведены в таблице 42.

Вентильный фотоэлемент состоит из металлического электрода (основание), на который наносится слой по­лупроводника.

На поверхность полупроводника напыляется тонкий полупрозрачный слой металла, являющий­ся вторым электродом фотоэлемента При соответству­ющей термической обработке между полупроводником и металлом возникает запорный слой, пропускающий электроны только в одном направлении. При освеще­нии фотоэлемента со стороны полупрозрачного слоя на электродах фотоэлемента возникает э.д.с.

Таблица 42Фотодиоды и фототриоды

Тип Рабочее напряжение, в Темновой ток, мка. Чувствитель­ность, ма/лм Размер веточувстви- тельной по­верхности, мм2
ФД-1 15 30 20 5
ФД-2 30 25 10—20 1
ФД-3 10 15 20 2
ФДК-1 20 3 3 2
ФТ-1(фототриод) 3 300 170—500 2
Таблица 43Вентильные фотоэлементы

Обозначение К-5, К-10, К-20 ФЭСС-У-2, ФЭСС-У-3, ФЭСС-У-5, ФЭСС-У-10
тип фото­элемента селено­вый сернисто-серебряный
Чувствительность, мка/лм 250—500 3500 1—8000
Фото-э.д.с., мв 60- -150
Внутреннее сопротивление, ом Ю3—5.104 1500—3000 1000—2000 700—1400 400—800
Максималь­
ная частота
модуляции источника света, гц 50—100 5-10
Область мак­
симума спектральной характеристик 0,5—0,6 0,6- -1,1

Применяются несколько типов вентильных фотоэле­ментов: медно-закисные, селеновые, серно-таллиевые, сернисто-серебряные. Достоинством вентильных фото­элементов является высокая чувствительность и собст­венная э.д.с. Поэтому их можно использовать во мно­гих схемах без источника питания.

Основные параметры некоторых типов вентильных фотоэлементов приведены в таблице 43.

Поскольку фотоэлементы, используемые в качестве фотодатчиков, дают слишком малый гок, чтобы приве­сти в действие те или иные исполнительные устройства, возникает необходимость в усилении фотогока с по­мощью усилительных устройств. Сочетание фотоэлемен­та с электронным усилителем, на выходе которого вклю­чено электромеханическое реле, приводит к созданию фотоэлектронного реле или фотореле.

При планировании практических работ руководитель должен заранее сделать выбор тех приборов и устройств, которые предстоит изготовить на занятиях, и составить технические требования будущих приборов, распреде­лить работу между кружковцами.

Фотоэлектронные устройства и фотореле широко применяются в автоматике и телемеханике. В распоря­жении у руководителя кружка имеется широкий выбор схем и конструкций, которые он может предложить сво­им воспитанникам.

Рекомендуемая тематика включает в себя изготовле­ние различных типов фотореле, фотосчетчиков, автома­тических фотометров, моделей следящих систем на фо­тоэлементах, фотоэлектрических устройств для контро­ля производственных процессов и определения прозрач­ности среды, устройств автоматической защиты и сиг­нализации на фотореле; изготовление фототира, фото­телефона, моделей лазера и турникета для метро и др.

Кружковцы под руководством преподавателя реша­ют конструктивные задачи. Приборы для практических работ должны иметь характер учебно-наглядных посо­бий, демонстрирующих принцип действия того или ино­го устройства, автоматики, или иметь форму блоков, вы­полняющих отдельные функции комплексного устройства.

Рекомендуется силами кружковцев подготовить не­сколько докладов, в которых будут представлены на общее обсуждение проекты автоматических устройств. Вычерчивается блок-схема, принципиальная схема и эскиз конструкции автоматического устройства; состав­ляется короткая пояснительная записка. После того как проект доклада будет готов, руководитель рецензируем его и дает замечания.

Продолжительность доклада 15— 20 мин. Доклад может быть подготовлен двумя или гре­мя ребятами в зависимости от сложности выбранною ими автомата.

Руководитель должен, предварительно побеседовав и установив степень сложности проекта, зная наклонности ребят, определить, кто из данной груп­пы будет готовить графический материал, кго будет изготовить пояснительную записку, а кто будет прорабаты­вать конструкцию.

Выбрать нужную схему поможет приводимый ниже перечень статей с описаниями фотоэлектронных устройств

1. «Радио», № 2, 1968. Прибор для определения мутности рас­твора. Прибор предназначен для определения мутности раствора по изменению интенсивности света, проходящего через раствор.

2. «Радио», № 2, 1968. Часы-полуавтомат для подачи школь­ных звонков.

  1. «Радио», № 4, 1968 Фотореле со звуковой сигнализацией.
  2. «Радио», № 8, 1968 Реле времени для фотопечати. Приводит­ся схема реле времени с автоматической установкой выдержки на основании показаний фоточувствительного элемента.
  3. «Радио», № 8, 1969. Реле времени на фоторезисторах.
  4. «Радио», № 9, 1969. В. Шилов Неоновая лампа в фотореле.
  5. «Радио», № 10, 1969 Фотореле с тиратроном МТХ-90.
  6. «Радио», № 12, 1969. Новогодние гирлянды, В статье при­ведены схемы переключающих устройств с использованием фото­резисторов.
  7. «Радио», № 2, 1970. Фототранзистор — индикатор дыма.
  8. «Радио», № 9, 1970. Э. Тарасов Свет управляет моделью.
  9. «Радио», № 9, 1970. Автомат включения уличного освеще­ния.
  10. «Радио», № 4, 1971. Бесконтактный тиристорный выключа­тель. Управление устройством осуществляется с помощью фоточув­ствительного элемента.
  11. «Радио», № 4, 1971. Автостоп в магнитофоне.
  12. «Радио», № 5, 1972. Ю. Пистогов. Автомат включения осве­щения.
  13. «Радио», № 6, 1972. В. Вознюк. Пингвин идет на свет. В статье дается описание электронной игрушки, управляемой с по­мощью света.
  14. «Радио», № 8, 1972. С. Бирюков. Автомат — выключатель освещения. Описываемое устройство используется для автоматиче­ского включения и выключения освещения в небольших помеще­ниях.
  15. «Радио», № 8, 1972. Счетчик фотовспышек.
  16. «Моделист-конструктор», № 1, 3, 4, 5, 1969. Опыты с чере­пахой.
  17. «Моделист-конструктор», № 7, 1969 Полуавтомат для ки­нопроектора. Приводится схема устройства, позволяющего авто­матически прервать демонстрацию фильма включением света в классе.
  18. «Моделист-конструктор», № 10, 1969. Микроклимат в аква­риуме. Приводится схема регулятора температуры на фотоэлемен­те.
  19. «Моделист-конструктор», № 12, 1969. Луч—ключ. В статье приводится схема фотоэлектронного замка.
  20. «Моделист-конструктор», № 7, 1970. Устройство «Пульс». Для преобразования данных о пульсе в электрический сигнал ис­пользуется фотоэлектрический датчик
  21. «Моделист-конструктор», N° 7, 1970. Лазер «КЮГ-1».
  22. «Моделист-конструктор», JMb 7, 1970. Луч попадает в «де­сятку». Приводится описание фототира.
  23. «Моделист-конструктоп», № 1, 1971. Ориентир — Солнце. Описываемое устройство автоматически наводится на Солнце.
  24. «Моделист-конструктор», N° 3, 1972. Фотоэлемент на кон­вейере.
  25. «Моделист-конструктор», № 6, 1972 «Кошкин глаз» или один безусловный рефлекс. Описано устройство моделирующее реакцию на свет.
Читайте также:  Компания altera начала поставку своих первых компонентов снк

Источник: http://propedagog.ru/prepodovatelyam/kruzhki/112-elektronnaya-avtomatika/1234-fotoelektricheskie-datchiki-fotoelementy

Фототранзистор своими руками: ltr 4206e, фт 1к, arduino

Фоточувствительные приборы используются в разных отраслях электроники и радиотехники. Все больше сейчас применяется фототранзистор, у которого более простой принцип работы, нежели у фотодиодов.

Что это такое и где применяется

Фототранзистор – это полупроводниковый прибор оптоволоконного типа, который используется для управления электрическим током при помощи определенного оптического излучения.

Эти устройства разработаны на базе обычного транзистора. Их современными аналогами являются фотодиоды, но фототранзисторы лучше подходят для многих современных радио и электронных приборов.

По принципу действия, они напоминают также фоторезисторы.

Фото – фототранзистор

В отличие от фотодиодов, у этих полупроводников более высокая чувствительность.

