Схема датчика присутствия на фототранзисторе своими руками

Добавил пользователь Дмитрий К.
Обновлено: 19.09.2024

Детекторы движения используются в сфере охраны и системах частной автоматизации. Датчик присутствия относится к более чувствительной группе приборов, он определяет мелкие перемещения в подконтрольной области. Узел сигнализирует об изменении обстановки, формирует команду для автоматического запуска ответа на движение объектов.

Принцип работы датчика присутствия

Прибор отслеживает степень инфракрасного излучения в поле зрения. Уровень усредняется и воспринимается как монотонный план. Температура фона повышается во время присутствия человека, пироэлектрический детектор создает напряжение для подачи сигнала.

В основе лежит оптическая схема по принципу линзы Френеля, иногда применяется комплект вогнутых зеркал сегментного типа. Участки фокусируют тепловые лучи на элементе, продуцирующем импульс. При перемещении объекта ИК лучи несколько сегментов улавливают и выдают всплески. Датчик присутствия подает итоговый сигнал обнаружения после накопления 2 – 4 импульсов, количество зависит от чувствительности прибора.

Особенности и характеристики устройства

Датчик работает в комплексе с другими модулями, которые срабатывают от его сигнала. Устройства охранной системы управляются контролером, который ставится в схеме при монтаже.

Охранные устройства выполняют действия по сигналу детектора присутствия:

подают сигнал тревоги на пульт охраны;
рассылают уведомления о нарушении границ владельцу помещения, территории;
включают и прекращают освещение, контролируют другие приборы;
меняют функциональность климатических модулей, техники.

Умные выключатели, сирены, измерители, мониторы начинают работу, когда датчик виртуального присутствия обнаруживает движение. Производители дают доступ к аккаунту на веб-портале, где пользователь с помощью мобильной программы настраивает взаимодействие и задает параметры.

Разновидности датчиков присутствия

Оптические разновидности функционируют по принципу блокировки светового луча непрозрачным предметом и определяют размеры тела. К ним относятся лазерные дальномеры. Ультразвуковые типы проводят локацию пространства ультразвуком и находят расстояние до движущегося объекта.

Микроволновые датчики применяют принцип СВЧ волн проходить через предметы или отражаться от некоторых поверхностей. Используются в системах, которые контролируют область за стеной, проницаемой для лучей.

Магниточувствительные приборы ставятся в качестве выключателей бесконтактного типа. Включают датчик Холла и электромеханический коммутатор, монтируются в схеме открывания окон и дверей. Пирометрические устройства используют уровень ИК лучей и работают для определения движения.

Для включения света

Двигательные детекторы начинают работу освещения только при активизации людей, например, если человек идет в зоне видимости. Более чувствительный датчик присутствия для включения света отличается тем, что реагирует на мелкие движения. Он регистрирует движение кистей рук, пальцев, наклоны головы. Прибор выключит освещение, если человек будет сидеть без движения на протяжении заданного времени.

Устройства включают свет, если люди перемещаются в условиях темноты, но не срабатывают днем, когда все видно. Ночью датчики обеспечивают работу ламп до того, как последний человек выйдет из зоны охвата.

ИК датчики

Приборы изучают изменение инфракрасных лучей, отраженных от окружающих предметов. Пассивные датчики только воспринимают тепловые волны, а активные виды сами испускают колебания и ожидают ответного возврата для анализа.

Тепловые лучи представляют спектральное излучение, которое не различается глазом, но определяется фотоэлектрическими приемниками датчика. Тело человека или животного не светится в видимом диапазоне, а в инфракрасном спектре сияет. Приборы присутствия реагируют на возникновение или исчезновение излучения. Настраивается чувствительность модулей, чтобы они реагировали только на большие объекты и не замечали птиц и мелких животных.

Датчики присутствия человека в помещении

Рабочие параметры устанавливаются так, чтобы контрольная степень была выше уровня акустических, инфракрасных и тепловых помех.

однопозиционные, когда излучение, прием сигналов и анализ происходит в одном устройстве;
двухпозиционные, если один блок излучает волны, а другой принимает и изучает;
многопозиционные с большим количеством узлов для более точного реагирования.

Области применения

В помещениях с детекторами слежения энергия экономится на 40%, а расходы уменьшаются на 50 – 60%. Прибор включает кондиционер, когда есть люди, а также координирует освещение и прекращает его в момент отсутствия человека.

Отличие от датчика движения

В основе работы лежат одинаковые механизмы. У детектора движения стоят десятки микролинз, пространство разбивается на такое же количество частей для исследования. Датчик присутствия содержит сотни таких отражателей, которые координируют минимальные области и отслеживают небольшие по амплитуде движения.

Приборы для определения присутствия человека настраиваются гораздо кропотливее. Из-за высокой чувствительности они часто дают ложную тревогу. Используется электронный вмонтированный процессор для уменьшения таких инцидентов, при этом не используется наладка вручную.

Правила выбора датчика присутствия

На выбор влияет место монтажа, доступные варианты питания, объем координируемого пространства. Для внутреннего размещения выбирается прибор с соответствующими характеристиками, например, без скачков температуры, пыли и влажности. Уличные устройства имеют усиленную защиту от погодных условий и увеличенный радиус охвата.

При подборе учитываются характеристики:

тип прибора;
рабочая мощность;
питание от сети или батареек;
угол охвата и дальность слежения.

Обращают внимание на дополнительные функции модели. Предусматривается защита от ложной тревоги при появлении мелких теплокровных объектов, задержка включения света при движении и предохранение от включения ламп днем.

Установка датчика присутствия

Прибор ставится так, чтобы на него не падали прямые световые лучи, а рядом не стояли предметы, загораживающие обзор. Нежелательны на пути волн стеклянные перегородки, т.к. ИК лучи не проходят сквозь материал. В радиус охвата должны попадать углы помещения, иначе устанавливается несколько приборов, при этом получается перехлест зон внимания.

Следящие детекторы не ставятся вблизи отопительных радиаторов, кондиционеров и лопастных вентиляторов. На улице устройства монтируются под навесом, при этом учитывается рекомендованная высота установки, которая приводится в паспорте.

Изготовление своими руками

Собственноручная сборка представляет альтернативу фабричному устройству, если не подходят параметры. В конструкции применяются недорогие элементы, а для повышенной нагрузки ставится 2 реле.

блок питания;
транзистор с p-n-p-переходом;
резистор;
реле;
фотоэлемент.

Используется низковольтный (5 – 12 В) блок в соответствии с нагрузкой, например, числом ламп. К аноду фотоэлемента присоединяется ограничительное для тока сопротивление, а к катоду припаивается положительный полюс питания. Один выход резистора подключается к минусу, а другой подключается к ограничивающему сопротивлению.

Схема

В середине детектора ставятся фотоэлементы для приема волн. Элементы закрываются общей линзой, содержащей в составе множество мелких линз для сосредоточения ИК лучей перед подачей на отражатели. При движении фокус сдвигается с элемента и пропадает на одном стекле, но показывается на другом. Датчик срабатывает после нескольких подобных пропаж и появлений.

Устройство содержит генератор волн, усилитель и компрессор. После возвратного приема измеряется сдвиг по частоте, находится скорость движения. Конденсатор в схеме уравнивает частоту с резонансным показателем антенны. Датчик собирается на плате из стекловолокнистого материала и закрывается корпусом, антенна выходит наружу.

С наступлением осени начинает сокращаться световой день.

Людям приходиться раньше включать электрическое освещение, расходовать на него больше электроэнергии.

Сейчас любой домашний мастер может экономить денежные средства за оплату электричества, обеспечив его оптимальное потребление для осветительных приборов, расположенных в помещениях или на открытом воздухе.

Сделать это можно за счет их включения только с наступлением сумерек и отключения при рассвете. Причем работать они могут полностью в автоматическом режиме.

Для этих целей служит датчик света, который используется в фотореле, управляющим работой освещения.

Принцип работы фотореле

Для корректировки уровня срабатывания имеется регулятор. После него сигнал от чувствительного элемента усиливается до необходимой величины и подается на обмотку реле электромеханической или статической конструкции.

Таким способом, в зависимости от дневного или ночного освещения, датчик света управляет подачей напряжения на обмотку реле. А последнее — подключает или отключает через свой контакт фазу питания сети на светильник.

Как работает чувствительный элемент фотодатчика

Для контроля величины светового потока используются различные электронные компоненты, входящие в состав:

фоторезисторов;
фотодиодов;
фототранзисторов;
фототиристоов;
фотосимисторов.

Как работает датчик света на фоторезисторе

Полупроводниковый слой, облучаемый электромагнитными волнами оптического спектра, изменяет свое электрическое сопротивление.

К нему прикладывается источник стабилизированного напряжения, под действием которого в замкнутой цепи начинает протекать ток, вычисляемый по закону Ома. Его величина зависит от характера изменения сопротивления полупроводникового слоя датчика света.

При увеличении светового потока электрический ток возрастает, а при уменьшении — снижается. Остается только определить граничные состояния, при которых необходимо включать источник освещения в рабочее состояние или отключать его.

Как работает датчик света на фотодиоде

Светочувствительный элемент этого типа преобразует энергию электромагнитных колебаний видимого спектра в электрический ток.

Его величина тоже зависит от силы облучения, что позволяет устанавливать границы срабатывания фотореле.

Датчики света на фотодиодах могут подключаться для работы в схемах с:

питанием от внешнего, дополнительного источника напряжения;
или обходиться без его использования.

Как работает датчик света на фототранзисторе

Принципы работы, используемые для двух предыдущих случаев, здесь тоже соблюдаются. Фототранзисторы, работают так же, как и их биполярные или полевые аналоги. На их характеристики влияет интенсивность облучения световым потоком.

Определив эту закономерность, выставляют границы рабочих уставок для конечной схемы фотореле. Таким же образом создаются датчики света на фототиристорах и фотосимисторах.

Как работает электрическая схема датчика света на фотореле

В качестве примера рассмотрим самое простейшее устройство со светочувствительным элементом на основе фоторезистора PR1, обладающего сопротивлением в несколько мегаом при полной темноте.

Под действием потока света оно снизится до нескольких килоом. Этой величины достаточно для открытия первого транзистора VT1, когда через него станет протекать коллекторный ток, открывающий второй каскад на транзисторе VT2.

В это плечо включена обмотка обыкновенного электромагнитного реле К1. Она перекинет собственный якорь во второе положение и переключит свой контакт К1.1, который управляет работой светильника.

При отключении реле от схемы его обмотка формирует ЭДС самоиндукции. Для его ограничения установлен диод VD1. Подстрочный резистор R1 используется в качестве регулятора уставки срабатывания датчика света. В некоторых случаях от него вообще можно отказаться.

За счет использования двух последовательно работающих транзисторов чувствительность такой схемы достигается очень большой величины, когда слабый сигнал света, падающий на поверхность фоторезистора, осуществляет переключение выходного реле и управление светильником в автоматическом режиме.

Такая схема является довольно универсальной. Она позволяет применять различные марки транзисторов, электромагнитных реле и устанавливать для них различное напряжение. Чем его величина будет больше, тем высшей чувствительностью обладает датчик света.

Заводские модули фотореле для сумеречных выключателей имеют более сложную структуру схемы, более мощный выходной контакт, но в основе своей работы они повторяют эти же принципы.

В самодельных конструкциях для автоматического управления светом хорошо зарекомендовала себя схема, описанная в статье здесь. Ее несложно повторить своими руками тем, кто умеет и любит работать с паяльником.

Как подключить датчик света с фотореле к светильнику и выполнить монтаж

Использование цветовой разметки проводов

Электрическая схема подключения сумеречного выключателя собирается на основе распределительной коробки, в которую приходят кабелем три провода от электрощитка:

фазы;
нуля;
заземляющего проводника.

На самом фотореле выполнен вывод тоже трех проводов. Обычно они имеют расцветку:

коричневый, подключаемый на фазу питания сети;
красный, подающий через встроенный контакт фазный потенциал на светильник при его включении с наступлением сумерек;
синий, соединяемый с рабочим нулем схемы.

На фотографии сумеречного выключателя показаны эти провода и регулятор освещенности. При вращении его рукоятки устанавливается порог срабатывания датчика света.

Особенности монтажа

Обычная длина проводов, выступающих из корпуса фотореле, не превышает двадцати сантиметров. Поэтому его приято монтировать в непосредственной близости около распределительной коробки, а сам светильник:

выносят на некоторое расстояние;
или размещают рядом, как показано на фотографии.

При втором способе монтажа схемы необходимо учитывать, чтобы свет от включенной лампы источника не попадал на поле обзора датчика света. Иначе будет происходить ложное срабатывание. Для его исключения дополнительно применяют таймер и датчики движения.

Подключение нескольких светильников к одному фотореле

Выходные контакты конечного датчика света обладают определенной коммутационной способностью. Их величина указывается в технической документации и на корпусе сумеречного выключателя в амперах. При необходимости управлять светом от нескольких источников необходимо внимательно посчитать нагрузку, создаваемую ими всеми в комплексе.

Если мощность контактов позволяет, то светильники подключает параллельной цепочкой, как показано на фотографии ниже.

Иногда может возникнуть ситуация, когда нагрузка схемы превышает допустимую мощность контактов сумеречного выключателя.

В этом случае допустимо использовать то же самое фотореле, но к его контактам подключить промежуточный элемент — обмотку магнитного пускателя, обладающей меньшей нагрузкой.

Мощные контакты этого коммутационного аппарата будут надежно переключать цепочку из многих светильников или один мощный прожектор, как показано на схеме ниже.

Подбирать магнитный пускатель придется по типу катушки управления и мощности контактной группы.

Важные технические характеристики датчика света

Фотореле выбирают по:

чувствительности фотодатчика;
типу и величине напряжения питания;
мощности коммутируемых контактов;
рабочей среде сумеречного выключателя.

Чувствительность фотодатчика

Под этим термином понимают отношение вырабатываемого внутри фотоэлемента тока в микроамперах к величине падающего на него потока света в люменах. Для более точного анализа приборов чувствительность классифицируют по:

частоте, связанной с определенным видом колебаний — спектральный метод;
диапазону падающих световых волн — интегральная чувствительность.

Напряжение питания сумеречного выключателя

На форму и величину сигнала обращают особое внимание при работе с моделями датчиков света, выпущенных за рубежом, где стандарты электроснабжения могут отличаться от тех, которые используются у нас.

Рабочая среда

Для управления светом уличных светильников создаются сумеречные выключатели с фотореле герметичной конструкции, способной противостоять действию атмосферных осадков и пыли. Их отличает повышенный класс защиты корпуса по IP.

Они же обладают увеличенным диапазоном рабочих температур. Когда наступает низкая морозная погода, то может возникнуть необходимость обогрева их контактов или временного отключения.

Для работы сумеречного выключателя внутри обогреваемых помещений этого делать не требуется.

Если у вас остались вопросы, то можете задать их в комментариях. Сейчас наступил удобный момент для того, чтобы поделиться этим материалом с друзьями в соц сетях.

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.

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

Для работы в режиме переключения обычно используют резистор сопротивлением 5 кОм или выше. Выходное напряжение высокого уровня (лог.1) в режиме переключения будет равно напряжению питания. Выход низкого уровня (лог.0) должно быть не более 0,8 вольт.

Фотореле применяемое для уличного освещения, изобрели сравнительно недавно, но оно уже прочно вошло в практику городских коммунальных служб. Популярность этот прибор завоевал благодаря своим отличным эксплуатационным свойствам: надежность в работе и значительная экономия электроэнергии.

Если говорить конкретнее, то выгода от использования фотореле для уличного освещения заключается в том, что при наступлении темного времени суток та или иная зона освещается в автоматическом режиме. Фотореле с большой точностью может определить начало включения и отключения световых приборов, при этом за счет работы потенциометра автоматически контролирует уровень освещения.

Применяют фотореле также и в осветительных системах фасадов зданий, дворов, загородных домов, автостоянок, зоны видимости видеокамер при наступлении темноты, чтобы автоматизировать освещение витрин магазинов, вывесок и рекламных щитов.

Как устроено фотореле для уличного освещения

Зачастую фотореле уличного освещения называют – автомат уличного освещения. Основным его компонентом является фотодатчик, в качестве которого используется фотодиод. Фотодатчик может находиться в корпусе или снаружи. При первом варианте все устройство монтируют на улице. Во втором случае фотодатчик – на улице, а электронный блок устанавливают в электрическом щитке в помещении.

Большинство таких приборов на корпусе имеют механический выключатель и регулятор порога срабатывания для задания величины освещенности, при которой включается свет. В схеме также предусмотрены элементы, предназначенные для предотвращения ложных срабатываний провоцируемых помехами. Конструкция некоторых моделей имеет таймер, который отключает устройство в запрограммированное время. При этом, таймер можно запрограммировать так, чтобы его включение происходило в назначенный день недели.

В зависимости от условий эксплуатации бывают:

Рис. 1

Фотореле, имеющее регулировку порога срабатывания (рис. 2)

Рис. 2

Фотоэлемент внутри корпуса, снабженный таймером (рис. 3)

Рис. 3

Рис. 4

К основным техническим характеристикам относятся:

номинальное напряжение сети
номинальная частота сети
коммутируемый ток
диапазон срабатывания
мощность потребления от сети
максимальный диаметр подключаемых проводов
габариты
масса
допустимые колебания сети
диапазон температуры окружающей среды

Разбираемся в схеме простого фотореле своими руками

Простейшая схема фотореле состоит из двух транзисторов, фоторезистора, реле, диода и переменного резистора. В качестве транзисторов используются приборы типа КТ315Б, включенные по схеме составного транзистора, с нагрузкой которого является обмотка реле. Такая схема имеет большой коэффициент усиления и большое входное сопротивление, что позволяет включать в нее фоторезистор с большим сопротивлением.

При увеличении освещенности фоторезистора, включенного между коллектором и базой первого транзистора, происходит открывание этого транзистора и транзистора №2. В результате появления тока в коллекторной цепи второго транзистора произойдет срабатывание реле, которое своими контактами, в зависимости от его настройки, включит или выключит нагрузку.

Для защиты схемы от воздействия ЭДС самоиндукции при выключении реле включен защитный диод типа КД522. Для настройки чувствительности схемы между базой и эмиттером первого транзистора включается переменный транзистор номиналом в 10 кОм.

Кроме установки в жилых и подсобных помещениях, проходных площадок используют фотореле для уличного освещения. Схема подключения при этом зависит от количества выводов к системе света. Автоматы устанавливают в электрощите для зашиты электрической сети от перегрузки и замыкании — в этом и состоит принцип работы автоматических выключателей.

Питание такого фотореле может осуществляться от источника постоянного напряжения в 5 — 15 В. При этом, при напряжении источника в 6 вольт используются реле типа РЭС 9 или РЭС 47, а при напряжении питания в 12 В используются реле РЭС 15 или РЭС 49.

Для монтажа схемы можно создать специальную плату, при возможности – печатную. Затем укрепить на плате реле, транзисторы, переменный резистор, сделать отверстия для выводов элементов схемы и произвести соответствующие соединения с помощью монтажных проводов и паяльника.

Настройку схемы можно производить в затененной комнате с использованием лампы накаливания, у которой можно регулировать поток света.При необходимой освещенности подбирается порог срабатывания схемы с помощью переменного резистора. Если в дальнейшем не планируется подстройка порога срабатывания, то вместо переменного устанавливается постоянный резистор, сопротивление которого соответствует величине, полученной при регулировке.

Принцип действия

Работа фотореле для уличного освещения основана на свойствах фотодатчика, который контролирует величину освещенности. Принцип действия заключается в том, что при недостаточном уровне света (при наступлении сумерек) контакты замыкаются, вследствие этого происходит включение системы освещения. А на рассвете природная освещенность возрастает, что приводит к размыканию контактов и отключению источников искусственного света. Конструкция прибора для уличного освещения предусматривает возможность установки того диапазона чувствительности к свету, который будет наиболее рациональным к условиям его использования. То есть, устройство действует в зависимости от интенсивности освещения.

Устройство ИК приемника. Принцип работы

Приемники инфракрасного излучения получили широкое применение в электронной технике, благодаря своей доступной цене , простоте и удобству в использовании. Эти устройства позволяют управлять приборами с помощью пульта дистанционного управления и их можно встретить практически в любом виде техники.

Принцип работы IR ресивера. Обработка сигнала от пульта ДУ

ИК-приемник на Ардуино способен принимать и обрабатывать инфракрасный сигнал, в виде импульсов заданной длительности и частоты. Обычно ИК-приемник имеет три ножки и состоит из следующих элементов: PIN-фотодиод, усилитель, полосовой фильтр, амплитудный детектор, интегрирующий фильтр и выходной транзистор.

Под действием инфракрасного излучения в фотодиоде, у которого между p

и
n
областями создана дополнительная область из полупроводника (
i
-область), начинает течь ток. Сигнал поступает на усилитель и далее на полосовой фильтр, защищающий приемник от помех. Помехи могут создавать любые бытовые приборы.

Полосовой фильтр настроен на фиксированную частоту: 30; 33; 36; 38; 40 и 56 килогерц. Чтобы сигнал от пульта ДУ принимался ИК приемником Ардуино, пульт должен быть с той же частотой, на которую настроен фильтр в IR приемнике. После фильтра сигнал поступает на амплитудный детектор, интегрирующий фильтр и выходной транзистор.

Схема подключения

Рис. 5. Схема подключения

Схеме подключения фотореле с выносным датчиком

Датчик освещенности на ОУ

На рис. 2 изображена схема датчика освещенности с усилителем на базе операционного усилителя К140УД6.

Рис. 2. Схема датчика освещенности на ОУ.

Резистор положительной обратной связи R4 вводит в схему петлю гистерезиса с целью предотвращения паразитных колебаний. Без положительной обратной связи, при эксплуатации узла с источником питания с напряжением более 11 В, в такой схеме возникают паразитные колебания (усилитель самовозбуждается и генерирует ложные срабатывания реле).

Значение сопротивление резистора R4 установлено для напряжения источника питания 12 В. При увеличении Un сопротивление резистора R4 необходимо подобрать точнее. Чувствительность устройства регулируется переменным резистором R3.

Операционный усилитель DA1 включен по классической схеме с коэффициентом усиления 1. Диод VD1 защищает транзистор VT1 от бросков обратного напряжения при срабатывании реле.

Вместо микросхемы К140УД6 можно без изменений схемы применять однотипные операционные усилители К140УД608, К140УД7. Конденсатор С1 служит в схеме для фильтрации высокочастотных помех по напряжению. Транзистор VT1 можно заменить на КТ315А-КТ315В, КТ312А-КТ312В. Переменный резистор R3 типа СПЗ-1ВБ.

Модуль ИК дальномера KY-032

Модуль предназначен для обнаружения препятствий без непосредственного контакта с ними. На печатной плате модуля располагается ИК-светодиод и ИК-фотоприемник, когда интенсивность отраженного от препятствия излучения превышает заданный порог, формируется сигнал срабатывания датчика.

По данным продавцов 21, датчик может обнаруживать препятствия на расстоянии от 2 до 40 см. Автору настоящего обзора удалось добиться срабатывания датчика на расстоянии 5,5-3,5 см от белого препятствия (лист бумаги). Черную шероховатую поверхность (бокс CD-дисков) датчик не видит совсем, черную глянцевую поверхность датчик регистрирует расстояния около 2 см.

Согласно документации, для настройки частоты модуляции ИК-импульсов на частоту 38 кГц служит подстроечный резистор промаркированный 103, а для регулирования чувствительности датчика следует использовать подстроечный резистор промаркированный 507. как хорошо видно на предыдущих фотографиях на плате доставшейся автору оба переменных резистора имеют маркировку 103. Возможно это брак в данном конкретном устройстве. Может быть этим и объясняется малая дальность действия датчика.

Таким образом, с одно стороны датчик можно использовать по назначению, однако по факту этот датчик не превосходит более простые ИК-датчики расстояния [23]

5.4.1. Биполярные фототранзисторы

Транзистор, реагирующий на облучение световым потоком и способный одновременно усиливать фототок, называют фототранзистором.

В фототранзисторе переход коллектор-база представляет собой фотодиод. На рис.5.17, а показана структура фототранзистора, на рис. 5.17, б – схемное обозначение, а на рис. 5.17, в – его схема замещения.

Рис. 5.17. Фототранзистор: а – структура; б – обозначение; в – схема замещения

Биполярный фототранзистор может быть включен в схему по-разному. Если подать напряжение между базой и коллектором, сместив коллекторный переход в обратном направлении и оставив эмиттерный вывод неподключенным к схеме, то такое включение биполярного фототранзистора ничем не будет отличаться от схемы включения фотодиода. При поглощении квантов света в базовой и коллекторной областях образуются неравновесные пары носителей заряда (электроны и дырки). Неосновные носители (дырки в n-базе и электроны в p-коллекторе для транзистора р-п-р-типа) диффундируют к коллекторному переходу, втягиваются существующим там электрическим полем в коллекторный переход и проходят через него, создавая тем самым фототок ().

Однако биполярный фототранзистор обычно применяют при включении его по схеме с общим эмиттером. Поэтому рассмотрим принцип действия биполярного фототранзистора, включенного по схеме с общим эмиттером (ОЭ).

Рис. 5.18. Выходные характеристики фототранзистора в схеме ОЭ

Предположим вначале, что базовый вывод не подключен к схеме, т.е. ток базы равен нулю (= 0). В этом случае неосновные носители заряда, проходя через p—n-переход коллектора, создают тот же фототок (). Неравновесные основные носители (электроны в n-базе, возникшие из-за поглощения там квантов света, и электроны, пришедшие в базу из коллектора) оказываются в своеобразной потенциальной яме. Накопление в базе неравновесных основных носителей заряда понижает высоту потенциальных барьеров эмиттерного и коллекторного переходов. Из-за уменьшения высоты потенциального барьера эмиттерного перехода увеличивается инжекция дырок из эмиттера в базу. Соответственно возрастает и ток коллектора. Таким образом, накопленный в базе биполярного фототранзистора дополнительный заряд неравновесных основных носителей обеспечивает усиление фототока, т.е. при освещении результирующий ток коллектора равн:

Следовательно, фототок, пропорциональный световому потоку, играет роль тока базы, который в схеме с общим эмиттером усиливается в раз. Семейство выходных характеристик будет иметь вид (рис.5.18). Параметром семейства вместо входного тока базы выступает световой поток (Ф).

При подключении вывода базы к внешней схеме ток базы может изменяться при освещении фототранзистора. Степень изменения этого тока зависит от сопротивлений в цепи базы. Изменение тока базы происходит в результате выхода неравновесных электронов из нее во внешнюю базовую цепь. В результате накопленный в базе заряд основных носителей уменьшается, что уменьшает усиление фототока.

Таким образом, биполярный фототранзистор обладает наибольшей чувствительностью к облучению светом базовой области при включении по схеме с общим эмиттером и отключенной базе. Поэтому у первых конструкций биполярных фототранзисторов вывод базы вообще отсутствовал. Однако наличие вывода базы у биполярных фототранзисторов позволяет использовать не только оптическое, но и электрическое управление фототранзистором, осуществлять компенсацию посторонних внешних воздействий (например, изменение параметров, вызванное изменением температуры в процессе работы).

Для получения большего усиления фототока в фототранзисторах используют схему Дарлингтона (рис. 5.19). Из схемы

Структурная схема

Чтобы понять принцип работы фотореле необходимо разобраться с его составными частями. Среди конструктивных элементов могут быть следующие элементы:

Датчик (светочувствительный) – реагирует на изменения степени освещенности;
Датчик (фотоэлемента) – реагирует на изменения силы тока;
Усилитель для электрического тока;
Реле – коммутирующий элемент в устройстве.

Как выбрать?

Для того, чтобы правильно подобрать и подключить устройство своими руками, например, к прожектору, необходимо знать какой вам тип датчика необходим и какой будет наиболее удобным. Они бывают встроенные и выносные. При выборе обязательно нужно будет учитывать токовые характеристики устройства. Они обладают своими ограничениями в коммутации по току, выраженные в амперах.

Читайте также: