02-09-2023, 06:58 AM
Dämmerungsschalter - Alacakaranlık Anahtarı Nedir?
alacakaranlık anahtarı
Alacakaranlık anahtarı, ayarlanabilir bir parlaklık değerinin altına düştüğünde veya aşıldığında bir anahtarlama kontağını etkinleştirir.
Piyasada bulunan alacakaranlık anahtarlarının çoğu, karanlığın başlangıcında, yani alacakaranlıkta ve parlaklık eşiği tekrar aşıldığında, yani akşam karanlığının başlangıcında, yüklerini (örn. örneğin şafak , tekrar dışarı.
parlaklık anahtarı
Tersine, aydınlıkken açılıp karanlık olduğunda kapatılanlar daha nadirdir. Öz tüketimin öncelikli olduğu fotovoltaik sistemlerde, gün doğarken elektronik cihazları açmak için "parlaklık anahtarları" kullanılmaktadır. Bir güneş kontrol cihazı veya invertör genellikle bunun için bir sinyal sağlar ve ayrı bir cihaz gerekmez.
oluşturmak üzere
Estonya'da alacakaranlık anahtarlı ışık.
Entegre ve harici sensörlü alacakaranlık anahtarları vardır, ikincisi genellikle DIN rayları için olanlarda bulunur.
Hareket dedektörleri genellikle bir alacakaranlık anahtarı içerir.
işlev
Daha eski alacakaranlık anahtarlarında, anahtarlama komutu için ışığa bağımlı direnci kullanılan bir fotodirenç (İngilizce Işığa Bağımlı Direnç, LDR) vardır. Fototransistörler veya fotodiyotlar günümüzde genellikle LDR'lere tercih edilmektedir. LED'ler ayrıca ışık sensörleri olarak da uygundur.
Sinyal kısa bir süre içinde yumuşatılır ve bir röle veya triyak anahtarlayan bir transistöre, Schmitt tetiğine veya mikrodenetleyiciye beslenir.
fototransistör
Navigasyona atla
Aramaya atla
Bir foto veya fototransistör, pn bağlantısına harici bir ışık kaynağının taban toplayıcı bağlantısından erişilebilen bir pnp veya npn katman dizisine sahip iki kutuplu bir transistördür. Bu nedenle, bağlı bir amplifikatör transistörü olan bir fotodiyota benzer.
Bir fotodiyot, ideal olarak katkılanmamış büyük hacimli yarı iletken malzemeden oluşur. Fotonlar, orada harici bir elektrik alanı tarafından çekilen elektron deliği çiftleri oluşturur. Bir fototransistörde, bir tür yük taşıyıcı, yarı iletken malzemeyi ışığa bakan tarafta bırakır ve bir metal yoluyla boşaltılır. Doping, metalin herhangi bir yük taşıyıcı enjekte edememesini ve üretilen yük taşıyıcıların yanal olarak emilebilmesini sağlar. Işıktan uzağa bakan tarafta, fotodiyot ile amplifikatör transistörü arasında neredeyse hiç metal yoktur. Bunun yerine, yük taşıyıcılar, katkılanmamış alandan, aynı zamanda bir transistörün tabanı olarak da işlev gören katkılı bir alana doğrudan göç eder. Verici, diyottan taban tarafından ayrılır, ancak toplayıcı, boyutlandırmaya bağlı olarak prensip olarak diyotun etrafında bir kılıf olarak da düzenlenebilir. Her durumda, bir ışık darbesi önce doğrudan üretilen yük taşıyıcılardan (alan etkisi ile, hatta bir kenara ulaşmadan önce) bir voltaj darbesi ve ardından arka elektrotta toplanan yük taşıyıcılardan bir darbe üretir.
Transistör, ışığın bu engelleme katmanından geçmesiyle üretilen engelleme akımı aracılığıyla kontrol edilir.
İlk fototransistör, 1948'de John Northrup Shive tarafından Bell Laboratuvarlarında geliştirildi.[1] Fototransistörler ilk olarak 1950'de, delikli kartlardan kontrol bilgilerini optik olarak okumak için fototransistörlerin kullanıldığı otomatik santrallerde telefon aramalarının yönlendirilmesi için kullanıldı.[2]
işleyiş ve yapı
Devre açısından, ışığa duyarlı fotodiyot, transistörün toplayıcı-temel bağlantılarına paralel olarak bağlanır. Şeffaf mahfazadan doğrudan veya başka türlü kapalı mahfazadaki bir mercek aracılığıyla düşen ışık, transistörde akım amplifikasyon faktörü tarafından kollektör akımına yükseltilen dahili fotoelektrik etki nedeniyle küçük bir fotoakımın akmasına izin verir. Tipe bağlı olarak, akım amplifikasyon faktörü 100 ila 1000 arasındadır, bu da kollektör akımının bir fotodiyotun fotoakımından bu faktör kadar daha büyük olduğu anlamına gelir.
Fototransistörlerin genellikle yalnızca iki bağlantısı vardır - toplayıcı ve yayıcı. Bununla birlikte, basit bir bağlantının ortaya çıkarıldığı versiyonlar da vardır – örn. B. çalışma noktasını düzenlemek için. Baz bağlantısız kalırsa, baz emitör bölgesinin ücretsiz taşıyıcılar haline gelmesi nispeten uzun zaman alır. Bu nedenle, diğer şeylerin yanı sıra, fototransistörün yavaş kapanma davranışı. Ayrıca Miller etkisi, parlaklıktaki hızlı değişimlerle reaksiyon hızını düşürür. Yüksek limitli bir frekans gerekiyorsa, fotodiyot ve transistör işlevi ayrılmalıdır.
uygulama alanları
Fototransistörler, fotodiyotlardan çok daha hassastır çünkü aynı zamanda amplifikatör görevi de görürler. Işık bariyerleri, alacakaranlık anahtarları, optokuplörler gibi ışığı algılarken veya iletirken kullanılırlar. Bununla birlikte, fototransistörler bu uygulama için çok yavaş olduğundan, uzaktan kumandaların alıcı birimlerinde fotodiyotlar kullanılmaktadır. Bunlarda, ışık bariyerleri ve optokuplörlerde olduğu gibi, görünür ışık değil kızılötesi kullanılır.
alıcı dalga boyu
Fototransistör – Yukarıdaki resmin genel görünümü
Bir silikon fototransistörün maksimum hassasiyetinin dalga boyu yaklaşık 850 nm'dir (kızılötesine yakın) ve daha kısa dalga boylarına (görünür ışık, ultraviyole) doğru düşer. Örneğin, BP103 tipinin (metal gövde, resimlere bakın) 420 nm'deki hassasiyeti, 850 nm'deki değerin hala %10'udur.
Alım dalga boyu aralığı, yaklaşık 1100 nm'de silikonun bant kenarının enerjisiyle daha uzun dalga boylarına doğru sınırlandırılır ve orada biter (kırmızı sınır).
tasarımlar
Üretim hacmi açısından en yaygın olan fototransistörler - ışık yayan diyotlara benzer şekilde - şeffaf plastik içinde basitçe kapsüllenmiştir. Çoğu durumda, düzlemsel epitaksi işlemi kullanılarak üretilen npn transistörler kullanılır. Çip, kollektör bağlantı ayağına yapıştırılmıştır ve sadece tel bağlama ile gerçekleştirilen emitör bağlantısına sahiptir. Temel bağlantı normalde çıkarılmaz. Muhafaza malzemesi bir lens olarak tasarlanabilir. Kablolu bileşenler dikey veya yana "bakabilir".
Daha yüksek kaliteli uygulamalar için fototransistörler, bir pencere veya (plastik) mercekle metal muhafazalar içinde kapsüllenir. Genellikle ortaya çıkarılan temel bir bağlantıya sahiptirler.
Optocoupler'lardaki fototransistörler, opak olacak şekilde kapsüllenir ve verici diyota doğru şeffaf, genellikle aynalı plastik bir gövdeye sahiptir.
fotodiyot
Navigasyona atla
Aramaya atla
Farklı fotodiyot türleri
Bir fotodiyot veya fotodiyot, ışığı - görünür, IR veya UV aralığında veya sintilatörleri kullanırken X-ışınlarını - bir p-n bağlantısında veya pin bağlantısında dahili foto efekti yoluyla bir elektrik akımına dönüştüren veya - bağlı olarak dönüştüren yarı iletken bir diyottur. kablolama - bu, aydınlatmaya bağlı bir direnç sunar. Diğer şeylerin yanı sıra ışığı elektrik voltajına veya elektrik akımına dönüştürmek veya ışıkla iletilen bilgileri almak için kullanılır.
Yapı
Bir fotodiyotun yakından görünümü
Fotodiyotlar, silikon, germanyum gibi temel yarı iletkenlerden veya indiyum galyum arsenit gibi bileşik yarı iletkenlerden yapılır.[1] Aşağıdaki tablo, farklı fotodiyot türleri için bazı yaygın malzemeleri ve kullanılabilir optik hassasiyet aralığını listeler:[2]
Karşılaştırma için, görünür ışık 380 nm ile 780 nm arasında dalga boylarına sahiptir.
Silikonun daha büyük bant aralığı nedeniyle, silikon fotodiyotlar nispeten düşük gürültüye sahiptir. Kadmiyum telluride dayalı orta kızılötesi uygulamalar için fotodiyotlar, gürültüyü en aza indirmek için örneğin sıvı nitrojen ile soğutulmalıdır, çünkü oda sıcaklığındaki termal hareket elektronları valans bandından iletim bandına yükseltmek için yeterlidir. Sonuç olarak, oda sıcaklığında bu fotodiyotların karanlık akımı o kadar büyüktür ki, ölçülecek sinyal kaybolur. Soğutmanın ikinci bir nedeni, sensör mahfazasının IR radyasyonunun başka türlü meydana gelen üst üste binmesidir.
Işık ölçümü için fotodiyotlar, kırmızı ve kızılötesi spektral aralıktaki hassasiyeti sınırlayan ve hassasiyet eğrisini gözünkine göre ayarlayan bir gün ışığı filtresine sahiptir. Buna karşılık, kızılötesi sinyalleri almak için fotodiyotlar (uzaktan kumandalarda olduğu gibi) gün ışığını engelleyen bir filtreye sahiptir. Örneğin, koyu renkli sentetik reçine içinde kapsüllenirler ve bu nedenle görünür ışığın girişiminden korunurlar.
Tipik bir silikon fotodiyot, arkasında bir kontak (katot) oluşturan daha yoğun katkılı bir tabaka ile hafif n-katkılı bir temel malzemeden oluşur. Işığa duyarlı alan, ön tarafta ince bir p katkılı katmana sahip bir alanla tanımlanır. Bu katman, ışığın çoğunun p-n bağlantısına ulaşmasına izin verecek kadar incedir. Elektrik kontağı çoğunlukla kenardadır.[3] Yüzeyde pasivasyon ve yansıma önleyici tabaka olarak koruyucu tabaka bulunur. Genellikle fotodiyotun önünde ek bir şeffaf koruyucu pencere bulunur veya şeffaf saksı malzemesi içinde bulunur.
p ve n katmanları arasındaki gerçek katman nedeniyle, PIN fotodiyotları genellikle daha yüksek bir izin verilen ters gerilime ve daha düşük bir bağlantı kapasitansına (CS) sahiptir. Bu, bant genişliğini artırır. Fotodirençlerin (LDR) aksine, fotodiyotlar önemli ölçüde daha kısa tepki sürelerine sahiptir. Fotodiyotların tipik kesme frekansları 10 MHz civarındadır, pin fotodiyotlar için 1 GHz'in üzerindedir.
Yanal diyot, örneğin bir lazer ışınının konumunu algılamak için özel bir fotodiyot türüdür.
Daha yeni deneyler, cıva-kadmiyum tellür fotodiyotları ile kızılötesi radyasyon (ısı radyasyonu) yoluyla elektrik üretmeye adanmıştır.[4]
işlev
Yeterli enerjiye sahip fotonlar diyotun malzemesine çarparsa, yük taşıyıcıları (elektron deliği çiftleri) üretilir. Uzay yükü bölgesinde, yük taşıyıcıları, difüzyon voltajına karşı benzer katkılı bölgelere hızla sürüklenir ve bir akıma yol açar. Uzay yükü bölgesinin dışında üretilen yük taşıyıcıları da akıma katkıda bulunabilir. Ancak, önce uzay yük bölgesine difüzyonla ulaşmaları gerekir. Rekombinasyon yoluyla bir parça kaybolur ve küçük bir gecikme meydana gelir.[5] Terminallerin harici bağlantısı olmadan, bu terminallerde ileri voltaj (doyma) ile aynı polaritede ölçülebilir bir voltaj oluşur. Terminaller birbirine elektriksel olarak bağlıysa veya diyotun ters yönünde bir voltajdaysa, ışığın gelişiyle orantılı bir fotoakım akar.
Fotonların bu etkiyi yaratmak için bant aralığından daha yüksek bir enerjiye sahip olması gerekir (örneğin, silikon için 1,1 eV'den fazla).
Fotoakım, hiçbir doygunluk oluşmazsa, birçok büyüklük mertebesinde ışığın gelişiyle doğrusaldır. İdeal durumda, yarı iletkenin karakteristik enerji aralığından (bant aralığı) daha büyük bir enerjiye sahip olan her ışık kuantumu akıma katkıda bulunur. Ancak pratikte, değer daha küçüktür ve kuantum verimi olarak adlandırılır. Uygun kablolama ile tepki süresi çok kısadır; bir nanosaniyenin kesirlerine kadar inebilir.
Diyot'a dışarıdan ters voltaj uygulandığında, karanlıkta bile küçük bir akım akar. Buna karanlık akım (ID) denir. Üstel olarak fotodiyotun sıcaklığına bağlıdır. Karanlık akım karakteristiği, fotodiyotların önemli bir kalite özelliğidir.
Fototransistör, bir fotodiyot ve bir çift kutuplu transistörün birleşimidir ve ışığın bir fotodiyot görevi gören taban-toplayıcı bağlantısına düşmesine izin verilerek oluşturulur. Fotoakım, transistörün akım amplifikasyon faktörü kadar yüksektir, kesme frekansı daha düşüktür. Benzer şekilde, foto-kavşak alan etkili transistörler ve foto-tristörler vardır.
çalışma modları
Fotodiyotlar aşağıdaki üç çalışma modunda kullanılabilir:
Bu formda bir güneş pili olarak adlandırılan geniş alanlı bir fotodiyot olarak ileri yönde çalışma. Öncelikle enerji üretimi için kullanılır.
Parlaklık ölçümü için yarı kısa devrede çalışma
Kesme frekansını artırmak için durdurma bandı işlemi
Bir fotovoltaik eleman olarak çalışma
Fotodiyot elektrik enerjisi sağlar. Bu işlevinde bir foto elementtir, eğer geniş bir alanda üretilirse foto diyot güneş pili olarak adlandırılır. Yük yokken, doygunluktadır ve voltaj, ışık yoğunluğuna çok az bağlı olan bir sınır değere (açık devre voltajı UL) doğru eğilim gösterir. Yük arttıkça (RL azalır), gerilim düşer ve akım da bir sınır değere (kısa devre akımı IK) doğru yönelir. Bu karakteristik eğrideki virajda, bir güç ayarı vardır – fotovoltaik sistemlerde amaçlanan çalışma noktası (maksimum güç noktası). Bu çalışma modunda, fotodiyot nispeten yavaştır ve hızlı sinyalleri algılamak için uygun değildir. Bu tip devre parlaklığı ölçmek için kullanılır, örn. B. aydınlatma sayaçlarında (ışık ölçer, lüks ölçer) kullanılır.
Foto direncin (LDR) aksine, harici bir voltaj kaynağı gerekmez. CCD sensörlerinde, sensör alanının büyük bir kısmı, her biri paralel bağlanmış bir kondansatörü şarj eden fotodiyotlarla doludur. Fotodiyotun doyma voltajına ulaşılmadan önce depolanan yükü zamanında taşınırsa, şarj parlaklıkla orantılıdır. Kesme frekansı düşüktür.
Yarı kısa devrede çalışma
Fotodiyot kısa devrede çalıştırılırsa (U = 0), ters yönde (I ≤ 0) bir akım sağlar; Bunu yapmak için, genellikle bir transimpedans amplifikatörüne bağlanır - fotoakımdan orantılı bir voltaj sinyali üreten ve diyot bağlantılarında sanal bir kısa devre oluşturan bir devre. Bu, ışınımın çok hassas bir şekilde ölçülmesini sağlar. Fotodiyottaki voltaj değişmediği için kapasite tersine çevrilmez. Sonuç olarak, yüksek kesme frekansları mümkündür.
Kısıtlı alanda operasyon
Fotodiyoda ters yönde bir voltaj uygulanırsa (U ≤ 0), ışığa doğrusal olarak bağlı bir ters akım akar, yani. yani ışınlandığında ters yönde de iletir (I ≤ 0). Bu çalışma modu genellikle entegre CMOS sensörlerindeki fotodiyotlar için seçilir. Aşağıdaki etkiler de kısıtlı alanın karakteristiğidir:
Bağlantı kapasitansı CS uygulanan voltajla azalır, bu nedenle yanıt süresi artan voltajla azalır. Bu, yüksek kesme frekanslarının elde edilmesini sağlar.
muhtemelen oluşur
Kaynak ve Dipnotlar
Wikipedia