Радиосхемы Схемы электрические принципиальные. Схемы на фд256

Электротехника: Фотореле своими руками.

В статье фотодатчик своими руками описывалось создание датчика реагирующего на свет и приводились примеры схем управления маломощным электродвигателем и светодиодом. Более полезным было бы управление какой либо мощной нагрузкой например: лампой накаливания, мощным электродвигателем и т.д. Простая схема фотореле для мощной нагрузки приведена на рисунке 1:

Рисунок 1 - Фотореле срабатывающее при уменьшении освещённости

без регулировки чувствительности

В этой схеме используется электромагнитное контактное реле. Самым простым дешёвым и доступным способом управления мощной нагрузкой является использование электромагнитного контактного реле:

Реле показанное на фотографии выше извлечено из сломанного импортного холодильника, это реле может коммутировать (подключать и отключать в данном случае) нагрузку потребляющую ток не более 16А. 16А вполне достаточно для многих бытовых электроприборов. На корпусе этого реле написано что для катушки постоянного тока необходимо 12 В но на практике для срабатывания данного реле было достаточно 9В с блока питания для модема с выпрямителем:

Если 9В окажется недостаточно то можно запитать схему от 12В. Если заменить резистор R1 переменным или подстроечным то можно будет регулировать чувствительность к свету.

Обратный ток данного фотодиода усиливается транзистором VT1:

Данный транзистор образует делитель напряжения вместе с резистором R1:

Как было упомянуто выше данный резистор можно заменить переменным или подстроечным для того чтобы можно было регулировать чувствительность схемы.

Непосредственное управление катушкой реле осуществляет транзистор VT2:

КТ973 хорошо подходит для данной цели. Реле подключается к коллектору данного транзистора.

Для того чтобы транзистор VT2 не перегорел при резком его закрытии параллельно катушке реле ставится обратный диод:

Данный диод можно заменить каким либо другим подходящим диодом.

Резистор R2 не обязателен но его можно поставить для ограничения тока или уменьшения его потребления.

Для силовой части схемы нужны разъёмы и провода:

Реле может подключать нагрузку к сети 220В. Не стоит забывать о том что напряжение сети опасно и при работе с ним необходимо соблюдать меры предосторожности для того чтобы не получить поражение электрическим током.

После подготовки всех необходимых деталей можно приступать к сборке реле.

Обратный диод лучше подпаять сразу к реле. К собранному реле можно подключать нагрузку с источником питания (не обязательно сеть 220В). Используя данное фотореле в паре с источником инфракрасного излучения можно сделать датчик присутствия: Если направить инфракрасный свет на фотодиод фотореле то при перекрытии этого света реле будет срабатывать и замыкать источник питания на нагрузку, таким образом можно вызвать некоторое действие при пересечении кем либо (или чем либо) инфракрасного луча. Для того чтобы включение нагрузки происходило при увеличении освещения можно использовать реле с нормально замкнутыми контактами. Для того чтобы включать (или выключать) несколько нагрузок можно использовать реле с несколькими контактами. Также для того чтобы включение нагрузки происходило при увеличении освещения можно использовать схему на рисунке 3:

Рисунок 2 - Схема включающая нагрузку при увеличении освещения

Если фотореле включает лампу накаливания при уменьшении освещенности то необходимо как нибудь закрыть фотодиод от света лампы накаливания иначе при уменьшении освещенности реле начнёт часто включаться и выключаться что приведёт к быстрому его износу и выходу из строя. Если используется инфракрасный фотодиод то фотореле не будет реагировать на свет лампы дневного света (если не поднести её достаточно близко) или светодиодной лампу (если в ней нет инфракрасных светодиодов с соответствующей длинной волны излучаемого света). Пульт ик-управления лучше не испытывать на данном фотореле:

electe.blogspot.com

Разные схемы фотореле

Задачей фотореле является управление освещением, зачастую, это схема с фоточувствительным элементом, которая управляет включением освещения в темное время суток. Радиолюбителями разработано множество различных схем фотореле, представим вашему вниманию простые и надежные схемы на различных фоточувствительных элементах: фоторезисторах, фотодиодах, фототранзисторах.

