Fotodiyotlar ve fototransistörler, p-n yarı iletken bağlantı noktaları şeffaf bir kapak aracılığıyla ışığa maruz kalan yarı iletken cihazlardır, böylece harici ışık bağlantı boyunca bir elektrik iletimini reaksiyona sokabilir ve zorlayabilir.
Fotodiyotlar Nasıl Çalışır?
Bir fotodiyot, bir p-n bağlantısından oluşan normal bir yarı iletken diyot gibidir (örnek 1N4148), ancak bu bağlantı, şeffaf bir gövde aracılığıyla ışığa maruz kalır.
Çalışması, aşağıda gösterildiği gibi bir tedarik kaynağına ters taraflı bir şekilde bağlanan standart bir silikon diyot hayal edilerek anlaşılabilir.
Bu durumda, çok küçük bir kaçak akım dışında diyottan hiçbir akım geçmez.
Bununla birlikte, dış opak kapağı kazınmış veya çıkarılmış ve bir ters öngerilim kaynağıyla bağlanmış aynı diyota sahip olduğumuzu varsayalım. Bu, diyotun PN eklemini ışığa maruz bırakacak ve gelen ışığa yanıt olarak içinden anlık bir akım akışı olacaktır.
Bu, diyot boyunca 1 mA kadar bir akıma neden olabilir ve R1 boyunca yükselen bir voltajın gelişmesine neden olabilir.
Yukarıdaki şekildeki fotodiyot, aşağıda gösterildiği gibi zemin tarafına da bağlanabilir. Bu, fotodiyot harici ışıkla aydınlatıldığında R1 boyunca voltajın düşmesine neden olacak şekilde ters bir yanıt üretecektir.
Tüm P-N bağlantı tabanlı cihazların çalışması benzerdir ve ışığa maruz kaldıklarında foto iletkenlik sergileyecektir.
Bir fotodiyotun şematik sembolü aşağıda görülebilir.
Kadmiyum sülfür veya kadmiyum selenit fotosellerine kıyasla LDR'ler gibi fotodiyotlar genellikle ışığa daha az duyarlıdır, ancak ışık değişikliklerine tepkileri çok daha hızlıdır.
Bu nedenle LDR'ler gibi fotoseller genellikle görünür ışık içeren ve tepki süresinin hızlı olması gerekmeyen uygulamalarda kullanılır. Öte yandan, fotodiyotlar, çoğunlukla kızılötesi bölgede ışıkların hızlı algılanmasını gerektiren uygulamalarda özel olarak seçilir.
Fotodiyotları aşağıdaki gibi sistemlerde bulacaksınız. kızılötesi uzaktan kumanda devreleri ışın kesintisi röleleri ve izinsiz giriş alarm devreleri .
Kurşun sülfür (PbS) kullanan başka bir fotodiyot çeşidi daha vardır ve orada çalışma özelliği LDR'lere oldukça benzerdir, ancak yalnızca kızılötesi menzilli ışıklara yanıt vermek üzere tasarlanmıştır.
Fototransistörler
Aşağıdaki görüntü, bir fototransistörün şematik sembolünü göstermektedir
Fototransistör, genellikle şeffaf bir açıklığa sahip bir kapak içinde kapsüllenmiş iki kutuplu bir NPN silikon transistör şeklindedir.
Şeffaf açıklıktan ışığın cihazın PN bağlantısına ulaşmasını sağlayarak çalışır. Işık, cihazın açıktaki PN bağlantısı ile reaksiyona girerek foto iletkenlik eylemini başlatır.
Bir fototransistör, aşağıdaki iki devrede gösterildiği gibi çoğunlukla temel pimi bağlantısız olarak yapılandırılır.
Sol taraftaki şekilde, bağlantı fototransistörün artık bir fotodiyot gibi çalışacak şekilde ters önyargı durumunda olmasına neden olur.
Burada, cihazın taban toplayıcı terminalleri boyunca ışık nedeniyle üretilen akım, doğrudan cihazın tabanına geri beslenir, bu da normal akım amplifikasyonu ve cihazın toplayıcı terminalinden çıkış olarak dışarı akan akım ile sonuçlanır.
Bu yükseltilmiş akım, direnç R1 boyunca orantılı bir voltaj miktarının gelişmesine neden olur.
Fototransistörler, açık bir taban bağlantısı nedeniyle kollektörlerinde ve yayıcı pimlerinde aynı miktarda akım gösterebilir ve bu, cihazın olumsuz bir geri bildirim almasını önler.
Bu özellik nedeniyle, fototransistör yukarıdaki şeklin sağ tarafında gösterildiği gibi yayıcı ve toprak üzerinde R1 ile bağlanırsa, sonuç sol taraftaki konfigürasyon için olduğu gibi tam olarak aynıdır. Her iki konfigürasyon için anlamı, fototransistör iletimi nedeniyle R1 boyunca geliştirilen voltaj benzerdir.
Fotodiyot ve Fototransistör Arasındaki Fark
Çalışma prensibi iki muadil için benzer olsa da, aralarında birkaç göze çarpan fark vardır.
Bir fotodiyot, sadece birkaç yüz kilohertz ile sınırlı bir fototransistörün aksine, onlarca megahertz aralığında çok daha yüksek frekanslarla çalışacak şekilde derecelendirilebilir.
Bir fototransistörde baz terminalin varlığı, onu bir fotodiyot ile karşılaştırıldığında daha avantajlı hale getirir.
Bir fototransistör, aşağıda gösterildiği gibi tabanını toprağa bağlayarak bir fotodiyot gibi çalışacak şekilde dönüştürülebilir, ancak bir fotodiyot, bir fototransistör gibi çalışma yeteneğine sahip olmayabilir.
Baz terminalin bir başka avantajı, bir fototransistörün hassasiyetinin, aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi, cihazın baz vericisine bir potansiyometre sokularak değişken hale getirilebilmesidir.
Yukarıdaki düzenlemede cihaz, değişken hassasiyetli bir fototransistör gibi çalışır, ancak pot R2 bağlantıları çıkarılırsa, cihaz normal bir fototransistör gibi davranır ve eğer R2 toprağa kısa devre yapılırsa, cihaz bir fotodiyota dönüşür.
Öngerilim Direncinin Seçilmesi
Yukarıda gösterilen tüm devre şemalarında, R1 değerinin seçimi genellikle cihazın voltaj kazancı ve bant genişliği yanıtı arasındaki bir dengedir.
R1 değeri arttıkça, voltaj kazancı artar, ancak yararlı çalışma bant genişliği aralığı azalır ve bunun tersi de geçerlidir.
Ayrıca, R1'in değeri, cihazların kendi lineer bölgelerinde çalışmaya zorlanacağı şekilde olmalıdır. Bu, bazı deneme yanılma ile yapılabilir.
Pratik olarak 5V ve 12V arasındaki çalışma voltajları için 1K ile 10K arasındaki herhangi bir değer genellikle R1 olarak yeterlidir.
Darlington fototransistörleri
Bunlar normal bir darlington transistör iç yapısı ile. Dahili olarak bunlar, aşağıdaki şematik sembolde gösterildiği gibi birbirine bağlanmış iki transistör kullanılarak oluşturulur.
Bir fotodarlington transistörün duyarlılık spesifikasyonları, normal bir fototransistörün yaklaşık 10 katı daha yüksek olabilir. Bununla birlikte, bu birimlerin çalışma frekansı normal tiplerden daha düşüktür ve sadece 10s kilohertz ile sınırlı olabilir.
Fotodiyot Fototransistör Uygulamaları
Fotodiyot ve fototransistör uygulamasının en iyi örneği, alanında olabilir. ışık dalgası sinyal alıcıları veya fiber optik iletim hatlarındaki dedektörler.
Bir optik fiberden geçen ışık dalgası, hem analog hem de dijital tekniklerle etkili bir şekilde modüle edilebilir.
Fotodiyotlar ve fototransistörler ayrıca, dedektörlerin aşamalarını yapmak için yaygın olarak kullanılır. optokuplörler ve kızılötesi ışık huzmesi kesinti cihazları ve davetsiz misafir alarm cihazları.
Bu devreleri tasarlarken sorun, ışığa duyarlı cihazların üzerine düşen ışığın yoğunluğunun çok güçlü veya zayıf olabilmesi ve ayrıca bunların rastgele görünür ışıklar veya kızılötesi girişim şeklinde harici rahatsızlıklarla karşılaşabilmesidir.
Bu sorunları gidermek için, bu uygulama devreleri normalde belirli bir kızılötesi taşıyıcı frekansına sahip optik bağlantılarla çalıştırılır. Ayrıca, alıcının giriş tarafı bir ön amplifikatör ile güçlendirilmiştir, böylece optik bağlantı sinyallerinin en zayıfı bile rahatça algılanır ve bu da sisteme geniş bir hassasiyet aralığı sağlar.
Aşağıdaki iki uygulama devresi, bir kusursuz uygulama 30 kHz taşıyıcı modülasyon frekansı ile fotodiyotlar kullanılarak yapılabilir.
Bunlar seçici ön yükseltici tabanlı fotodiyot alarm devreleri ve belirli bir frekans bandına yanıt vererek sistemin hatasız çalışmasını sağlar.
Üst tasarımda, L1, C1 ve C2, bir kızılötesi optik bağlantıdan amaçlanan 30 Hz frekansı dışındaki tüm diğer frekansları filtreler. Bu tespit edildiğinde, Q1 tarafından daha da güçlendirilir ve çıkışı, bir alarm sistemini çalmak için aktif hale gelir.
Alternatif olarak, sistem, optik bağlantı kesildiğinde bir alarmı etkinleştirmek için kullanılabilir. Bu durumda transistör, fototransistör üzerindeki 30 Hz IR odağı aracılığıyla kalıcı olarak aktif tutulabilir Daha sonra, transistörden çıkan çıktı başka bir NPN aşaması kullanılarak ters çevrilebilir, böylece 30 Hz IR ışını kesintisi Q1'i KAPATIR ve ikinci NPN transistörünü AÇIK konuma getirir. Bu ikinci transistör, üst devrede Q2 toplayıcısından bir 10 uF kapasitör aracılığıyla entegre edilmelidir.
Bu uygulama için 20 kHz olan frekans aralığı dışında, alt devre işlevi transistörlü versiyona benzer. Aynı zamanda, 20 kHz'lik bir modülasyon frekansına sahip IR sinyallerini tespit etmek için ayarlanmış seçici bir ön yükseltici algılama sistemidir.
20 kHz'de ayarlanmış bir IR ışını fotodiyot üzerinde odaklanmış kaldığı sürece, op amp'in ters çevirmeyen pimindeki potansiyel bölücü çıkışını aşan, op amp'in ters çeviren giriş pini2 üzerinde daha yüksek bir potansiyel yaratır. Bu, op amp'den çıkan RMS'nin sıfıra yakın olmasına neden olur.
Ancak, ışının kesintiye uğradığı an, pim2'de ani bir potansiyel düşüşüne ve pim3'te bir potansiyelin artmasına neden olur. Bu, bağlı olanı etkinleştiren op amp çıkışındaki RMS voltajını anında yükseltir alarm sistemi .
C1 ve R1, herhangi bir istenmeyen sinyali toprağa atlamak için kullanılır.
Sistemin yalnızca D1 ve D2'de IR sinyalleri aynı anda kesintiye uğradığında etkinleştirilmesi için iki foto diyot D1 ve D2 kullanılır. Fikir, insanlar gibi yalnızca uzun dikey hedeflerin algılanması gereken yerlerde kullanılabilirken, hayvanlar gibi daha kısa hedeflerin serbestçe geçmesine izin verilebilir.
Bu D1 ve D2'yi uygulamak için dikey ve birbirine paralel olarak kurulmalıdır, burada D1 yerden bir fit yukarıda ve D2 düz bir çizgide D1'in yaklaşık 3 fit yukarısına yerleştirilebilir.
Bir çift: Otomobiller için Buz Uyarı Devresi Sonraki: Kahkaha Sesi Simülatörü Devresi