Где используется фототранзистор:

  1. Охранные системы (в основном, используются ИК-фототранзисторы);
  2. Кодеры;
  3. Компьютерные логические системы управления;
  4. Фотореле;
  5. Автоматическое управление освещения (здесь также используется инфракрасный фото-полупроводник);
  6. Датчики уровня и системы подсчета данных.

Нужно отметить, что из-за диапазона Вольт гораздо чаще в подобных системах используются фотодиоды, но фототранзисторы имеют несколько существенных преимуществ:

  1. Могут производить больший ток, чем фотодиоды;
  2. Эти радиодетали сравнительно очень дешевые;
  3. Могут обеспечить мгновенный высокий ток на выходе;
  4. Главным достоинством приборов является то, что они могут обеспечить высокое напряжение, чего, к примеру, не сделают фоторезисторы.

При этом данный аналог светодиода имеет существенные недостатки, что делает фототранзистор довольно узкоспециализированной деталью:

  1. Многие полупроводниковые устройства выполнены из силикона, они не способны обрабатывать напряжение свыше 1000 вольт.
  2. Данные радиодетали очень чувствительны к перепадам напряжения в локальной электрической сети. Если диод не перегорит от скачка напряжения, то транзистор, скорее всего, не выдержит испытания;
  3. Фототранзистор не подходит для использования в лампах из-за того, что не позволяет быстро двигаться направленным заряженным частицам.

Принцип работы

Фототранзистор работает так же, как и транзистор, где ток направляется к коллектору, ключевым отличием является то, что в данном приборе, электроток контролируется только двумя активными контактами.

Фото – простой фототранзистор

В простой схеме, при условии, что ничего не подключено к фототранзистору, базовый ток регулируется при помощи определенного оптического излучения, которое определяет коллектор. Электроток попадает на полупроводник только после резистора.

Таким образом, напряжение на приборе будет двигаться от высокого к низкому, в зависимости от уровня оптического излучения. Для усиления сигнала можно подключить устройство к специальному оборудованию. Выход фототранзистора зависит от длины волны падающего света. Этот полупроводник реагирует на свет в широком диапазоне волн в зависимости от спектра работы.

Выход фототранзистора определяется площадью открытой переходной коллектор-базы и постоянного тока усиления транзистора.

Фототранзистор бывает разного типа действия, про это говорят основные схемы включения устройства. Виды прибора:

  1. Оптический изолятор (напоминает по принципу трансформатор, у которого входы заблокированы при помощи электрических контактов);
  2. Фотореле;
  3. Датчики. Применяются в охранных системах. Это активные приборы, излучающие свет. При формировании и выделении определенного импульса, полупроводниковый прибор сразу же рассчитывает силу его возвращения. Если сигнал не вернулся или вернулся с другой частотой, то срабатывает сигнализация (как в охранных системах ИК).

Маркировки и основные параметры

Фототранзисторы, которые управляются внешними факторами, имеют обозначение аналогичное обычным транзисторам. На рисунке ниже Вы можете видеть, как такой датчик схематически показывается на чертеже.

Фото – обозначение транзисторов

При этом VT1, VT2 – это фототранзисторы и база, а VT3 – без базы (например, из мышки). Обратите внимание, цоколевка показана также, как у обычных транзисторов.

Вместе с прочими приборами полупроводникового типа (n-p-n), использующимися для трансформации излучения, эти устройства являются оптронами. Соответственно, их можно изобразить как светодиод в корпусе либо как оптроны (с двумя стрелками, находящимися под углом 90 градусов к базе коллектора). Усилитель на большинстве таких схем обозначается так же, как и база коллектора.

Основные характеристики фототранзисторов LTR 4206E, ФТ 1К и ИК-SFH 305-2/3:

Название Ток коллектора, mA Ток фотоэлемента, mA Напряжение, V Область использования Длина волны, nm
LTR 4206E 100 4,8 30 Радиоэлектронные схемы. 940
ФТ 1К 100 0,4 30 Логические системы управления, сигнализация и т. д. 940
ИК-SFH 305-2/3 (Osram) 50 0.25 – 0.8 32 Охранные системы, роботы, датчики препятствия Arduino (Ардуино) на фототранзисторе. 850

При этом светосинхронизатор ФТ 1 выполнен из кремния, что дает ему явное преимущество – долговечность и устойчивость к перепадам напряжения. ВАХ представляют собой формулу:

Фото – формула ВАХ

Расчет производится так же, как и у биполярных транзисторов.

В зависимости от потребностей, Вы можете купить фототранзистор SMD PT12-21, КТФ-102А или LTR 4206E (перед тем, как взять деталь, нужно проверить её работоспособность). Цена от 3 рублей до нескольких сотен.

Видео: как проверить работу фототранзистора

Пример использования

Если Вы хотите своими руками сделать устройство, для которого необходим фототранзистор, можно разработать простую интеллектуальную систему. Робот по этой схеме будет реагировать на свет, в зависимости от настройки, он будет от него убегать или наоборот, выходить на источник освещения.

Чтобы самому сделать робота, необходимо приготовить:

  1. Микросхему L293D;
  2. Небольшой моторчик, можно взять даже от детской игрушки;
  3. Любые отечественные фототранзисторы и полевые резисторы с сопротивлением на менее 200 Ом;
  4. Кабеля для соединения и корпус, где будет расположен механизм.

Схема робота

Как видно по схеме, фототранзистор здесь – это своеобразный микроконтроллер, как ATMEGA, который определяет источник света, даже его подключение аналогично.

Вы можете при использовании паяльника сделать простой механизм, который будет следовать даже за тенью. Подобные импортные приборы выпускает компания BEAM, но, естественно, там более мощная оптопара.

Для работы устройства Вам нужно только правильно подключить фототранзистор к схеме и питанию.

На обозначении есть пункты GDR и VCC. Первое – это заземление, второе – питание. Обратите внимание, рядом с питанием стоит значок 5В – это значит, что батарея должна быть минимум на 5 вольт.

Принцип действия такого робота прост: когда свет попадает на фототранзистор, на микросхеме происходит включение мотора. Это реализуется, потому что приемник подал положительный сигнал. Заводится самодельный мотор и прибор начинает двигаться.

Использование резистора в этой схеме необходимо для регулировки электрического тока. Также от сопротивления резистора зависит долговечность оптической детали, если он перегреется – то фототранзистору потребуется замена.

Для работы очень важно подключить все провода также, как и на схеме. Выключатель к роботу можно приделать от обычной шариковой ручки, он будет разрывать связь между микросхемой и фототранзистором.

Проверка робота производится путем исследования его реакции на свет и тень.

Источник: https://www.asutpp.ru/fototranzistor.html

Радиоконструктор RA252. Датчик дыма

Печатная плата с компонентами и инструкцией в упаковке. Данный конструктор позволяет собрать датчик дыма, основанный на принципе срабатывания при возникновении препятствия между фототранзистором и инфракрасным светодиодом, с последующей фиксацией сигнала тревоги со звуковым сопровождением.

Печатная плата с компонентами и инструкцией в упаковке.
  Данный конструктор позволяет собрать датчик дыма, основанный на принципе срабатывания при возникновении препятствия между фототранзистором и инфракрасным светодиодом, с последующей фиксацией сигнала тревоги со звуковым сопровождением.

Читайте также:  Усилитель-корректор для звукоснимателя

  Схема состоит из трёх функциональных узлов: узел срабатывания, узел фиксации состояния и генератора звукового оповещения.

  На элементе U2.1 собран узел срабатывания. Инфракрасный светодиод D1 и фототранзистор Q1 направлены навстречу друг другу. При отсутствии задымления фототранзистор открыт, конденсатор C1 заряжен, инверсный вход U2.1 подтянут к плюсу питания, и, соответственно, на выходе U2.1 логический “0”. После проникновения дыма в зазор между светодиодом D1 и фототранзистором Q1, последний закрывается, конденсатор С1 разряжается через R2 и напряжение на инверсном входе U2.1 оказывается меньше, чем на прямом, на выходе ОУ U2.1 появляется уровень логической “1”. Подстроечным резистором RV1 задаётся чувствительность схемы. Визуально каждое срабатывание схемы сопровождается миганием светодиода D2.
  Выход U2.1 соединён с тактовым входом U1.1. После срабатывания узла детектирования на тактовом входе U1.1 появляется логическая “1”, схема перещёлкивается и на прямом выходе U1.1 появляется логическая “1”. Транзистор Q2 изначально открыт. Это обеспечивается начальной установкой инверсного выхода U1.2 в “1” при помощи RC-цепи R12C3. Аналогично U1.1, схема U1.2 перещёлкивается, на прямом выходе появляется логическая “1” и запускается генератор, а на инверсном – “0”, транзистор Q2 закрывается, что приводит к фиксации состояния срабатывания схемы.
  На U2.2 собран генератор для создания периодичного звукового оповещения о появлении дыма.
  Нажатие на SW1 переведёт схему в дежурный режим.
  Для расширения функциональности устройства сигнал тревоги дополнительно выведен на P2.

Наладка схемы

  RV1 установить в положение, при котором светоиод D2 будет светиться. Затем выкрутить резистор в обратную сторону и добиться состояния погасшего светодиода. Однозначность срабатывания проверить созданием дыма между ИК-светодиодом и фототранзистором.

 Характеристики:

  • Номинальное напряжение питания: 12 В;
  • Номинальный ток потребления в дежурном режиме: 5 мА;
  • Номинальный ток потребления в аварийном режиме: 30 мА.

Комплект поставки:

  • Плата печатная;
  • Набор радиодеталей;
  • Инструкция по эксплуатации.

Примечание:

   Устройство должно быть изолировано от попадания солнечных лучей и частиц пыли.

   При эксплуатации изделия придерживайтесь правил и норм техники безопасности.

Источник: http://radio-kit.ru/product/radiokonstruktor-ra252-datchik-dyma

Чем покрыть фототранзистор, чтобы он реагировал только на ИК-излучение?

Как-то ты неправильно подошел к проблеме, модулируй излучение – это спасет от засветки и сильно уменьшит затраты энергии на “подсветку”, со стороны фототранзистора между портом контроллера ставишь ВЧ-фильтр и выпрямитель на одном диоде. Несколько дополнительных элементов и проблема не страшна.

Нравится 1 Комментировать

Логические уровни от разных источников освещения будут разными – тут без АЦП не получится.
Лаковые покрытия будут поглощать большую часть излучения – нужен светофильтр, в случае с единичным фотоэлементом это не целесообразно.

Ещё можно попробовать слюду. Она плохо пропускает видимый спектр, но прозрачна для ИК излучения. Из неё делают, например, филтры для пожарных ИК сигнализацйи. Но я не уверен действительно ли её прозрачности будет достаточно для данной цели.

Модулировать излучение на частоте конкретного TSOPа. Ну а вообще есть фототранзисторы и фотодиоды чувствительные преимущественно в ИК-спектре, другое дело что лампа накаливания даёт ИК, и много чего ещё можно поймать. TSOP даст чёткий сигнал который можно использовать без АЦП.

Есть ГОСТ “Стекло оптическое цветное”. Там есть гостированные марки стекол со спектральными характеристиками. Под ИКС (инфракрасное стекло) есть еще несколько номеров. Так что есть из чего выбрать.

А вообще можете сделать на заказа под ваш спектральный диапазон стекло. Стоит примерно 3-5к рублей пластинка размеров 40х40 мм2.

Это не совсем правильная идея – использовать фототранзистор. Я бы попробовал взять уже собранный инфракрасный приемник – есть такая цельная радиодеталь. На выходе – цифровой сигнал. Стоит дешево. Пример – TSOP1738. Отличие от фототранзистора в том, что он реагирует не просто на инфракрасное излучение, а только на моргание с некой частотой.

То есть на переменную составляющую инфракрасного светового потока. Обычно частота, на которую реагируют такие датчики, находится в диапазоне 30-50 КГц. То есть постоянная засветка не вызовет срабатывания. Только пульсирующая, причем, даже не фоне постоянной она будет определяться. Дело в том, что просто оптический фильтр не даст ожидаемого эффекта.

Мир, в котором мы живем, полон не только видимого, но и инфракрасного излучения. Так что если даже отфильтровать видимый свет, то ложные срабатывания не прекратятся. А вот источников импульсов излучения с частотой 40КГц в обычном мире довольно мало. Из распространенных – только пульты дистанционного управления. Попробуйте подумать в этом направлении.

Надо всего лишь питать излучающий светодиод не постоянным током а инпульсами с заданной частотой, а вместо фототранзистора поставить готовый IR-приемник.

Тут уже предлагали “модулировать” сигнал. Это оно и есть.

Разница лишь в том, что при использовании “голого” фототранзистора придется самому паять или писать фильтры, выделяющие пульсации, а при использовании фотоприемника все это уже сделано внутри.

Источник: https://toster.ru/q/63766

Ардуино: датчик света на фоторезисторе

Датчик света — это прибор, который позволяет нашему устройству оценивать уровень освещенности. Для чего нужен такой датчик? Например, для системы уличного освещения, чтобы включать лампы только тогда, когда на город спускается ночь.

Еще одно применение датчиков света — это детектирование препятствия роботом, путешествующем по лабиринту. Либо детектирование линии роботом следопытом (LineFollower). Но в этих двух случаях, в паре с датчиком света используют специальный источник света.

Мы же начнем с простого примера, и подключим к микроконтроллеру Ардуино Уно один из самых распространенных датчиков — фоторезистор. Как долнжо быть понятно из названия, фоторезистор — это резистор, который меняет свое сопротивление в зависимости от падающего на него света. Выглядит этот радиоэлемент так:

Различаются фоторезисторы по диапазону сопротивления. Например:

  • VT83N1 — 12-100кОм;
  • VT93N2 — 48-500кОм.

Это значит, что в темноте сопротивления фоторезистора равно 12кОм, а при определенной тестовой засветке — 100кОм. Конкретно в случае этих светодиодов, тестовая засветка имела параметры: освещенность -10 Люкс, и цветовая теплота — 2856К.

Кроме фоторезистора, в датчиках света часто используют фотодиод и фототранзистор. Оба выглядят как типичные светодиоды:

1. Подключение

Для того, чтобы подключить наш фоторезистор к Ардуино Уно, необходимо будет вспомнить урок, посвященный аналого-цифровому преобразованию (АЦП).

Ведь на выходе цепи фоторезистора мы получим некое напряжение, в диапазоне от 0 до 5 Вольт, которое нам потребуется превратить во вполне себе конкретное число, с которым уже будет работать программа микроконтроллера.

Держа в уме, что в Ардуино Уно есть 6 аналоговых входов на ногах A0-A5, подключаем фоторезистор по следующей схеме:

Внешний вид макета

Смотрите что получилось. Мы просто напросто построили обычный делитель напряжения, верхнее плечо которого будет меняться в зависимости от уровня света, падающего на фоторезистор. Снимаемое с нижнего плеча напряжение, мы подаем на аналоговый вход, который преобразует его в число от 0 до 1024.

2. Программа

Подключив фоторезистор по нехитрой схеме, начинаем писать программу. Первое что мы сделаем, это выведем необработанный сигнал с аналогового входа в последовательный порт, для того чтобы просто понять, как меняется значение на входе A0. Соответствующая программа имеет вид:

const int pinPhoto = A0; int raw = 0; void setup() { Serial.begin(9600); pinMode( pinPhoto, INPUT ); } void loop() { raw = analogRead( pinPhoto ); Serial.println( raw ); delay(200); }

Запустив эту программу у нас в хакспейсе, мы получили следующие значения с датчика:

А теперь прикроем датчик рукой:

Видно, что значение сильно меняется. От 830 при прямом попадании света, до 500 в случае затенения (появление преграды на пути света). Зная такое поведение, мы можем численно определить порог срабатывания. Пусть он будет равен, скажем, 600. Не ровно 500, потому что мы хотим обезопасить себя от случайного срабатывания. Вдруг над датчиком пролетит муха — он слегка затенится, и покажет 530.

Наконец, добавим в программу некое действие, которое будет совершаться если уровень освещенности станет ниже заданного порога. Самое простое, что мы можем сделать — это зажигать на Ардуино штатный светодиод #13. Получается такая вот программа:

const int pinPhoto = A0; const int led = 13; int raw = 0; void setup() { pinMode( pinPhoto, INPUT ); pinMode( led, OUTPUT ); } void loop() { raw = analogRead( pinPhoto ); if( raw < 600) digitalWrite( led, HIGH ); else digitalWrite( led, LOW ); delay(200); }

Накрываем датчик рукой (или выключаем свет в комнате) — светодиод зажигается. Убираем руку — гаснет. Работает, однако. А теперь представьте, что вы зажигаете не светодиод, а подаете сигнал на реле, которое включает лампу в подъезде вашего дома. Получаеся готовый прибор для экономии электроэнергии. Или ставите такой датчик на робота, и он при наступлении ночи ложится спать вместе с вами

Источник: http://robotclass.ru/tutorials/arduino-photoresistor/

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector