Фоторезистор. принцип работы, характеристики

Принцип работы

Разберем, как работает фоторезистор?

Когда он неактивен это, по сути, диэлектрик. Чтобы устройство начало проводить ток на него должно быть оказано внешнее воздействие. Тепловое или, как в нашем случае, световое.

Фотоны света, попадая на активный слой, насыщают его электронами, и теперь появляется способность пропускать электрический ток. Возникает прямая зависимость, которую можно отобразить на графике.

Из графика хорошо видно, что чем больше образуется электронов, тем меньшее электрическое сопротивление у полупроводника. На этом свойстве фоторезистора и основан принцип его работы.

Причем эффект образования электронов способен вызвать как видимый спектр излучения так и инфракрасный. В последнем варианте они способны создавать значительно большую энергию.

Восприимчивость фоторезистивного слоя можно поднять за счет легирования его различными добавками. После такой обработки уменьшаются фотосопротивления, но повышается фоточувствительность в видимых спектрах света.

Этим элементам характерен процесс старения. Он выражается:

  • в снижении омического сопротивления;
  • изменяется фототок;
  • растет чувствительность.

Этот процесс непродолжительный по времени — до нескольких сотен часов и потом параметры становятся стабильны.

Устройство

Конструкция разных моделей фоторезисторов может отличаться по форме материалу корпуса. Но в основе каждого такого прибора лежит подложка, чаще всего керамическая, покрытая слоем полупроводникового материала. Поверх этого полупроводника наносятся змейкой тонкий слой золота, платины или другого коррозиестойкого металла. (см. рис. 1). Слои наносятся методом напыления.


Рис. 1. Устройство фоторезисторов

Напиленные слои соединяют с электродами, на которые поступает электрический ток. Всю эту конструкцию часто покрывают прозрачным пластиком и помещают в корпус с окошком для попадания световых лучей (см. рис. 2).


Рис. 2. Конструкция фоторезистора

Форма корпуса, его размеры и материал зависит от модели фоторезистора, определяемой технологией производителя. Примеры моделей показаны на рисунках 3 и 4.


Рис. 3. Датчик на основе фоторезистора


Рис. 4. Фотоприемник

Сегодня в продаже можно увидеть детали в металлическом корпусе, часто в пластике или модели открытого типа. Некоторые модели изготавливают без метода напыления, а вырезают тонкий резистивный слой непосредственно из полупроводника. Существуют также технологии изготовления пленочных фотодатчиков (см. рис. 5).


Рис. 5. Конструкция пленочного фоторезистора

Для напыления слоя полупроводника используют различные фоторезистивные материалы. Для фиксации видимого спектра света применяют селенид кадмия и сульфид кадмия.

Более широкий спектр материалов восприимчив к инфракрасному излучению:

  • германий чистый либо легированный примесями золота, меди, цинка;
  • кремний;
  • сульфид свинца и другие химические соединения на его основе;
  • антимонид или арсенид индия;
  • прочие химические соединения чувствительные к инфракрасным лучам.

Чистый германий или кремний применяют при изготовлении фоторезисторов с внутренним фотоэффектом, а вещества легированные примесями – для конструкций с внешним фотоэффектом. Независимо от вида применяемого фоторезистивного материала, оба типа фоторезисторов обладают одинаковыми свойствами – обратной, нелинейной зависимостью сопротивления от силы светового потока.

Параметры и характеристики фоторезистора:

— коэффициент внутреннего усиления фототока КR, определяющий квантовую эффективность прибора. КR есть отношение числа фотоносителей, проходящих через прибор в единицу времени, к полному числу квантов оптического излучения:

КR = (Iф/q)(1/NФА), (8)

где Iф — фототок; А – площадь поверхности светочувствительного слоя фоторезистора; NФА — полное число фотонов, падающих на светочувствительную площадку в единицу времени (например, за секунду).

Рис. 11

постоянная времени релаксации (спада) рел фотопроводимости. Этот параметр показывает скорость спада характеристики после прекращения оптического возбуждения, пропорциональна времени жизни электронов. Время же фото отклика определяется временем пролета свободных носителей между контактами прибора, т. е. tпр. Поскольку для фоторезисторов характерны большие расстояния между контактами и слабые электрические поля, их время фото отклика обычно больше, чем у фотодиодов.

— монохроматическая , которая определяется отношением фототока IФ к полной мощности излучения РИЗЛ, с длиной волны, падающей на чувствительную площадку фоторезистора, т. е.

(9)

— токовая и вольтовая чувствительность,

— темновое сопротивление Rтм – это сопротивление фоторезистора при нулевом световом потоке.

— пороговый поток (пороговая мощность) или обнаружительная способность. На Рис.11 представлены зависимости обнаружительной способности от длины волны. Отметим, что для приема излучения в инфракрасном диапазоне с > 2 мкм фоторезисторы охлаждаются до температуры 77 К и 4,2 К. При таких температурах уменьшаются тепловые эффекты, вызывающие термическую ионизацию и опустошение энергетических уровней, увеличиваются усиление и эффективность приема излучения.

— допустимая рассеиваемая мощность Pмакс,

— рабочее напряжение Uр

— предельно допустимое напряжение Uмакс,

— рабочая длина волны или диапазон рабочих волн.

Рис.12

ВАХ фоторезисторапоказана на Рис.12. Она имеет вид, параметром служит световой поток Ф (лм).

— Частотная характеристика. Ее вид подобен аналогичной характеристике фототранзистора (см. Рис.4).

Некоторые из перечисленных параметров аналогичны по физическому смыслу параметрам фотодиодов и фототранзисторов.

PTC

В отличие от рассмотренных выше терморезисторов, PTC — термисторы, имеющие положительный коэффициент сопротивления. Это означает, что в случае нагрева детали увеличивается и ее сопротивление. Такие изделия активно применялись в старых телевизорах, оборудованных цветными телескопами.

Сегодня выделяется два типа PTC-терморезисторов (от числа выводов) — с двумя и тремя отпайками. Отличие трехвыводных изделий заключается в том, что в их состав входит два позитрона, имеющих вид «таблеток», устанавливаемых в одном корпусе.

Внешне может показаться, что эти элементы идентичны, но на практике это не так. Одна из «таблеток» имеет меньший размер. Отличается и сопротивление — от 1,3 до 3,6 кОм в первом случае, и от 18 до 24 Ом для второй такой таблетки.

Двухвыводные терморезисторы производятся с применением полупроводникового материала (чаще всего Si — кремний). Внешне изделие имеет вид небольшой пластинки с двумя выводами на разных концах.

Терморезисторы PTC применяются в разных сферах. Чаще всего их используют для защиты силового оборудования от перегруза или перегрева, а также поддержания температуры в безопасном режиме.

Главные направления применения:

  1. Защита электрических двигателей. Задача изделия состоит в защите обмотки от перегорания при клине ротора или в случае поломки системы охлаждения. Позистор играет роль датчика, подключаемого к управляющему прибору с исполняющим реле, контакторами и пускателями. При появлении форс-мажорной ситуации сопротивление растет, а сигнал направляется к управляющему элементу, дающему команду на отключение мотора.
  2. Защита трансформаторных обмоток от перегрева или перегруза. В такой схеме позистор устанавливается в цепи первичной обмотки.
  3. Нагревательный узел в пистолетах для приклеивания.
  4. В машинах для нагрева тракта впуска.
  5. Размагничивание ЭЛТ-кинескопов и т. д.

Обозначение на схемах

Фоторезистор на принципиальной схеме обозначается почти также как и стандартный резистор. Но есть небольшое отличие. Это всё тот же прямоугольник, но в круге, снаружи которого есть изображение двух стрелок под углом в 45°. Эти стрелки — символически показывают падающий на элемент поток излучения.

Такое обозначение принято международной электротехнической комиссией IEC (International Electrotechnical Commission).

В иностранных источниках можно увидеть и другое условное обозначение. Фотоэлемент условно показан в виде ломаной линии. Это устаревшее условное обозначение, но и его можно встретить на схемах довольно часто.

Устройство

От модели к модели меняется форма корпуса или активный слой, но одно остается неизменно.

Это основа — подложка из керамического материала.

На подложке змейкой наносят методом напыления тончайший слой проводника из золота или платины.

Также в качестве полупроводников могут быть использованы различные типы фоторезистивных материалов.

Если необходимо зафиксировать видимый свет с длинной волны:

То чаще всего применяется селенид кадмия и сульфид кадмия.

Для фиксации инфракрасного излучения пластины могут быть сделаны из:

  • германия в чистом виде либо с добавлением небольших примесей;
  • кремниевыми;
  • сульфида свинца и прочих химических сочетаний на его основе.

В чистом виде германий или кремний встречается в деталях, обладающих внутренним фотоэффектом.

Остальные примеси могут, применены в устройствах с внешним фотоэффектом.

Производство первых серийных сернисто-висмутовых фоторезисторов в нашей стране было налажено в 1948 г.

Позднее их заменили на сернисто-кадмиевые и селенисто-кадмиевыми модели, у которых проявились гораздо лучшие параметры.

В любом случае свойства остаются прежними.

Напыленные, таким образом, слои, имеют вывода на электроды, по которым попадает электрический ток.

Сверху всю конструкцию вмещают в корпус, защищенный тонким слоем прозрачного пластика, через который попадают световые потоки.

Форма размеры и материал защитного корпуса могут быть различными. Эти параметры определяются производителем, исходя из предназначения фоторезистора и выглядят по-разному.

Устройство обычного фоторезистора может быть разного исполнения:

  • в металлическом корпусе;
  • в пластиковом корпусе;
  • открытого типа.

Не всегда применяется и напыление металлов. Токопроводящий слой может быть вырезан из тонкого слоя полупроводника.

Встречаются варианты и пленочных фотодатчиков.

Что такое фоторезистор, принцип работы и область применения

В электротехнике используется огромное количество различных элементов, и далеко не последнее место среди них занимает сопротивление особого рода – фоторезистор. В этой статье я расскажу, что это такое, а также где до сих пор активно используются эти элементы. Итак, начнем.

Что такое фоторезистор, принцип работы и область применения

Определение, исполнение и изображение на схемах

Итак, для начала давайте дадим определение. Фоторезистор — это полупроводниковый прибор, сопротивление (проводимость) которого изменяется в зависимости от уровня освещенности чувствительной части изделия.

Что такое фоторезистор, принцип работы и область применения

На выше представленной фотографии показан наиболее распространенный вариант исполнения, но встречаются модели в специальных защитных кожухах с прозрачной верхней частью.

А вот таким образом такой элемент обозначается на схемах:

yandex.ru

Принцип действия

Теперь давайте узнаем каков принцип действия у данного радиоэлемента.

Между двумя токопроводящими электродами размещается полупроводник. В том случае если свет не попадает на полупроводник, то его оммическое сопротивление имеет высокое значение (до нескольких МОм). Как только на полупроводник попадает свет, его сопротивление начинает снижаться, то есть проводимость увеличивается.

yandex.ru

Для производства полупроводящего слоя могут использоваться следующие материалы: сульфид Кадмия, сульфид Свинца, Селенит Кадмия и т.п. От того какой материал был применен для производства полупроводника будет зависеть его спектральная характеристика.

Иначе говоря диапазон длин волн, при освещении которыми будет происходить корректное изменение сопротивления.
Именно по этой причине при выборе резистора важно понимать, для работы в каком спектре он предназначен.
Спектральные характеристики материалов таковы:

yandex.ru

Очень часто возникает вопрос: какова полярность фоторезистора? Так вот у данного элемента нет P-N перехода, а это значит что определенного направления протекания тока тоже нет. То есть абсолютно без разницы, каким образом подключать фоторезистор, так как он неполярный элемент.

Как проверить исправность элемента

Проверка фоторезистора на самом деле предельно проста. Для этого нам потребуется мультиметр и, например, папка для бумаг.

Что такое фоторезистор, принцип работы и область применения

Проверка выполняется следующим образом: переведите рукоять мультиметра в положение измерения сопротивления, крокодилами подсоедините щупы (полярность не имеет значения) и поместите элемент в папку, чтобы исключить воздействие света на элемент.

Что такое фоторезистор, принцип работы и область применения

Таким образом вы получите сопротивление элемента в затемненном состоянии. Вытащив фоторезистор из папки, вы увидите, что сопротивление элемента изменилось. Причем чем интенсивнее будет световой поток, тем меньшим сопротивлением будет обладать элемент.

Что такое фоторезистор, принцип работы и область применения

Причем зависимость сопротивления от освещенности будет иметь следующий вид:

yandex.ru

Главные характеристики фоторезисторов

У данных элементов есть несколько основных характеристик, на которые следует обращать внимание при выборе изделия:

1. Темновое сопротивление. Это сопротивление элемента, когда на него не оказывает воздействие световой поток.

Важно также знать, что все фоторезисторы обладают инерционностью в той или иной степени. Сопротивление изменяется не мгновенно, а в течении определенного отрезка времени (десятки микросекунд)

Этот фактор ограничивает применение фоторезисторов в быстродействующих схемах.

Где применяются такие элементы

Итак, несмотря на некоторые ограничения, эти элементы активно используются в следующих устройствах:

1. Фотореле. Устройства, которые предназначены для автоматического включения отключения систем освещения без активного вмешательства человека.

2. Датчики освещенности. В таких устройствах фоторезисторы выполняют функцию регистратора светового потока.

Что такое фоторезистор, принцип работы и область применения

3. Сигнализация. В сигнализационных системах применяются фоторезисторы чувствительные ультрафиолетовым волнам. Принцип таков фоторезистор постоянно освещается источником ультрафиолетового излучения и как только между источником и приемником возникает препятствие — срабатывает сигнализация.

4. Датчики, регистрирующие наличие чего-либо.

Заключение

Вот краткая информация о фоторезисторе, его устройстве и области применения. Если статья оказалась вам полезна или интересна, то оцените ее лайком

Спасибо за ваше внимание

Применение

Благодаря низкому порогу чувствительности фоторезисторы часто используются для регистрации слабых потоков световых волн.

Это качество используется:

  • в сортировальных машинах;
  • в полиграфической промышленности для регистрации факта обрыва бумажной ленты;
  • в сельскохозяйственных машинах для контроля густоты высевания зерновых;
  • в световых реле для включения/отключения освещения, в фотоэкспонометрах и т. п.

В промышленной электронике фоторезисторы применяются для учета изделий, движущихся на ленте транспортера или падающих в емкость для хранения.

Сам по себе датчик не может производить расчёты, но его сигналы используются и обрабатываются микроконтроллерами, с последующими вычислениями. Сигналы фоторезистора воспринимаются как аналоговыми, так и цифровыми логическими схемами. Задержка сигнала на доли секунды в большинстве случаев не является препятствием для использования фоторезисторов.

На базе фоторезисторов производятся оптроны – приборы с собственным источником света, которым можно управлять. Пример схемы такого устройства показан на рис. 9.


Рис. 9. Схема оптрона

Несмотря на некоторые недостатки приборов, эра фоторезисторов видимо еще не закончилась.

Алгоритм поиска неисправности

Визуальный осмотр

Любой ремонт начинается с внешнего осмотра платы

Нужно без приборов просмотреть все узлы и особое внимание обратить на пожелтевшие, почерневшие части и узлы со следами сажи или нагара. При внешнем осмотре вам может помочь увеличительное стекло или микроскоп, если вы работаете с плотным монтажом SMD компонентов

Разорванные детали могут указывать не только на локальную проблему, но и проблему в элементах обвязки этой детали. Например, взорвавшийся транзистор мог за собой утянуть и пару элементов в обвязке.

Не всегда пожелтевшая от температуры область на плате указывает на последствия выгорания детали. Иногда так получается в результате долгой работы прибора, при проверке все детали могут оказаться целыми.

Кроме осмотра внешних дефектов и следов гари стоит и принюхаться, чтобы проверить, нет ли неприятного запаха как от горелой резины. Если вы нашли почерневший элемент – нужно его проверить. У него может быть одна из трёх неисправностей:

Иногда поломка бывает столь очевидной, что её можно определить и без мультиметра, как в примере на фото:

Проверка резистора на обрыв

Проверить исправность можно обычной прозвонкой или тестером в режиме проверки диодов со звуковой индикацией (см. фото ниже). Стоит отметить, что прозвонкой можно проверить лишь резисторы сопротивлением в единицы Ом — десятки кОм. А 100 кОм уже не каждая прозвонка осилит.

Для проверки нужно просто подключить оба щупа к выводам резистора, неважно это СМД компонент или выводной. Быструю проверку можно провести без выпаивания, после чего всё же выпаять подозрительные элементы и проверить повторно на обрыв

Внимание! При проверке детали не выпаивая с печатной платы, будьте внимательны – вас могут ввести в заблуждение параллельно стоящие элементы. Это актуально как при проверке без приборов, так и при проверке мультиметром

Не ленитесь и лучше выпаяйте подозрительную деталь. Так можно проверить только те резисторы, где вы уверены, что параллельно им в цепи ничего не установлено.

Проверка короткого замыкания

Кроме обрыва, резистор могло пробить накоротко. Если вы используете прозвонку – она должна быть низкоомной, например на лампе накаливания. Т.к. высокоомные светодиодные прозвонки «звонят» цепи сопротивлением и в десятки кОм без существенных изменений яркости свечения. Звуковые индикаторы с этой проверкой справляются лучше чем светодиоды. По частоте пищания можно судить о целостности цепи, на первом месте по достоверности находятся сложные измерительные приборы, такие как мультиметр и омметр.

Проверка на КЗ проводится одним способом, рассмотрим инструкцию пошагово:

  1. Измерить омметром, прозвонкой или другим прибором участок цепи.
  2. Если его сопротивление стремится к нулю и прозвонка указывает на замыкание, выпаивают подозрительный элемент.
  3. Проверить участок цепи уже без элемента, если КЗ ушло – вы нашли неисправности, если нет – выпаивают соседние, пока оно не уйдет.
  4. Остальные элементы монтируют обратно, тот после которого КЗ ушло заменяют.
  5. Проверить результаты работы на наличие КЗ.

Читать также: Приспособления для распила бревен бензопилой своими руками

Вот наглядный пример того, что сгоревший резистор оставил следы на соседних резисторах, есть вероятность, что и они повреждены:

Резистор почернел от высокой температуры, на соседних элементах видны не только следы гари, но и следы перегретой краски, её цвет изменился, часть токопроводящего резистивного слоя могла повредиться.

На видео ниже наглядно показывается, как проверить резистор мультиметром:

Фоторезистор ардуино и датчик освещенности

Фоторезистор, как следует из названия, имеет прямое отношение к резисторам, которые часто встречаются практически в любых электронных схемах. Основной характеристикой обычного резистора является величина его сопротивления. От него зависят напряжение и ток, с помощью резистора мы выставляем нужные режимы работы других компонентов. Как правило, значение сопротивления у резистора в одних и тех же условиях эксплуатации практически не меняется. В отличие от обычного резистора, фоторезистор может менять свое сопротивление в зависимости от уровня окружающего освещения. Это означает, что в электронной схеме будут постоянно меняться параметры, в первую очередь нас интересует напряжение, падающее на фоторезисторе. Фиксируя эти изменения напряжения на аналоговых пинах ардуино, мы можем менять логику работы схемы, создавая тем самым адаптирующиеся под вешние условия устройства. Фоторезисторы достаточно активно применяются в самых разнообразных системах. Самый распространенный вариант применения — фонари уличного освещения. Если на город опускается ночь или стало пасмурно, то огни включаются автоматически. Можно сделать из фоторезистора экономную лампочку для дома, включающуюся не по расписанию, а в зависимости от освещения. На базе датчика освещенности можно сделать даже охранную систему, которая будет срабатывать сразу после того, как закрытый шкаф или сейф открыли и осветили. Как всегда, сфера применения любых датчиков ардуино ограничена лишь нашей фантазией.

Самый популярный и доступный вариант датчика на рынке – это модели массового выпуска китайских компаний, клоны изделий производителя VT. Там не всегда можно разораться, кто и что именно производит тот или иной поставщик, но для начала работы с фоторезисторами вполне подойдет самый простой вариант.

Начинающему ардуинщику можно посоветовать купить готовый фотомодуль, который выглядит вот так:

На этом модуле уже есть все необходимые элементы для простого подключения фоторезистора к плате ардуино. В некоторых модулях реализована схема с компаратором и доступен цифровой выход и подстроечный резистор для управления.

Российскому радиолюбителю можно посоветовать обратить на российский датчик ФР. Встречающиеся в продаже ФР1-3, ФР1-4 и т.п. — выпускались ещё в союзовские времена. Но, несмотря на это, ФР1-3 – более точная деталь. Из этого следует и разница в цене За ФР просят не более 400 рублей. ФР1-3 будет стоить больше тысячи рублей за штуку.

Маркировка фоторезистора

Современная маркировка моделей, выпускаемых в России, довольно простая. Первые две буквы — ФотоРезистор, цифры после чёрточки обозначают номер разработки. ФР -765 — фоторезистор, разработка 765. Обычно маркируется прямо на корпусе детали

У датчика VT в схеме маркировке указаны диапазон сопротивлений. Например:

  • VT83N1 — 12-100кОм (12K – освещенный, 100K – в темноте)
  • VT93N2 — 48-500кОм (48K – освещенный, 100K – в темноте).

Иногда для уточнения информации о моделях продавец предоставляет специальный документ от производителя. Кроме параметров работы там же указывается точность детали. У всех моделей диапазон чувствительности расположен в видимой части спектра. Собирая датчик света нужно понимать, что точность срабатывания — понятие условное. Даже у моделей одного производителя, одной партии, одной закупки отличаться она может на 50% и более.

На заводе детали настраиваются на длину волны от красного до зелёного света. Большинство при этом «видит» и инфракрасное излучение. Особо точные детали могут улавливать даже ультрафиолет.

Достоинства и недостатки датчика

Основным недостатком фоторезисторов является чувствительность к спектру. В зависимости от типа падающего света сопротивление может меняется на несколько порядков. К минусам также относится низкая скорость реакции на изменение освещённости. Если свет мигает — датчик не успевает отреагировать. Если же частота изменения довольно велика — резистор вообще перестанет «видеть», что освещённость меняется.

К плюсам можно отнести простоту и доступность. Прямое изменение сопротивления в зависимости от попадающего на неё света позволяет упростить электрическую схему подключения. Сам фоторезистор очень дешев, входит в состав многочисленных наборов и конструкторов ардуино, поэтому доступен практически любому начинающему ардуинщику.

Фотореле на микросхеме КР1564ТЛ2

Предлагаемая схема (рис. 1), как нам представляется, оригинальна. В качестве фотодатчика служит распространенный фоторезистор СФЗ-1.

Рис.1. Принципиальная схема фотореле на фоторезисторе.

Он преобразует световой сигнал, улавливаемый чувствительной поверхностью, в электрические колебания, которые затем поступают на вход порогового детектора на одном элементе микросхемы D1.1 типа КР1564ТЛ2.

Эта микросхема состоит из шести однотипных элементов-логических инверторов с триггерами Шмитта. На втором элементе D1.2 реализована схема задержки времени включения нагрузки.

Чувствительность схемы (порог переключения триггера Шмитта) плавно регулируется переменным резистором R1, который совместно с фотодатчиком образует делитель постоянного напряжения. Желательно применить многооборотистый прибор, типа СП5-1.

Когда темно-инвертирующий выход D1.1 (выв. 2) в состоянии высокого логического уровня (лог. 1) и конденсатор С2 быстро разряжается через резистор R4, благодаря диоду VD1. Когда освещение попадает на фоторезистор PR, — на выв. 2 элемента лог. 0.

Далее сигнал поступает на схему временной задержки. В результате зарядки конденсатора С2 через резистор R3 до напряжения порога срабатывания элемента D1.2 выдержка времени существенно может изменяться в зависимости от номиналов С2 и R3 от нескольких секунд до минут.

Зарядившись, конденсатор С2 перебрасывает триггер в другое устойчивое состояние, и на выходе D1.2 (выв. 4) оказывается высокий логический уровень (лог. 1). Транзистор VT1 открывается, на реле К1 поступает напряжение питания и реле коммутирует нагрузку. Диод VD2 препятствует броскам обратного тока при включении/выключении реле.

Схема очень проста и не требует настройки, кроме установки резистором R1 порога срабатывания триггера в зависимости от освещенности конкретного объекта.

Транзистор VT1 можно заменить на КТ312(А“В), КТбОЗ(А-Б), КТ608Б, КТ801(А, Б). К1 -маломощное реле РЭС15, паспорт (003), или аналогичное, на напряжение срабатывания сообразно напряжению питания схемы.

Питание схемы некритично и осуществляется от любого стабилизированного блока питания с выходным напряжением 9…14 В. Ток, потребляемый схемой от источника питания в пассивном режиме (фоторезистор не освещается), не превышает 2…3 мА. При включении реле, ток увеличивается до 20 мА.

Фототранзистор

Чувствительность

Токовая чувствительность S i , Φ {\displaystyle S_{i,{\Phi }}} по световому потоку фототранзистора определяется отношением тока через прибор I Φ {\displaystyle I_{\Phi }} к вызвавшему этот ток световому потоку Φ {\displaystyle \Phi } :

S i , Φ = I Φ Φ {\displaystyle S_{i,{\Phi }}={\frac {I_{\Phi }}{\Phi }}}

Токовая чувствительность современных фототранзисторов достигает нескольких сотен /.

Темновой ток

Даже в отсутствие освещения, через прибор протекает некоторый ток, называемый темновым током. Этот ток вреден для регистрации слабых световых потоков, так как «маскирует» полезный сигнал и при изготовлении фототранзисторов его стремятся уменьшить разными технологическими приемами. Кроме того, величина темнового тока существенно зависит от температуры полупроводниковой структуры и нарастает при её повышении приблизительно так же, как и обратный ток p-n перехода в любом полупроводниковом приборе. Поэтому для снижения темнового тока иногда применяют принудительное охлаждение прибора.

При прочих равных, величина темнового тока сильно зависит от ширины запрещённой зоны полупроводника и снижается при её увеличении. Поэтому характерные значения темнового тока при комнатной температуре германиевых фототранзисторов порядка единиц мкА, кремниевых — долей мкА, арсенидо-галлиевых — десятков пкА.

Спектральная чувствительность

Типовая спектральная чувствительность кремниевого фототранзистора Чувствительность фототранзистора зависит от длины волны падающего излучения. Например, для кремниевых приборов максимум чувствительности находится в диапазоне 850—930 нм — красный и ближний инфракрасный диапазоны. Для ближнего ультрафиолетового излучения (~400 нм) чувствительность снижается в ~10 раз от максимальной. Также чувствительность снижается при увеличении длины волны и для длин волн свыше ~1150 нм — край оптической полосы поглощения кремния, снижается до нуля.

Быстродействие

Фототранзисторы по сравнению с фотодиодами имеют относительно низкое быстродействие. Это обусловлено конечным временем рассасывания неосновных носителей в базе при снижении освещённости. Кроме того, если напряжение между коллектором и эмиттером изменяется при изменении освещенности, что имеет место в некоторых схемах электрического включения прибора, дополнительно снижает быстродействие эффект Миллера, обусловленный емкостью коллекторно-базового p-n перехода. Практически диапазон рабочих частот фототранзисторов ограничен, в зависимости от схемы включения, несколькими сотнями кГц — единицами МГц.

Как проверить с помощью мультиметра

Важный вопрос при эксплуатации термисторов — знание принципов их проверки. При оценке исправности нужно понимать, что термисторы бывают двух видов — с положительными и отрицательным температурным коэффициентом (об этом упоминалось выше). Следовательно, сопротивление детали снижается или уменьшается с ростом температуры.

С учетом этого факта для проверки термистора потребуется всего два элемента — паяльник для нагрева и мультиметр.

Алгоритм действий:

  1. Перевод прибора в режим замера сопротивления.
  2. Подключение щупов к клеммам терморезистора (расположение не имеет значения).
  3. Фиксация сопротивления на бумаге и поднесение нагретого паяльника к детали.
  4. Контроль сопротивления (оно растет или падает в зависимости от вида терморезистора).
  5. Если сопротивление снижается или увеличивается, полупроводник работает правильно.

Для примера можно использовать термистор NTC типа MF 72. В нормальном режиме он показывает сопротивление 6,9 Ом при обычной температуре.

После поднесения паяльника к изделию ситуация изменилась — сопротивление пошло в сторону снижения и остановилось на уровне двух Ом. По этой проверке можно сделать вывод, что терморезистор исправен.

Если сопротивление меняется резко или вообще не двигается, можно говорить о выходе детали из строя.

Стоит учесть, что такая проверка очень грубая. Для точного контроля нужно проверить температуру и сопротивление термистора, а после сравнить данные с официальными параметрами.

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

Среднестатистические технические характеристики фоторезисторов

Приведенные ниже технические характеристики относятся к фоторезисторам из магазина Adafruit. Эти фоторезисторы обладают характеристиками, схожими с PDV-P8001. Практически все фоторезисторы имеют различные технические характеристики, хотя работают они очень схоже. Если продавец дает вам ссылку на даташит вашего фоторезистора, ознакомьтесь именно с ними, а не с тем, что изложено ниже.

  • Размер: круглый, 5 мм (0.2″) в диаметре (другие фоторезисторы могут достигать до 12 мм / 0.4″ в диаметре!).
  • Цена: около $1.00 в магазине Adafruit.
  • Диапазон сопротивления: от 200 кОм (темно) до 10 кОм (светло).
  • Диапазон чувствительности: чувствительные элементы фиксируют длины волн в диапазоне от 400 нм (фиолетовый) до 600 нм (оранжевый).
  • Питание: любой с напряжением до 100 В, используют силу тока в среднем около 1 мА (зависит от напряжения питания).

Проблемы при использовании нескольких сенсоров

Если при добавлении дополнительных сенсоров оказывается, что температура inconsistant, это значит, что сенсоры перекрывают друг друга при считывании информации с различных аналоговых пинов. Исправить это можно, добавив два считывания с задержками и отображением первого.

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Editor
Editor/ автор статьи

Давно интересуюсь темой. Мне нравится писать о том, в чём разбираюсь.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Профессионал и Ко
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!:

Adblock
detector