Андрей Смирнов
Время чтения: ~14 мин.
Просмотров: 0

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

Пошаговая инструкция по монтажу

Сразу же хотелось бы немного отойти от темы и посоветовать Вам одновременно осуществлять подключение фотореле и датчика движения для освещения. В паре эти два устройства позволят включать светильник при наступлении темноты, только в том случае, если в зоне обнаружения появился человек. Если на участке никого не будет, то лампочки загораться не будут, что позволит значительно сэкономить электроэнергию.

Способ установки зависит от того, какой класс защиты и тип крепления сумеречного выключателя света Вы купили.

На сегодняшний день существуют различные варианты изготовления, а именно:

  • с креплением на DIN-рейку, на стену либо на горизонтальную поверхность;
  • уличный либо комнатный вариант использования (зависит от класса защиты IP);
  • фотоэлемент встроенный либо внешний.

В инструкции мы предоставим для примера установку фотореле для уличного освещения с настенным креплением. Подключение осуществляется на стенде для удобства, тем более что это всего лишь пример.

Итак, для того, чтобы самому подключить фотореле к светильнику, Вы должны выполнить следующие пункты:

  1. Отключаем электроэнергию на вводном щитке и проверяем наличие тока в распределительной коробке, от которой будем вести провод.
  2. Протягиваем питающий провод к месту установки фотореле (рядом с осветительным прибором). Рекомендуем Вам для подключения сумеречного выключателя использовать трехжильный провод ПВС, который зарекомендовал себя как надежный и не слишком дорогой вариант проводника.
  3. Зачищаем жилы от изоляции на 10-12 мм, чтобы подключить их в клеммы.
  4. Создаем отверстия в корпусе под заведение жил для того, чтобы подключить фотореле к сети и светильнику.
  5. Чтобы повысить герметичность корпуса, крепим в вырезанных отверстиях специальные резиновые уплотнители, защищающие от попадания пыли и влаги внутрь. Кстати, размещать сумеречный выключатель нужно таким образом, чтобы вводные отверстия были снизу, что предотвратит проникновение влаги под крышку.
  6. Осуществляем подключение фотореле для уличного освещения согласно электрической схеме, которую мы предоставили выше. Как видно на фото, вводная фаза подключается к разъему L, а вводная нейтраль к N. Для заземления предназначена отдельная винтовая клемма с соответствующим обозначением.
  7. Отрезаем нужную длину провода для подключения фотореле к лампочке (в реальности это может быть даже светодиодный прожектор). Зачищаем изоляцию также на 10-12 мм и подсоединяем к клеммам N’ и L’ соответственно. Второй конец проводника подводим к источнику света и присоединением к клеммам патрона. Если корпус светильника не проводит ток, заземление подключать не нужно.
  8. Установка и подключение окончены, переходим к настройке фотореле своими руками. Тут ничего сложного нет, в комплекте присутствует специальный черный пакетик, который необходимо для того, чтобы сымитировать ночь. На корпусе датчика освещенности можно увидеть регулятор (подписан аббревиатурой LUX), который служит для выбора интенсивности освещения, при котором произойдет срабатывание реле. Если Вы желаете сэкономить электроэнергию, установите поворотный регулятор на минимум (отметка «-»). В этом случае сигнал о включении будет подаваться при полной темноте на улице. Обычно регулятор находится рядом с винтовыми клеммами, немного левее и выше (как показано на фото).
  9. Последний шаг подключения фотореле – крепление защитной крышки и включение электроэнергии на щите. Как только Вы это сделаете, можно переходить к тестированию устройства.

Вот и все, что хотелось рассказать Вам о том, как установить и подключить фотореле своими руками. Также рекомендуем Вам просмотреть наглядный видео урок, в котором подробно показывается вся сущность электромонтажа.

Инструкция по подсоединению фотореле фирмы Feron

Напоследок следует сказать о том, какие производители сумеречных выключателей являются наиболее качественными. На сегодняшний день рекомендуется отдавать предпочтение продукции от таких компаний, как Legrand (легранд), ABB, Schneider electric и IEK. Кстати, у последней фирмы есть довольно надежная модель – ФР-601, которая имеет множество положительных отзывов на форумах.

Похожие материалы:

  • Схема подключения прожектора к фотореле и датчику движения
  • Способы соединения проводов в распределительной коробке
  • Как заменить электропроводку в квартире

Как работает фоторезистор

Когда свет падает на фоторезистор, некоторые из валентных электронов поглощают энергию света и разрушают связь с атомами. 

Валентные электроны, которые разрушают связь с атомами, называются свободными электронами.

Когда энергия света, приложенная к фоторезистору, сильно увеличивается, большое количество валентных электронов получает достаточно энергии от фотонов и разрушает связь с родительскими атомами. 

Большое количество валентных электронов, которые нарушают связь с родительскими атомами, попадет в зону проводимости.

Электроны, присутствующие в зоне проводимости, не принадлежат ни одному атому. 

Следовательно, они свободно перемещаются из одного места в другое.

Электроны, которые свободно перемещаются из одного места в другое, называются свободными электронами.

Когда валентный электрон покинул атом, в определенном месте атома, из которого вышел электрон, создается пустое место. 

Это место называется дырой. Следовательно, свободные электроны и дырки генерируются в виде пар.

И свободные электроны, и дырки будут нести электрический ток.

Количество электрического тока, протекающего через фоторезистор, зависит от количества генерируемых носителей заряда (свободных электронов и дырок).

Когда энергия света, приложенная к фоторезистору, увеличивается, число носителей заряда, генерируемых в фоторезисторе, также увеличивается. 

В результате электрический ток, протекающий через фоторезистор, увеличивается.

Увеличение электрического тока означает снижение сопротивления. Таким образом, сопротивление фоторезистора уменьшается, когда интенсивность приложенного света увеличивается.

Фоторезисторы делаются из полупроводника с высоким сопротивлением, такого как кремний или германий. Они также сделаны из других материалов, таких как сульфид кадмия или селенид кадмия.

При отсутствии света фоторезисторы действуют как материалы с высоким сопротивлением, тогда как при наличии света фоторезисторы действуют как материалы с низким сопротивлением.

Советуем вам посмотреть лучшее видео на тему фоторезистора, в котором вы узнаете очень подробно принцип работы фоторезистора:

//www.youtube.com/embed/4NIhxgyrKjo

Основные понятия и устройство

Фоторезистор – это полупроводниковый прибор, сопротивление которого (если удобно – проводимость) изменяются в зависимости от того, насколько сильно освещена его чувствительная поверхность. Конструктивно встречаются в различных исполнениях. Наиболее распространены элементы такой конструкции, как изображено на рисунке ниже. При этом для работы в специфических условиях можно найти фоторезисторы, заключенные в металлический корпус с окошком, через которое попадает свет на чувствительную поверхность. Ниже вы видите его условное графическое обозначение на схеме.

Интересно: изменение сопротивления под воздействием светового потока называется фоторезистивным эффектом.

Принцип действия заключается в следующем: между двумя проводящими электродами находится полупроводник (на рисунке изображен красным), когда полупроводник не освещен – его сопротивление велико, вплоть до единиц МОм. Когда эта область освещена её проводимость резко возрастает, а сопротивление соответственно падает.

В качестве полупроводника могут использоваться такие материалы как: сульфид Кадмия, Сульфид Свинца, Селенит Кадмия и другие. От выбора материала при изготовлении фоторезистора зависит его спектральная характеристика. Простыми словами – диапазон цветов (длин волн) при освещении которыми будет корректно изменяться сопротивление элемента. Поэтому выбирая фоторезистор, нужно учитывать в каком спектре он работает. Например, под УФ-чувствительные элементы нужно подбирать те виды излучателей, спектральные характеристики которых подойдут к фоторезисторам. Рисунок, который описывает спектральные характеристики каждого из материалов изображен ниже.

Одним из часто задаваемых вопросов является «Есть ли полярность у фоторезистора?» Ответ – нет. У фоторезисторов нет p-n перехода, поэтому не имеет значения, в каком направлении протекает ток. Проверить фоторезистор можно с помощью мультиметра в режиме измерения сопротивления, измерив сопротивление освещенного и затемненного элемента.

Примерную зависимость сопротивления от освещенности вы можете видеть на графике ниже:

Здесь показано, как изменяется ток при определенном напряжении в зависимости от количества света, где Ф=0 – темнота, а Ф3 – яркий свет. На следующем графике приведено изменение тока при постоянном напряжении, но изменяющейся освещенности:

На третьем графике вы видите зависимость сопротивления от освещенности:

На рисунке ниже вы можете наблюдать как выглядят популярные фоторезисторы производства СССР:

Современные же фоторезисторы, нашедшие широкое распространение в практике самодельщиков, выглядят немного иначе:

Для обозначения элемента обычно используется буквенная маркировка.

Общие характеристики

Несмотря на определенные различия в конструкции и физических свойствах, все типы фоторезисторов имеют общие характеристики. Одним из основных параметров считается чувствительность, зависящая от длины световой волны. В случае расположения длины волны за пределами рабочего диапазона, свет никак не будет влиять на устройство, то есть фоторезистор не реагирует на световые волны в данном диапазоне.

Каждый материал, применяемый для изготовления данных элементов, содержит собственные характеристики, обладает индивидуальными уникальными спектральными кривыми отклика волны по отношению к чувствительности. Например, устройства с внешним фотоэффектом лучше всего работают с большой длиной световых волн, со смещением в сторону инфракрасного сектора.

Задействовать фоторезисторы в инфракрасном диапазоне следует с осторожностью, чтобы не допустить перегрева. Получившийся тепловой эффект может оказать влияние на данные измерений в связи с изменением сопротивления элемента

По сравнению с фото транзисторами и фотодиодами, фоторезистор обладает более низкой чувствительностью. Дело в том, что два первых устройства относятся к полупроводникам, в которых электроны и дырки, движущиеся потоком через PN-переход, управляются с помощью света. В фоторезисторах такой переход отсутствует, поэтому их характеристики не совпадают.

При стабильной интенсивности светового потока, сопротивление фоторезисторов может все равно подвергнуться существенным изменениям из-за перепадов температуры, поскольку они обладают повышенной чувствительностью к таким перепадам. В связи с этим, данное устройство нельзя использовать для точных измерений интенсивности света.

Следующее свойство, характеризующее фоторезистор, называется инертностью. Этот параметр представляет собой время задержки между изменяющимся освещением и сопротивлением, которое также изменяется при перепадах освещения. При изучении данной характеристики было установлено, что сопротивление фоторезистора падает до минимальной отметки под действием полного освещения примерно за 10 миллисекунд.

Максимального значения фоторезистор достигает при полном отсутствии света примерно за 1 секунду. В связи с этим, подобные устройства не могут использоваться в местах, где обязательно учитывается наличие резких перепадов напряжения.

Теоретические сведения

Электрическим зарядом называется способность тел создавать электромагнитное поле. В физике раздел электростатики изучает взаимодействия неподвижных относительно выбранной инерциальной системы отчета зарядов.

В чем измеряется

Единица измерения в системе СИ называется «Кулон» – это электрический заряд, проходящий через сечение проводника 1 Ампер за 1 секунду.

Буквенное обозначение – Q или q. Может принимать как положительные, так и отрицательные значения. Название носит в честь физика Шарля Кулона, он вывел формулу для нахождения сил взаимодействия между ними, она называется «Закон Кулона»:

В ней q1, q2 – модули зарядов, r – расстояние между ними, k – коэф-т пропорциональности.

Формула похожа на закон притяжения, в принципе она и описывает подобное взаимодействие. Он имеет наименьшую массу. Его электрический заряд отрицателен и он равен:

-1.6*10^(-19) Кл

Позитрон – это противоположная величина электрону, также состоит из одного положительного элементарного заряда.

Кроме того, что он дискретен, квантуется или измеряется порциями, для него еще и справедлив Закон сохранения зарядов, который говорит о том, что в замкнутой системе могут возникать только одновременно заряды обоих знаков. Простым языком – алгебраическая (с учетом знаков) сумма зарядов частиц и тел, в замкнутой (изолированной) системе всегда остается неизменной. Он не изменяется со временем или при движении частицы, он постоянен в течение её времени жизни. Простейшие заряженные частицы условно сравнивают с электрическими зарядами.

Закон сохранения электрических зарядов впервые подтвердил Майкл Фарадей в 1843 году. Это один из фундаментальных законов физики.

Проводники, полупроводники и диэлектрики

В проводниках есть много свободных зарядов. Они свободно перемещаются по всему объему тела. В полупроводниках свободных носителей почти нет, но если передать телу небольшую энергию они образуются, в результате чего тело начинает проводить электрический ток, т.е. электрические заряды начинают движение. Диэлектриками называют вещества, где число свободных носителей минимально, поэтому ток через них протекать не может или может при определенных условиях, например, очень высокое напряжение.

Схема фотореле на фоторезисторах. Принцип работы и область применения

Фоторезистор, представляет собой непроволочный полупроводниковый резистор, омическое сопротивление которого определяется степенью освещенности . В основе принципа действия фоторезисторов лежит явление фотопроводимости полупроводников. Фотопроводимость — увеличение электрической проводимости полупроводника под действием света. Причина фотопроводимости — увеличение концентрации носителей заряда — электронов в зоне проводимости и дырок в валентной зоне. Схема устройства фотоэлементов с внутренним фотоэффектом, носящих название фотосопротивлений (ФС) или фоторезисто¬ров, приведена на рис. 16-а. Фотосопротивление представляет собой стеклянную пластинку, покрытую тонким слоем полупроводникового материала (сернистого свинца, сернистого висмута, сернистого кадмия), на котором расположены токопроводящие электроды. Сущность внутреннего фотоэффекта сводится к следующему. Известно, что электропроводимость связана с количеством носите¬лей заряда, который имеет тот или иной материал. В полупровод¬никах количество носителей электрических зарядов может увеличиваться вследствие поглощения энергии извне, в частности под воздействием световой энергии. Увеличение количества носителей электрических зарядов в мате¬риале повышает, его способность проводить электрический ток.


Рис.16 Фотосопротивление В результате этого уменьшается электрическое сопротивление осве-щаемого материала. Отличительная особенность фотосопротивлений от фотоэлемен¬тов с внешним фотоэффектом заключается в том, что при внешнем фотоэффекте электроны покидают пределы освещенного материала, а при внутреннем фотоэффекте они остаются внутри материала, увеличивая тем самым количество носителей электрических зарядов. Изменение проводимости в полупроводниках под воздействием света может быть очень большим. В некоторых материалах при переходе от темноты к интенсивному освещению сопротивление уменьшается в десятки раз и соответственно изменяется величина тока в цепи фотосопротивлений (рис. 16-б). Светочувствительный слой полупроводникового материала в таких сопротивлениях помещен между двумя токопроводящими электродами. Под воздействием светового потока электрическое сопротивление слоя меняется в несколько раз (у некоторых типов фотосопротивлений оно уменьшается на два- три порядка). В зависимости от применяемого слоя полупроводникового материала фотосопротивления подразделяются на сернистосвинцовые, сернистокадмиевые, сернисто-висмутовые и поликристаллические селенокадмиевые. Фотосопротивления обладают высокой чувствительностью, стабильностью, экономичны и надежны в эксплуатации. В целом ряде случаев они с успехом заменяют вакуумные и газонаполненные фотоэлементы. Основной областью применения фоторезисторов является автоматика, где они в некоторых случаях с успехом заменяют вакуумные и газонаполненные фотоэлементы. Обладая повышенной допустимой мощностью рассеивания по сравнению с некоторыми типами фотоэлементов, фоторезисторы позволяют создавать простые и надежные фотореле без усилителей тока. Такие фотореле незаменимы в устройствах для телеуправления, контроля и регулирования, в автоматах для разбраковки, при сортировке и счете готовой продукции, для контроля качества и готовности самых различных деталей. Широко используются фоторезисторы в полиграфической промышленности при обнаружении обрывов бумажной ленты, контроле за количеством листов, подаваемых в печатную машину. В измерительной технике фоторезисторы применяются для измерения высоких температур, для регулировки температуры в различных технологических процессах. Контроль уровня жидкости и сыпучих тел, защита персонала от входа в опасные зоны, контроль за запыленностью и задымленностью самых различных объектов, автоматические выключатели уличного освещения и турникеты в метрополитене — вот далеко не полный перечень областей применения фоторезисторов.

Схема включения фоторезисторов:

Рис.17 Схема фотореле на фоторезисторе При определенном освещении сопротивление фотоэлемента уменьшается, а, следовательно, сила тока в цепи возрастает, достигая значения, достаточного для работы какого- либо устройства (схематично показано в виде некоторого сопротивления нагрузки).

Фотосопротивление — тип

Фотоэлемент с внутренним фотоэффектом ( фотосопротивление.| Вентильный фотоэлемент.| Регулятор температуры типа, / v.

Фотосопротивления типа ФС-4 ( сернисто-свинцовые) и ФС-К.

Зависимость эдс шумов от приложенного напряжения у ФС-А1.

Фотосопротивления типа ФС-А удобны в обращении. Они сконструированы таким образом, что их можно включать в самую обычную радиоламповую панель. При работе с ними следует лишь учитывать, что их не рекомендуется применять в условиях значительно повышенной влажности. Кроме того, нужно иметь в виду, что слишком повышенное напряжение, приложенное к фотосопротивлению, может привести к выходу его из строя.

Фотосопротивления типов ФС-КО, ФС-К1 и ФС-К2 допускают рабочие токи порядка 1 — 2 ма при длительной эксплуатации и 20 — 30 ма — в импульсном режиме.

Удельная чувствительность фотосопротивления типа ФСК-4 составляет 6000 мка / лм-в. Напряжение, приложенное к нему, равно 20 в.

Удельная чувствительность фотосопротивления типа ФСК-4 составляет 6000 мка / лм — в. Напряжение, приложенное к нему, равно 20 в.

Большим недостатком фотосопротивлений типа ФС-К является значительная инерционность.

Схемы включения фотосопротивлений.

Наибольшее распространение получили фотосопротивления типа ФС-КО, ФС-К1, ФС-К2, ФС-К6, ФС-КМ и др. изготовляемые из сернистого кадмия. Максимум чувствительности этих фотосопротивлений расположен в области видимого света. Фотосопротивления этого типа отличаются большой чувствительностью. Фотосопротивления ФСК-П и ФСК-Г2 герметизированы.

Максимальная интегральная чувствительность фотосопротивлений типа ФС-А превышает чувствительность вакуумных фотоэлементов типа СЦВ в 300 раз, для фотосопротивлений ФС-К это превышение достигает 105 раз, а для ФС-Д — в 1 5 105 раз. Благодаря большой мощности рассеяния фотосопротивления могут быть использованы в схемах без применения усилителен, так как ток через них при длительном режиме их работы может достигать 1 ма, а в импульсном режиме — 30 — 50 ма. В схеме фотореле могут быть использованы обычные электромагнитные реле телефонного типа.

Для дозиметрии наиболее подходят фотосопротивления типа ФСК-М, чувствительные к гамма — и рентгеновым лучам. Для фотометрии могут быть применены различные типы фотосопротивлений-в зависимости от требуемой спектральной характеристики.

Схема дозиметрической установки с полупроводниковым датчиком для измерения слабых интенсивностей и доз рентгеновского излучения.

Для дозиметрии наиболее подходят фотосопротивления типа ФСК-М, чувствительные к гамма — и рентгеновым лучам. Для фотометрии могут быть применены различные типы фотосопротивлений в зависимости от требуемой спектральной характеристики.

В последнее время разработаны сульфидо-свинцовые фотосопротивления типа В. Они позволяют регистрировать излучение очень слабых источников радиации, имеющих температуру лишь 100 С.

О фоторезисторах

Фоторезисторы, также известные как светозависимые резисторы (LDR) или фотоэлементы, представляют собой недорогие переменные резисторы, сопротивление которых изменяется в зависимости от количества света, попадающего на его поверхность. В темных условиях сопротивление высокое; в светлых условиях сопротивление ниже.

Из-за неточной природы фоторезисторов, они не подходят для измерения точных уровней света, но способны обнаруживать изменения. Они могут использоваться для реагирования на такие события, как переход от дневного к ночному (и наоборот) режиму для домашней автоматизации и садоводства, и часто используются для управления уличным освещением. Фоторезисторы, размещенные внутри корпуса, могут обнаруживать, когда он открывается, или обнаруживать присутствие объектов, которые блокируют датчик.

Код и схемы ниже описывают использование фоторезистора с Arduino. Наш урок не является подробным руководством, и новичкам, которые не знакомы с Ардуино, мы рекомендуем взглянуть на другие уроки на нашем сайте по изучению основ Arduino. Люди с опытом в области электронной инженерии могут предпочесть более продвинутый курс, который охватывает проводку, установку и программирование Arduino и взаимодействие с LabView. Но надеемся, что наш урок будет полезен всем.

Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Максим Иванов
Наш эксперт
Написано статей
129
Ссылка на основную публикацию
Похожие публикации