Первая схема фотореле на фотодиоде и вполне подойдет для начинающих, так как проста в изготовлении и не содержит редких элементов. В качестве нагрузки после ключа использован светодиод, разумеется вместо него можно применять и другую логическую схему или реле. В данной схеме фотодиод включен через стабилизатор тока, схема в таком включении дает существенную разницу при освещении и затемнении светочувствительного элемента и поэтому не требует дополнительного усилителя. При резком изменении освещения напряжениние на фотодиоде меняется от 0 до уровня напряжения питания схемы. Эту схему вы можете без труда собрать и отрегулировать за пару часов на макетной плате. Фотодиод можно использовать почти любой марки.

Детали:

В данной схеме был применен ФД 256, но схема работает и с фототранзисторами. VD1 и VD2 можно ставить любые кремниевые диоды. Транзисторы также можно любые маломощные. Как я уже говорил первый транзистор работает как стабилизатор тока и чем больше будет R2, тем больше чувствительность схемы, но не перестарайтесь с настройкой. Каскад на втором транзисторе — эмиттерный повторитель , третий транзистор — обычный ключ.

Предлагаем Еще одну несложную схему с минимальным количеством деталей, и высокой чувствительностью. Такая чувствительность достигается за счет включения транзисторов VT1 и VT2 как составного. В таком включении общий коэффициент усиления будет равен произведению коэффициентов составляющих транзисторов. Также за счет этого включения достигается высокое входное сопротивление, что позволяет использовать фоторезистор и другие высокоомные источники сигнала.

Принцип работы:

Схема работает очень просто- с увеличением освещенности сопротивление фоторезистора уменьшается до нескольких килоом (в темноте — несколько мегаом) это приводит к открыванию транзистора VT1. Коллекторный ток VT1 откроет транзистор VT2, который в свою очередь включит реле и оно своими контактами включит нагрузку.Чтобы в момент включения реле не возникала самоиндукция и маломощный сигнал фоторезистора преобразовался в достаточный для включения обмотки сигнал включен VD1.

Детали:

Для регулировки чувствительности этой схемы, которая иногда может быть избыточной можно поставить в схему переменный резистор, который показан на схеме пунктиром.Питание схемы зависит от рабочего напряжения реле и может быть в пределах 5-15в.При питании 6 вольт можно исплользовать РЭС 9, при 12 вольтах РЭС 15,РЭС 49. Ток обмотки при использовании указанных транзисторов не должен превышать 50 мА. если поставить вместо VT2, более мощный типа КТ 815, выходной то может быть большим и возможно использование более мощных реле. следует учитывать что при повышении питания увеличивается чувствительность фотореле.

Еще одна схема собрана на операционном усилителе и также не содержит большого количества деталей.ОУ в данной схеме включен как компаратор (сравнивающее устройство), а фотодиод включен в фотодиодном режиме, питание на него подано так, что он смещен в обратном направлении.

Из за такого включения при снижении освещенности возрастает сопротивление светодиода, и это приводит к к тому, что уменьшается падение напряжения на резисторе R1, и соответственно падает на инвертирующем входе компаратора. На неинвертирующем входе напряжение устанавливается с помощью R2, и является пороговым, то есть задает порог срабатывания. При уменьшении напряжения на инвертирующем входе ниже порогового на выходе компаратора появится уровень напряжения который откроет Т1 и включит реле.

Детали:

Транзистор можно использовать любой маломощный NPN типа КТ 315, 3102. ОУ в качестве компаратора типа К140УД6 — УД7, или подобные. Для питания схемы следует использовать выпрямитель с напряжением 9-12 вольт, реле выбирать с соответствующим напряжением срабатывания обмотки.

Настройка:

Наладка устройства заключается в установке порогового напряжения, его следует настроить таким образом, чтобы уже при наступлении сумерек происходило включение. Для настройки порога срабатывания можно использовать регулируемую лампу накаливания в затемненной комнате.Чтобы избавиться от возможного дребезга реле при срабатывании нужно параллельно катушке присоединить конденсатор на несколько сотен микрофарад.

payaem.ru

Радиосхемы. - Кремниевые фотодиоды справочник

категория

Справочники радиолюбителя

материалы в категории

Кремниевые фотодиоды предназначены для использования в качестве приемников инфракрасного излучения в составе оптических датчиков. Их применяют в системах фотоэлектрической автоматики, в устройствах бесконтактного измерения температуры, вычислительной и измерительной техники, программноуправляемого оборудования, работающих на длине волны излучения в пределах 0,5... 1,12 мкм. Собственно приемником фотодиода служит его р-п переход. Под действием излучения ВАХ перехода существенно изменяется.

Фотодиоды могут содержать один фоточувствительный элемент, два (ФД-20-З0К), четыре (ФД-19КК) и более. Фоточувствительное поле фотодиода ФД-246 разделено на 12 (или 64) элементов. Это позволяет снимать выходной сигнал в шестиразрядном коде Грея. Геометрическая форма и размеры элементов также могут быть различными.

кремниевые фотодиоды справочник

В качестве входного окна у фотодиода ФД-К-227 использован иммерсионный конус, у ФД-252 и ФД-252-1 - световод. Входное окно прибора ФД-20 З0К не имеет защитного прозрачного "стекла".

Фотодиоды выпускают в герметичном металлостеклянном корпусе разной конструкции. Плюсовой вывод прибора маркируют либо точкой контрастного цвета на корпусе, либо отрезком цветной ПВХ трубки на проволочном выводе. При отсутствии меток плюсовым является более длинный вывод.

Приборы работают в двух электрических режимах - с внешним смещением и без смещения. В первом из них фотодиод обеспечивает высокую токовую монохроматическую чувствительность, во втором - высокую обнаружительную способность.

Основные размеры, цоколевка и спектральные характеристики чувствительности кремниевых фотодиодов представлены на рис. 1-23. Основные технические характеристики приборов сведены в табл. 1. Прочерки в таблице означают, что у соответствующего прибора прочеркнутые параметры по техническим условиям не нормированы.

Основные параметры фотодиодов, их размерность и определения (по ГОСТ 21934-83)

Область спектральной чувствительности, мкм — интервал длины волны спектральной характеристики, в котором чувствительность приемника излучения превышает 10 % максимального значения.

Длина волны максимума спектральной чувствительности, мкм-длина волны, соответствующая максимуму спектральной характеристики чувствительности.

Рабочее напряжение. В - постоянное напряжение, приложенное к приемнику, при котором обеспечены номинальные значения параметров при длительной работе.

Темповой ток, А - ток, протекающий через приемник излучения при заданном напряжении на нем в отсутствие потока излучения.

Фототок (ток фотосигнала), А - ток, протекающий через приемник при указанном напряжении на нем, обусловленный воздействием потока излучения.

Интегральная чувствительность по току, А/лм - отношение фототока к мощности потока излучения (заданного спектрального состава), вызвавшего появление фототока.

Порог чувствительности, Вт - среднееквадратическое значение первой гармоники действующего на приемник модулированного потока измерения с заданным спектральным распределением, при котором среднее квадратическое значение первой гармоники напряжения (тока) фотосигнала равно среднему квадратиче-скому значению напряжения (тока) шума в заданной полосе на частоте модуляции потока излучения.

Порог чувствительности в единичной частотной полосе, ВгПц (или лмлГГц) -порог чувствительности приемника излучения, приведенный к единичной частотной полосе усилителя.

Коэффициент фотоэлектрической связи, % (или отн. ед.) - отношение значения напряжения (тока) фотосигнала неосвещенного (необлучаемого) фоточувствительного элемента, расположенного рядом с освещенным (облучаемым), к значению напряжения (тока) фотосигнала освещенного (для многоэлементных приемников излучения).

Обнаружительная способность, Вт~' - величина, обратная порогу чувствительности.

Плоский угол зрения (2в), град. - угол в нормальной фоточувствительному элементу плоскости между направлениями падения параллельного пучка излучения, при которых напряжение (ток) фотосигнала приемника излучения уменьшается до заданного уровня.

В табл. 1 среди прочих есть параметр "постоянная времени приемника излучения, с", отсутствующий в ГОСТ21934-83. В ведомственной нормали этот параметр определен как время с начала воздействия на фотоприемник прямоугольного импульса оптического излучения до момента, когда напряжение фотосигнала достигнет значения, равного 1 - 1/е от максимального значения (см. книгу Аксененко М. Д., Бараночникова М. Я, Смолина О. В. Микроэлектронные фотоприемные устройства. - М.: Энергоатомиздат, 1984, с. 137).

Постоянная времени т определяет значение верхней граничной частоты воспроизведения импульсного сигнала, модулирующего поток излучения: Fв.rp° 1/2πт(если т-в секундах, то частота Fв.rp - в герцах).

Фотодиод ФД-9К (рис. 7,а) выпускают в двух модификациях - с размерами фоточувствительнсто элемента 4,4x4,4 мм или 5,6x5,6 мм. Рабочее поле прибора ФД-20-ЗЗК (рис. 15,а) составлено из двух пар фоточувствительных элементов размерами 0,3x1,4 мм и 0,4x1,4 мм.

Приборы ФД-246 оформлены в унифицированном металлическом корпусе (рис. 20) с числом выводов, соответствующим числу фоточувствительных элементов. Выводы фотодиодов ФД-7К, ФД-9К, ФД-17К, ФД-18К, ФД-24К выполнены в виде плоских лепестков с отверстием для пайки проводников. У фотодиодов ФД-6К, ФД-8К, ФД-10К, ФД-21-КП, ФД-23К, ФД-25К, ФД-26К, ФД-27К, ФД-28КП, ФД-К-155, ФД-К-227, ФД-256 выводы гибкие, многопроволочные.

Фотодиоды ФД-11 (рис. 8) выпускают как с многопроволочными гибкими, так и с однопроволочными выводами. У фотодиодов ФДК-1 и ФДК-1 в (рис. 1) плюсовой вывод свит из двух проволок. Приборы некоторых типов (например, ФД-28КП. рис. 17,а) имеют дополнительный вывод от корпуса-экрана.

На графиках спектральных характеристик заштрихована зона технологического разброса.

Кремниевые фотодиоды способны работать в весьма широких пределах эксплуатационных параметров. Значения этих параметров представлены в табл. 2.

В заключение заметим, что в процессе серийного производства приборов в техническую документацию вносят множество изменений и уточнений, касающихся электрических характеристик и эксплуатационных режимов. Поэтому указанную выше информацию следует использовать для предварительного выбора прибора того или иного типа, после чего необходимо обратиться к техническим условиям на него.

ЛИТЕРАТУРА

1. Аксененко М. Д., Бараночников М. Л. Приемники оптического излучения. Справочник. - М.: Радио и связь, 1987.2. Аксененко М, Д., Бараночников М. Л., Смолин О. В. Микроэлектронные фотоприемные устройства - М.: Энергоатомиздат. 1984. 3. ГОСТ 17772-79. Приемники излучения и устройства приемные полупроводниковые фотоэлектрические.

Материал подготовил Л. ЛОМАКИН.Радио, 19998 год, №2

radio-uchebnik.ru

Схема простого фотореле своими руками с печатной платой

Фотореле для освещения придомовой территории своими руками.

Здравствуйте друзья.

Для автоматического освещения придомовой территории или садового участка отлично подойдет фотореле схема которого представлена на Рисунке 1. Данное устройство было представлено в журнале «Радио» №2 2010г. стр.35. Автор В. Коновалов из города Иркутска.

Рисунок 1. Схема фотореле.

Схема простого фотореле на 600 Вт

Напряжение питания платы управления — 12В.

Максимальная нагрузка на лампы — 600Вт.

Потребляема мощность устройства без нагрузки не более 5 Вт.

Рисунок 2. Печатная плата фото реле.

Печатная плата фотореле

Настройка.

Переменным резистором R3 нужно добиться низкого уровня напряжение на выходе операционного усилителя DA1 при освещении обычной лампой накаливания 40Вт на расстоянии от фотодиода 2-3 метра. Также можно проверить работоспособность устройства рукой, закрывая или открывая доступ свету на фотоэлемент. При срабатывании фотореле загорается индикаторный светодиод HL1.

Аналоги

Фотодиод ФД256 можно заменить на ФД252, ФД263, ФД230.
Микросхему К140УД708 можно заменить на К140УД7, К140УД608

Принцип работы

Микросхема DA1 сравнивает зависящее от освещенности напряжение на фотодиоде VD1 поступающее с делителя состоящего из цепочки R1 и VD1, с эталонным напряжением поступающим с делителя состоящего из цепочки R2, R3, R4. Резистор R6 образует обратную связь для быстрого срабатывания фотореле, а также защищает от ложного срабатывания при пороговой освещенности. Конденсатор C1 служит для устранения помех.

При срабатывании фотореле открывается транзистор VT1 и ток протекает через светодиод оптрона U1. В результате чего фотосимистор открывается и открывает мощный симистр VS1. Дежурное освещение загорается.

На этом все. Успехов!

Facebook

Twitter

Мой мир

Вконтакте

Одноклассники

Google+

Электротехника: Фотодатчик своими руками.

Инфракрасные фотодиоды используемые в телевизорах (или каких либо других управляемых приборах) для приёма сигнала могут быть применены для множества других целей. Повысив чувствительность фотодиода усилителем можно определять степень освещённости солнцем (или каким либо другим источником света в спектре которого присутствует инфракрасный свет). Для повышения чувствительности фотодиода можно применить простую схему доступную для сборки начинающему радиолюбителю. Рассмотрим эту схему:

Рисунок 1 - Фотодатчик

Транзистор VT1 усиливает ток фотодиода VD1, транзистор VT2 усиливает ток транзистора VT1.

Всё просто! Фотодиод можно достать из фотоприемника из телевизора. Фотоприемник может выглядеть так:

Остальные детали несложно достать, транзисторы КТ315 широко использовались (и используются) в разной аппаратуре. Рассмотрим детали:

Катод у фотодиода располагается справа (если фотодиод лежит как на фотографии выше), на схеме (рисунок 1) катод соединён с коллекторами транзисторов VT1 и VT2 и соединён с резистором R1. Электродвигатель пригодиться для экспериментов с фотодатчиком. Для упрощения сборки на выводы транзисторов можно нацепить куски изолятора от проводов с разными цветами, например:

зелёный - база,

белый -коллектор,

без изолятора - эмиттер.

Далее рассмотрим сборку:

Чёрными линиями показано как соединять выводы. Моторчик служит для визуального определения работоспособности схемы (вместо него можно поставить другой подходящий прибор например миллиамперметр (это даже лучше)).

Рассмотрим собранный фотодатчик:

Такой датчик можно использовать для построения beam роботов, программируемых роботов, игрушек и много чего ещё. Рассмотрим схему с электродвигателем и батарейками:

Рисунок 2 - Схема с электродвигателем и батарейками

Электродвигатель для транзистора представляет активно-индуктивную нагрузку так как обмотки двигателя имеют индуктивность поэтому для защиты транзистора VT2 желательно поставить параллельно ему обратный диод и/или конденсатор параллельно двигателю, но схема работает и без этого.

Схема приведенная ниже иллюстрирует как данный фотодатчик можно использовать для включения освещения в темноте и включения электродвигателя при свете от солнца или какого либо другого источника инфракрасного излучения (пульт д. у., свеча, лампа и т. д. (тепло человеческого тела и другие подобно холодные предметы не подходят из за малой длинны волны)):

Рисунок 3 - Схема включения светодиода в темноте и включения электродвигателя при свете

Данный фотодатчик можно использовать в системах дистанционного управления с нестандартными протоколами передачи данных или для управления электромагнитными реле коммутирующими мощную нагрузку и много для чего ещё.

electe.blogspot.com

Фотодиоды: принцип работы и характеристики

В электротехнике широко используются различные приборы и устройства, связанные с особенностями и физическими свойствами материалов. Среди них особое место занимают фотодиоды, принцип работы которых основан на воздействии оптического излучения. В результате, материал изменяет свои качества, что позволяет ему выполнять различные функции в электрических цепях.

Принцип действия фотодиода

Простой фотодиод является обыкновенным полупроводниковым диодом с р-п-переходом, на который оказывает действие оптическое излучение. При полном отсутствии светового потока, диод находится в состоянии равновесия и обладает обычными свойствами.

Действие излучения направлено перпендикулярно относительно плоскости, где расположен р-п-переход. Энергия, с которой поглощаются фотоны, превышает ширину запрещенной зоны, что приводит к возникновению электронно-дырочных пар. Данные пары, состоящие из электронов и дырок, получили наименование фотоносителей.

Когда фотоносители проникают внутрь п-области, электроны и дырки, в основной массе не успевают распадаться на составляющие и подходят непосредственно к границе р-п-перехода. В этом месте происходит разделение фотоносителей с помощью электрического поля. В результате, дырки попадают в р-область. Электроны же не в состоянии пройти через поле, окружающее переход, поэтому начинается их скапливание возле п-области и у границы перехода. Таким образом, прохождение тока через переход полностью зависит от движения дырок. Данный вид тока с участием фотоносителей получил название фототока.

Под воздействием фотоносителей-дырок в р-области по отношению к п-области возникает положительный заряд. Таким же образом, п-область заряжается отрицательно относительно р-области. Происходит возникновение разности потенциалов, именуемой фото-ЭДС. Ток, сгенерированный в фотодиоде, имеет обратное значение и направление от катода к аноду. Величина этого тока возрастает в зависимости от увеличения степени освещенности. Работа фотодиодов может осуществляться в двух режимах. В первом случае используется фотогенераторный режим, не предусматривающий внешний источник электроэнергии. В режиме фотопреобразователя необходимо использование внешнего источника электроэнергии.

Режим фотогенератора позволяет использовать фотодиоды как источники питания, преобразующие солнечное излучение в электрическую энергию. Они используются в качестве элементов солнечной батареи. Коэффициент полезного действия элементов на основе кремния составляет примерно 20%. КПД у пленочных конструкций может быть значительно выше.

В работе фотодиодом нередко используется свойство обратимого электрического пробоя. В результате, количество носителей заряда умножается лавинообразно, по аналогии с полупроводниковыми стабилитронами. Происходит значительный рост фототока и чувствительности фотодиодов. Данное значение превышает обычные параметры в сотни раз.

Частота лавинных фотодиодов достигает величины до 10 ГГц, что позволяет использовать их в качестве быстродействующих фотоэлектрических приборов. Единственным недостатком этих устройств является повышенный уровень шума. Фотодиоды очень часто используются в паре со светодиодами. Они размещаются в общем корпусе, при этом, расположение светочувствительной площадки фотодиода наиболее оптимально к излучающей светодиодной площадке. Данные приборы получили название оптронов. Электрические связи совершенно не касаются входных и выходных цепей, поскольку сигналы передаются путем оптического излучения.

Характеристики фотодиодов

Если рассматривать в целом непосредственно фотодиоды, принцип действия и другие параметры этих устройств, следует отметить то, как выходная мощность соотносится с общей массой и площадью солнечной батареи. Максимальное значение этих параметров может достигать соответственно 200 ватт на 1 кг и 1 киловатт на 1 м2.

Кроме того, значение имеет вольт-амперная характеристика, в которой выходное напряжение зависит от выходного тока. Значение спектральных характеристик показывает соотношение фототока и величины световых волн, падающих на фотодиод. Максимальное значение данного параметра находится в прямой зависимости от того, насколько возрастает коэффициент поглощения.

Фототок и освещенность определяют световую характеристику фотодиода. Обе величины имеют между собой прямую пропорциональную зависимость. Эта величина представляет временной отрезок, на протяжении которого происходят изменения после того как фотодиод освещен или затемнен. Показатель соотносится с установленным значением. Фотодиод также характеризуется в соответствии с сопротивлением при отсутствии освещения и другими параметрами, определяющими его работоспособность и область практического применения.

electric-220.ru

2 Вопрос

Светодиод - это полупроводниковый прибор, который излучает свет при пропускании через него тока в прямом направлении. Светодиод в электрической цепи ведёт себя также как обычный диод, только прямое напряжение светодиода в зависимости от типа светодиода составляет от 1,5 до 2,5 В, то есть при прямом включении светодиода падение напряжения на нём составляет 1,5…2,5 В. Этот эффект иногда используется в стабилизаторах напряжения, когда требуется получить стабильное напряжение в диапазоне 1,5…2,5 В (см. раздел Стабилитроны).

Рабочий ток светодиода лежит обычно в диапазоне 5…20 мА, поэтому практически во всех случаях питание светодиодавыполняется через гасящий резистор. Рабочий ток указывается в справочниках. Длительное превышение рабочего тока приводит неисправности светодиода. Пример расчета гасящего резистора исхема включения светодиода найдётся здесь: Применение резисторов. Если вы знакомы с электроникой, микропроцессорами (или хотите с этими темами познакомиться), то рекомендую книгуКак стать программистом, где вы узнаете как подключить светодиоды к микропроцессору и как заставить их работать по заданной программе.

Светодиоды бывают разных цветов и типов. Они могут испускать как видимое излучение, так и инфракрасное (ИК-излучение). Инфракрасное излучение невидимо для человеческого глаза. Светодиоды в настоящее время используются очень широко, например, в различных устройствах индикации. Некоторое время назад появились сверхъяркие светодиоды, которые используются для освещения помещений вместо ламп. Такие светодиоды потребляют в десятки раз меньше электроэнергии и имеют срок службы 30000 часов и выше, что в сотни раз больше срока службы любых ламп. Правда, стоимость таких светодиодов пока высока.

Рис. 4. Светодиоды.

Фотодиод – это полупроводниковый прибор, который имеет светочувствительную поверхность. В зависимости от величины освещённости этой поверхности, меняется ток через фотодиод, если на него подано напряжение (фотодиод включается в обратном направлении, как и стабилитрон). Этот эффект используется в различных оптических датчиках. Например, пара светодиод-фотодиод используется в компьютерной мыши, подробнее см. здесь: Ремонт компьютерной мыши. Такой режим работы носит названиефотодиодный режим.

Однако фотодиод может работать и в режиме генерации электроэнергии (солнечные батареи). В этом случае напряжение на светодиод не подаётся, а наоборот, снимается. Это называетсяфотогальванический режим.

Таким образом, принцип работы фотодиода определяется выбранным режимом. В фотодиодном режиме фотодиод может работать как датчик освещённости. В фотогальваническом – как источник электроэнергии. Конечно, один фотодиод – это очень слабый источник электроэнергии. Для того чтобы получить хоть какую-то реальную энергию, нужно включить вместе десятки и сотни фотодиодов. Отсюда и внушительные размеры солнечных батарей.

Примеры внешнего вида светодиодов приведены на рис. 4. Примеры внешнего вида фотодиодов приведены на рис. 5 (по центру – ИК-фотодиод; ИК-фотодиоды обычно имеют «тонировку», чтобы исключить засветку от внешних источников). Условное графическое обозначение (УГО) светодиодов и фотодиодов изображено на рис. 6.

Рис. 5. Фотодиоды.

Рис. 6. УГО фотодиодов и светодиодов.

В былые времена, когда радиолюбителей в стране было много, а радиодеталей почему-то мало, достать светодиоды, а тем более фотодиоды заводского изготовления было крайне сложно. Поэтому электронщики-любители делали фотодиоды из обычных германиевых транзисторов серий МП38…МП42. Эти транзисторы изготавливались в металлическом корпусе. Чтобы превратить транзистор в фототранзистор, надо было осторожно спилить верхнюю часть корпуса. Тогда транзистор мог работать как фототранзистор. Конечно, это была не совсем адекватная альтернатива. Однако, как известно, на безрыбье…

Схема включения фотодиода.

Фотодиод может работать в фотодиодном и гальваническом режиме. В фотодиодном режиме p-n переход смещается обратным напряжением величина которого зависит от конкретного фотодиода от единиц до сотни вольт, чем больше смещение тем быстрее он будет работать, и больше токи через него будут течь. Недостаток фотодиодного режима в том, что с ростом обратного тока, в последствии увеличения напряжения или освещения, увеличивается уровень шумов, а уровень полезного сигнала в целом остается постоянным, считается, что в этом режиме диод имеет меньшую постоянную времени. В фотогальваническом режиме к диоду не прикладывается ни какое напряжение, он сам становится источником ЭДС с большим внутренним сопротивлением. Недостаток фотогальванического режима заключается в ослаблении полезного сигнала с ростом уровня паразитной засветки но уровень шумов не растет, остается постоянным.

Фотодиодная схема включения.

Приведенная схема включения фотодиода является универсальной и подходит для тестирования и выбора, применительно к окончательной схеме своей конструкции. Изменяя положение подстроечного резистора, в приведенной схеме, можно протестировать и выбрать оптимальный режим работы фотодиода. Изменяя сопротивление резистора от минимального до максимального, можно подобрать наилучший режим смещения на фотодиоде. Вывернув резистор на минимум, замкнув подвижный контакт на землю, мы переведем схему в фотогальванический режим. Можно попробовать работу фотодиода и в прямом смещении (он все равно будет реагировать на свет), для этого надо поменять схему включения, перевернув диод. Сопротивление в 50 Ком, не должно дать повредить фотодиод, а по переменной составляющей оно оказывается включенным параллельно с нагрузкой (меньше 5 КОм), и полезный сигнал практически не ослабляет. Конденсатор избавляет нас от постоянной составляющей. Если мы принимаеи импульсный сигнал то от постоянной составляющей, которая меняется в зависимости от фоновой засветки, лучше избавится сразу, смысла ее усиливать нет.

Еще одна стандартная схема включения фотодиода показана на рисунке. В данной установке для уменьшения влияния шумов и наводок в схему добавлены буферные конденсаторы в цепи питания, накопительный конденсатор С3 и интегрирующая цепочка R2С4 на выходе. C1- электролитический конденсатор большой ёмкости С = 100 мкФ, С2 - быстрый керамический 0,1 мкФ, С3, С4 - керамические по 100 пФ, R1 - 8 кОм, R2- 5,6 кОм.

Нагрузкой для достижения максимального быстродействия должен быть или каскад с общей базой или быстродействующий операционник включенный по схеме преобразователя ток-напряжение. Эти усилители имеют минимальное входное сопротивление.

Практическая схемотехника включения фотодиода со смещением.

Величина R фильтра подбирается в зависимости от засвечивания фотодиода в рабочем варианте с установленной оптикой, учитывается направление по азимуту (юг,запад и т.д.) в разных направлениях разные засветки от солнца. Ёмкость Сф=0.1мкФ ещё и замыкает цепь фотодиода по высокой частоте на землю. Вместо Rн можно поставить дроссель, либо трансформатор, надо смотреть, не будет ли искажений или затяжек импульсов или прочих подводных камней.

Включение фотодиода в каскад с общей базой.

Схема включения фотодиода ФД 263 в каскад с общей базой.

Схема с общей базой применена с целью увеличить нагрузку на фотодиод и не дать "разгуляться" напряжению на паразитной ёмкости P-N перехода, что сократит фронты импульса, а в результате можно будет принимать более короткий импульс. В схеме с ОБ - база разделяет входную и выходную цепи, и практически исключает влияние выходного напряжения на вход схемы (подобно экранной сетке в пентоде) по-этому имеется возможность увеличить нагрузочное сопротивление и получить больший размах напряжения на выходе схемы без ущерба для скорости. На рисунке приведён график зависимости входного сопротивление схемы с ОБ в зависимости от тока коллектора. Если учесть, что, чем меньше нагрузочное сопротивление на фотодиоде, тем выше скорость передачи, то из графика видно - при повышении тока коллектора, падает сопротивление нагрузки, повышается скорость без ущерба для чувствительности, но это касается входа схемы. На выходе (на коллекторе) увеличение сопротивления приводит к увеличению сигнала, но до определённого номинала, дальше паразитные ёмкости сводят на нет эффект от повышения сопротивления. Эмиттерный повторитель стоит для того, чтобы последующие каскады усиления не нагружали выход схемы с ОБ, а также уменьшить выходное сопротивление схемы, что благотворно сказывается на скорости.(все высокочастотные схемы очень "любят" низкие сопротивления, на них быстрее разряжаются паразитные ёмкости).

studfiles.net