Prinsip Operasi Penderia Optik Litar asas penderia optik ditunjukkan dalam Rajah 2-2.1(a). Anod LED disambungkan ke talian kuasa VCC melalui perintang RE dan katod dibumikan. Arus hadapan IF mengalir melalui LED dan memancarkan cahaya inframerah yang tidak dapat dilihat oleh mata. Pengumpul transistor foto disambungkan ke talian kuasa VCC melalui perintang RL dan pemancar dibumikan. Selanjutnya, pengumpul akan disambungkan ke terminal input pembanding atau IC peringkat seterusnya. Peranti pemancar dan pengesan cahaya disusun seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 2-2.1(b). Apabila plat pemotong cahaya, iaitu, sasaran untuk dikesan berada di antara pemancar dan pengesan, transistor foto dimatikan dan potensi pada pengumpul meningkat. Sebaliknya, apabila ia dikeluarkan, transistor dihidupkan dan potensi pengumpul jatuh. Dengan kata lain, kewujudan bahan dikesan dan ditukar menjadi isyarat elektrik tanpa menghubunginya. Biasanya, isyarat ini adalah input kepada litar pemprosesan isyarat yang berjaya pada peringkat seterusnya untuk mengawal pelbagai fungsi persisian.
Rajah 2-2.1 – Prinsip operasi penderia optik
Prosedur Reka Bentuk Untuk Litar Sensor Optik Pertama, dapatkan nilai RE dan RL. Dalam Rajah 2-2.1(a), apabila susutan voltan hadapan LED ialah VF, arus IF yang mengalir ke LED diberikan oleh: (1) IF=(VCC-VF) / RE dan ia adalah perlu untuk memenuhi (2 ) IF=IF (MAX) (Ta=TOPR (MAX)) Dari (1) dan (2), RE diberikan oleh formula berikut: (3) IF=(VCC-VF) / IF (MAX) Seperti yang boleh dilihat dalam Rajah 2-2.2, lebih besar IF, lebih banyak output optik IE akan dihasilkan dan oleh itu, adalah perlu untuk mengira IF (MIN) dengan mengambil kira turun naik kerugian yang dibenarkan IF dan IE selepas memutuskan RE. Nilai Betul RL: Dapatkan nilai had atas RL Dalam Rajah 2-2.1(b), apabila plat pemotong cahaya berada di dalam, arus elektrik foto IL yang dihasilkan oleh pancaran cahaya daripada LED tidak mengalir ke transistor foto tetapi foto bocor arus IL' dan arus gelap, Id, hanya mengalir. Potensi pengumpul VOH pada masa ini ialah: VOH=VCC – RL x (Id +IL') Walau bagaimanapun, diandaikan bahawa arus input/output ke/dari peringkat seterusnya boleh diabaikan.
Rajah 2-2.2
Memandangkan Id meningkat dengan cepat dengan kenaikan suhu ambien seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 2-1.5, dengan mengandaikan voltan masukan tahap tinggi peringkat seterusnya ialah VIH, adalah perlu untuk memenuhi perkara berikut: VIH< voh="" di="" ta="Topr" (max)="" rl="(VCC" –="" vih)="" (id="" +="" il="" kemudian,="" dapatkan="" nilai="" had="" bawah="" rl.="" apabila="" plat="" pemotong="" cahaya="" tidak="" berada="" di="" dalam,="" cahaya="" diterima="" oleh="" transistor="" foto="" dan="" il="" arus="" cahaya="" dan="" id="" +="" il'="" yang="" disebutkan="" di="" atas="" mengalir="" ke="" transistor="" foto.="" biasanya,="" melainkan:="" il="Id" +="" il'="" ia="" menjadi="" sukar="" untuk="" membezakan="" kewujudan="" plat="" pemotong="" cahaya="" dari="" sudut="" pandangan="" nisbah="" s/n,="" vol="" potensi="" pengumpul="" pada="" masa="" ini="" ialah="" (4)="" vol="VCC" –="" rl="" (il="" +="" id="" +="" il')="" dengan="" andaian="" bahawa="" voltan="" masukan="" peringkat="" rendah="" ke="" peringkat="" seterusnya="" ialah="" vil'="" adalah="" perlu="" untuk="" memenuhi="" (5)="" vil=""> Formula VOL (4) dan (5) mesti dipenuhi walaupun pada nilai had bawah IL. Nilai had bawah IL (MIN) ialah: IL (MIN )=CTR (MIN) x Dt x DTa x Dn
Rajah 2-1.5
Dt: Faktor degradasi CTR semasa operasi (Rajah 2-1.7) DTa: variasi suhu CTR (Rajah 2-1.6) Dn: Variasi CTR daripada habuk dan kotoran Daripada formula (4) dan (5), RL=(VCC – VIL ) / (IL(MIN) + Id + IL') Semakin kecil RL, semakin singkat masa penukaran. BAGAIMANA UNTUK MENDAPATKAN CIRI-CIRI GAMBARAN PERANTI PEMANCAR DAN PENERIMAAN CAHAYA Dalam berikut, ciri gandingan peranti pemancar dan pengesan cahaya dikira sebagai reka bentuk awal untuk melihat sama ada ia boleh digunakan. Kemudian, sebagai langkah kedua kaedah untuk menyemak operasi sebenar, dsb. Ciri Gandingan Reka Bentuk Permulaan bagi produk perwakilan ditunjukkan dalam Rajah 2-4.1 ~ 2-4.3. Gambar rajah ciri seperti ini agak berbeza bergantung pada gabungan peranti pemancar cahaya dan pengesan. Secara amnya, apabila d> 1 cm atau lebih dalam kaedah pengiraan berikut, ciri-ciri ini boleh diperolehi secara kasar tanpa menyiasatnya secara individu.
(kiri)Rajah 2-4.1 – Ciri gandingan TLN108 dan TPS601A (kanan) Rajah 2-4.2 – Ciri gandingan TLN105B dan TPS703
Rajah 2-4.3 – Ciri gandingan TLN107A dan TPS608A
Mula-mula, baca intensiti sinaran IE (MIN) peranti pemancar cahaya dan IL (MIN) arus cahaya peranti pengesan cahaya mengikut keadaan yang ditunjukkan dalam helaian data. Oleh kerana keamatan sinaran IE (mW/sr) adalah bersamaan dengan kejadian sinaran EO (mW/cm2) yang dipancarkan pada kawasan 1 cm2 pada jarak 1 cm, kejadian sinaran yang boleh diperolehi E (sebenar) pada jarak d cm diperolehi dengan formula berikut: E (Sebenar) ~ IE/d2 (mW/cm2) Dengan mengandaikan bahawa kejadian sinaran peranti pengesan cahaya pada keadaan sensitiviti pengesan cahaya ialah E arus cahaya IL (sebenar) dalam keadaan berganding diperoleh seperti berikut: IL (sebenar)=IL x(E (sebenar) / E) Apabila arus cahaya yang diterima adalah sangat kecil dan sukar untuk mereka bentuk litar peringkat akhir, tingkatkan arus hadapan DC JIKA peranti pemancar cahaya atau tingkatkan intensiti sinaran IE (mW/sr ) dengan arus ke hadapan nadi. Sebagai contoh buat pemeriksaan di bawah syarat berikut: Pemancar: IE(MIN)=1 mW/sr pada IF=20 mA Pengesan: IL(MIN)=20 μA pada E=0.1 mW/cm2, VCE=3V Jarak antara Pemancar dan Pengesan: d=1.5 cm E (sebenar) (MIN)=IE / d2=1 x (1/1.52)=0.44 mW/cm2 (MIN) IL (sebenar) (MIN) ~ (E (sebenar) / E) x IL (MIN)=(0.44 / 0.1) x 20 μA=88 μA Memandangkan IL (sebenar)(MIN) ialah 88 μA, tidak mungkin untuk memacu TTL secara langsung, tetapi IC C-MOS boleh disambungkan. Kemudian, sementara beban pada peranti penerima cahaya diputuskan mengikut voltan bekalan, kelajuan pensuisannya sangat bergantung pada nilai beban dan perlu menyemaknya terlebih dahulu. Litar Aplikasi Penderia Foto Litar Aplikasi LED Inframerah Oleh kerana output kuasa Po, peranti inframerah bergantung pada arus hadapan LED, JIKA, status Hidup-Mati output boleh ditangani melalui kawalan arus hadapan. Kaedah pencahayaan perwakilan seperti pencahayaan DC, dsb. dan langkah berjaga-jaga untuk reka bentuk diterangkan di sini. Ditunjukkan dalam Rajah 3-1.1 ialah litar asas untuk pencahayaan apabila kuasa DC digunakan. IF dalam kes ini dinyatakan dengan formula berikut: IF=(VCC – VF) / R VCC : Voltan bekalan VF : Voltan hadapan LED IF : Arus hadapan mengalir ke Litar Pencahayaan PHO LED DC
(Kiri Ke Kanan) Rajah 3-1.1 – Unit Pemacu DC Rajah 3-1.2 – Litar pemacu arus malar Rajah 3-1.3 – Litar pemacu LED berbilang
Ditunjukkan dalam Rajah 3-1.2 ialah litar yang meliputi variasi VF LED dengan Transistor. IF dalam litar ini dinyatakan dengan formula berikut: IF=(VB – VBE) / R3 VB : Voltan asas VBE : Voltan asas kepada pemancar R3 : Rintangan pemancar Selanjutnya, adalah mungkin untuk mengurangkan pergantungan suhu output dengan menetapkan dengan betul VBE dan VB dalam litar ini. Apabila kuasa output tidak mencukupi atau peranti penerima cahaya terletak terlalu jauh, adalah mungkin untuk melengkapkan litar melalui sambungan siri atau selari seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 3-1.3. Dalam kes ini, IF=(VCC – nVF) / R (sambungan siri) IF=(VCC – VF) / R (sambungan selari) Pemanduan AC Ditunjukkan dalam Rajah 3-1.4 ialah litar asas untuk pencahayaan AC hampir separuh gelombang . Secara amnya, terdapat dua kaedah pemanduan. Kedua-duanya menggunakan diod pelindung untuk melindungi LED daripada voltan terbalik. Dalam (a), diod pelindung ini ialah jenis voltan terbalik sepadan dengan VCC voltan bekalan, dan dalam (b), voltan terbalik diod pelindung hendaklah kira-kira dua kali voltan hadapan LED inframerah.
Dalam litar di atas, pemalar R yang sesuai dengan voltan terkadar digunakan mengikut VCC voltan bekalan. Selanjutnya, R dipilih supaya ia dihadkan kepada nilai terkadar arus hadapan JIKA LED inframerah pada titik di mana voltan bekalan, VCC, menjadi maksimum.
Rajah 3-1.4 – Litar pemacu AC
Pemanduan Nadi Banyak kelebihan boleh diperolehi apabila isyarat optik ditukar kepada cahaya termodulat nadi. Perkara berikut dipertimbangkan: Apabila nisbah kewajipan isyarat termodulat nadi adalah kecil, keluaran cahaya serta-merta bagi peranti pemancar cahaya meningkat, isyarat optik didiskriminasikan daripada cahaya ambien dan peningkatan nisbah S/N dipastikan. Apabila bateri digunakan sebagai sumber kuasa, penggunaan kuasa peranti boleh dikurangkan dan oleh itu, hayat perkhidmatan bateri dilanjutkan. Gandingan RC dengan peringkat seterusnya dalam bahagian penerima cahaya menjadi mungkin dan kesan peningkatan arus gelap akibat kenaikan suhu boleh dielakkan. Sistem pemanduan nadi ini direka bentuk dalam kombinasi dengan TTL atau C-MOS dan Tr, dsb. Dalam litar yang ditunjukkan dalam Rajah 3-1.5, adalah perlu untuk memberi perhatian kepada ciri elektrik IOL bagi peranti TTL atau C-MOS kerana arus yang terlalu besar tidak boleh digunakan untuk memenuhi JIKA< iol.="" untuk="" menggunakan="" arus="" yang="" lebih="" tinggi,="" adalah="" perlu="" menggunakan="" ic="" penampan="" dengan="" kapasiti="" arus="" keluaran="" yang="" tinggi="" seperti="" yang="" ditunjukkan="" dalam="" rajah="" 3-1.6="" atau="" memasang="" transistor="" secara="" luaran.="" ciri="" iol="" dan="" vol="" bagi="" ttl,="" c-mos="" dan="" ic="" penimbal="" ditunjukkan="" untuk="">
Rajah 3-1.5
Litar Aplikasi Litar Asas Transistor Foto Litar asas untuk transistor foto ditunjukkan dalam Rajah 3-2.1 Rintangan beban RL dipilih dengan mengambil kira ciri suhu arus gelap transistor foto. Jika RL terlalu besar, transistor foto hanya boleh dihidupkan oleh arus gelap pada suhu tinggi. Sebagai contoh, apabila Transistor Foto TPS601A dikendalikan pada Ta=100°C, arus gelap boleh menjadi kira-kira 100 μA. Apabila RL ditetapkan pada 50 kW pada VCC=5V, TPS601A dihidupkan sepenuhnya kepada keadaan ON dengan peningkatan arus gelap.
Rajah 3-2.1 – Litar asas transistor foto
Litar Pincang Transistor Foto dengan Terminal Tapak Kesan tapak kepada perintang pemancar RBE pada arus gelap serta arus cahaya ditunjukkan dalam Rajah 3-2.2 (a) dan (b). Biasanya, arus gelap transistor foto adalah sekecil beberapa nA pada suhu biasa dan adalah mungkin untuk mengurangkan lagi arus gelap dengan memasukkan perintang RBE antara tapak dan pemancar untuk memintas arus bocor melalui pengumpul ke titik simpang tapak. Jika RBE dibuat terlalu kecil, hFE jelas bagi transistor foto dikurangkan dan IL arus cahaya yang diperlukan tidak dapat diperoleh, oleh itu, RBE lebih daripada 1 MW adalah sesuai.
Rajah 3-2.2 (a) – Penurunan arus gelap oleh RBE / Rajah 3-2.2 (b) – Perubahan arus cahaya oleh RBE
Selanjutnya, adalah mungkin untuk menetapkan titik operasi transistor foto pada tahap yang betul dengan menggunakan terminal asas. Kelinearan ciri arus pencahayaan-cahaya dalam kes ini telah dipertingkatkan dengan ketara jika dibandingkan dengan kes di mana arus pincang asas adalah sifar. Di samping itu, terdapat kaedah bias jenis bleeder ditunjukkan dalam rajah 3-2.4, yang meningkatkan kestabilan terma pada titik operasi DC secara eksperimen, 2 ~ 10 MW dianggap sesuai untuk nilai RB. Ini adalah untuk menggunakan hampir semua IL arus cahaya fotodiod pada pengumpul dan titik simpang asas ke pangkalan transistor foto dengan menaikkan galangan pada pangkalan.
Rajah 3-2.4 (b) – Kaedah bias jenis Bleeder
Litar Pampasan Suhu IL arus cahaya dan Id arus gelap transistor foto mempunyai pekali suhu positif. Khususnya, arus gelap meningkat secara eksponen seperti yang ditunjukkan dalam helaian data teknikal individu. Oleh itu, untuk mendapatkan operasi yang stabil pada suhu ambien 50 ~ 60°C, pampasan suhu untuk arus gelap dan arus elektrik foto transistor foto menjadi perlu. Litar yang ditunjukkan dalam Rajah 3-2.5, menggunakan pekali suhu negatif yang dikekalkan oleh voltan hadapan VF diod. Apabila transistor foto yang tidak mempunyai terminal tapak digunakan, kaedah untuk mengimbangi voltan keluaran adalah dengan mengurangkan rintangan beban transistor foto dengan menggunakan termistor seperti ditunjukkan dalam Rajah 3-2.6.
Rajah 3-2.5 – Litar pampasan suhu menggunakan diod rintangan
Rajah 3-2.6 – Litar pampasan suhu menggunakan termister
Litar Penguat Asas Ditunjukkan dalam Rajah 3-2.7 (a) ialah sambungan Darlington menggunakan transistor NPN dan Rajah 3-2.7 (b) ialah sambungan Darlington menggunakan transistor PNP. Dalam kedua-dua litar, arus cahaya dinaikkan sebanyak kali hFE dan IC arus keluaran menjadi hFE . IL
Rajah 3-2.7 – Litar penguat untuk transistor foto
Rajah 3-2.8 menunjukkan contoh litar asas menggunakan penguatan oleh penguat kendalian.
Rajah 3-2.8 – Litar penguat dengan termister kendalian
Peningkatan Kelajuan Pensuisan Apabila penguatan voltan dinaikkan dengan meningkatkan galangan beban kerana arus cahaya transistor foto adalah kecil, ciri kelajuan pensuisan boleh dikorbankan sebagai kesan songsang. Sebagai ubat, terdapat kaedah untuk mendapatkan ciri kelajuan pensuisan yang secara relatifnya tidak bergantung pada saiz beban dengan menukar impedans melalui litar berasaskan transistor PNP (Rajah 3-2.9 (a)) atau sambungan lata transistor NPN (Rajah 3- 2.9 (b)). Kaedah ujian boleh digunakan pada litar pengesanan cahaya termodulat nadi berkelajuan tinggi untuk suis elektrik foto/pembaca pita berkelajuan tinggi.
Rajah 3-2.9 – Contoh peningkatan ciri frekuensi
Penggunaan Analog Transistor foto memberikan sensitiviti yang lebih tinggi daripada diod foto kerana ia dilengkapi dengan fungsi penguatan secara dalaman; walau bagaimanapun, sensitiviti turun naik dengan ketara bergantung pada perbezaan dalam faktor penguatan. Oleh itu, adalah perlu sama ada menggunakan perintang boleh ubah untuk membetulkan kepekaan atau membeli produk yang telah dipilih terlebih dahulu untuk penarafan kepekaan tertentu.
Rajah 3-2.14
Ditunjukkan dalam Rajah 3-2.14 (a) ialah litar yang mengawal arus penguat transistor. Arus pengumpul transistor foto mengawal asas transistor peringkat seterusnya yang mana pemancarnya dibumikan. Turun naik dalam sensitiviti transistor foto dikawal oleh perintang maklum balas RE dalam litar pemancar. Ditunjukkan dalam Rajah 3-2.14 (b) ialah litar yang mengawal voltan penguat transistor. Arus pengumpul transistor foto menghasilkan voltan untuk mengawal transistor peringkat terakhir oleh perintang boleh ubah. Transistor ialah pengikut dan turun naik antara transistor foto individu dibetulkan oleh perintang pembolehubah RA. Oleh itu, masa menukar transistor foto ditukar oleh RA. Litar Aplikasi Diod Foto Dalam kombinasi dengan LED inframerah, diod foto digunakan dalam dua cara; secara digital untuk mengesan kewujudan cahaya dan analog untuk mengesan kuantiti cahaya. Penggunaan Digital Memandangkan kelajuan tindak balas adalah pantas, diod foto sesuai untuk pensuisan berkelajuan tinggi. Sebaliknya, bagaimanapun, memandangkan arus cahaya adalah kecil, adalah perlu untuk menggunakan FET dengan galangan masukan yang tinggi seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 3-3.1 (a) atau litar dengan penguatan tinggi seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 3-3.1 ( b). Untuk meningkatkan penguatan, penguat operasi digunakan. Apabila tindak balas kelajuan tinggi diperlukan, adalah perlu untuk memilih penguat untuk aplikasi kelajuan tinggi yang sesuai.
Rajah 3-3.1 – Litar penguat diod phoro (penggunaan digital)
Penggunaan Analog Ciri-ciri pencahayaan dan arus elektrik foto diod foto adalah lebih hampir kepada linear berbanding transistor foto dan diod foto boleh dikatakan sebagai produk yang mudah digunakan dalam aplikasi analog. Untuk jenis penggunaan ini, terdapat penguatan linear dan penguatan logaritma.
Rajah 3-3.2 – Litar penguat diod foto (penggunaan analog)
Litar Aplikasi Penderia Foto Jenis Reflektif Penderia foto jenis reflektif boleh didapati dalam dua jenis; jenis fokus dan jenis bukan fokus. Jenis yang sesuai harus dipilih berdasarkan aplikasi. Seperti yang dapat dilihat daripada ciri kedudukan pengesan asas masing-masing yang ditunjukkan dalam Rajah. 3-5.1 dan 3-5.2, kedudukan permukaan sempadan hitam putih yang mengesan ciri jenis fokus adalah lebih tajam daripada jenis tanpa fokus. Oleh itu, jenis fokus adalah lebih baik daripada jenis bukan fokus untuk aplikasi pengesanan kod bar. Walau bagaimanapun, jenis bukan fokus kecil berkesan untuk pengesanan objek.
Rajah 3-5.1 – Contoh ciri kedudukan pengesanan jenis bukan fokus
Rajah 3-5 – Litar pengesanan asas sensor foto jenis pantulan
Memandangkan adalah perlu bagi jenis pantulan penderia foto untuk mengeluarkan secara digital kewujudan objek yang dikesan, litar pembanding disambungkan pada peringkat keluaran seterusnya bagi penderia foto jenis pantulan seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 3.5-4.
Rajah 3-5.4 Litar sambungan penderia foto jenis pantulan dengan pembanding
Reka bentuk aplikasi penderia foto jenis pantulan adalah lebih sukar daripada penderia foto jenis penghantaran kerana:
Faktor pantulan bahan pemantul adalah berbeza antara satu sama lain
Jarak bahan pemantul mudah dikawal
Kedua-dua permukaan pemancar dan pengesan cahaya berada pada satah yang sama dan terdedah kepada kesan cahaya luaran, dan arus bocor meningkat.
Oleh itu, boleh dikatakan lebih baik untuk mereka bentuk penderia foto jenis transmisi jika boleh.
