Meginregla um notkun ljósnema Grunnrás ljósnema er sýnd á mynd 2-2.1(a). Rafskaut ljósdíóðunnar er tengt við raflínuna VCC um viðnám RE og bakskautið er jarðtengd. Áframstraumur IF flæðir í gegnum LED og gefur frá sér innrauðu ljósi sem er ekki sýnilegt fyrir augað. Safnari ljósmynda smára er tengdur við raflínuna VCC um viðnám RL og sendirinn er jarðtengdur. Ennfremur á að tengja safnarann við inntaksklemma samanburðartækis eða IC á næsta þrepi. Ljósgeisla- og skynjunartækjum er komið fyrir eins og sýnt er á mynd 2-2.1(b). Þegar ljósskerðingarplata, þ.e. skotmark sem á að greina, kemur á milli sendanda og skynjara, slokknar á ljóssímanum og spennan á safnaranum hækkar. Á hinn bóginn, þegar hann er fjarlægður, kviknar á smári og safnaragetan lækkar. Með öðrum orðum, tilvist efnis er greint og breytt í rafmerki án þess að hafa samband við það. Venjulega er þetta merki inntak í síðari merkjavinnslurás á næsta stigi til að stjórna ýmsum jaðaraðgerðum.
Mynd 2-2.1 – Meginregla um notkun ljósnema
Hönnunaraðferðir fyrir ljósnemarásir Fáðu fyrst gildi RE og RL. Á mynd 2-2.1(a), þegar framspennufall LED er VF, er straumur IF sem flæðir til LED gefið af: (1) IF=(VCC-VF) / RE og það er nauðsynlegt að uppfylla (2) ) IF=IF (MAX) (Ta=TOPR (MAX)) Frá (1) og (2), RE er gefið með eftirfarandi formúlu: (3) IF=(VCC-VF) / IF (MAX) Eins og hægt er að sést á mynd 2-2.2, því stærri IF er, því meira ljósúttak IE verður framleitt og því er nauðsynlegt að reikna IF (MIN) með því að taka sveiflu leyfilegs taps IF og IE með í reikninginn eftir að RE hefur verið ákveðið. Rétt gildi RL: Fáðu efri viðmiðunarmörk RL Á mynd 2-2.1(b), þegar ljósskerðingarplata er inni, rennur rafstraumur IL sem myndast með ljósgeislun frá LED ekki til ljóssíma heldur lekamyndar. straumur IL' og dökkur straumur, Id, rennur aðeins. Möguleiki safnara VOH á þessum tíma er: VOH=VCC – RL x (Id +IL') Hins vegar er gert ráð fyrir að hægt sé að hunsa inn-/úttaksstraum til/frá næsta þrepi.
Mynd 2-2.2
Þar sem Id eykst hratt við hækkun umhverfishita eins og sýnt er á mynd 2-1.5, að því gefnu að hástig inntaksspenna næsta þreps sé VIH, er nauðsynlegt að uppfylla eftirfarandi: VIH< voh="" við="" ta="Topr" (max)="" rl="(VCC" –="" vih)="" (id="" +="" il="" fáðu="" síðan="" neðri="" mörkin="" fyrir="" rl.="" þegar="" ljósskerðingarplatan="" er="" ekki="" inni="" tekur="" ljóssíminn="" ljós="" og="" ljósstraumur="" il="" og="" ofangreint="" id="" +="" il'="" renna="" til="" ljósmynda="" smárisins.="" venjulega,="" nema:="" il="Id" +="" il'="" verður="" erfitt="" að="" greina="" tilvist="" ljóssplötu="" frá="" sjónarhóli="" af="" s/n="" hlutfalli,="" þá="" er="" collector="" potential="" vol="" á="" þessum="" tíma="" (4)="" vol="VCC" –="" rl="" (il="" +="" id="" +="" il')="" að="" því="" gefnu="" að="" lágstig="" inntaksspenna="" í="" næsta="" þrep="" sé="" vil'="" það="" er="" nauðsynlegt="" að="" uppfylla="" (5)="" vil=""> VOL formúlur (4) og (5) verða að vera uppfylltar jafnvel við lægri mörk IL. Neðri mörk IL (MIN) er: IL (MIN) )=CTR (MIN) x Dt x DTa x Dn
Mynd 2-1.5
Dt: CTR niðurbrotsstuðull við notkun (Mynd 2-1.7) DTa: CTR hitastigsbreyting (Mynd 2-1.6) Dn: CTR breyting frá ryki og óhreinindum Frá formúlum (4) og (5), RL=(VCC – VIL ) / (IL(MIN) + Auðkenni + IL') Því minni sem RL er, því styttri verður skiptitíminn. HVERNIG Á AÐ FÁ TENGINGAREIGINLEIKAR LJUSSENDINGA OG MÓTAKEYNA Í eftirfarandi eru tengingareiginleikar ljósgeisla- og skynjunartækja reiknaðir út sem upphafleg hönnun til að sjá hvort þau eigi við. Síðan, sem annað skref, er aðferð til að athuga raunverulegan rekstur o.s.frv. Upphafleg hönnun Tengingareiginleikar dæmigerðrar vöru eru sýndir á myndum 2-4.1 ~ 2-4.3. Slíkar einkennandi skýringarmyndir sem þessar eru nokkuð mismunandi eftir samsetningu ljósgeisla- og skynjunartækja. Almennt, þegar d> 1 cm eða meira í eftirfarandi útreikningsaðferð er hægt að fá þessa eiginleika gróflega án þess að rannsaka þá sérstaklega.
(vinstri)Mynd 2-4.1 – Tengingareiginleikar TLN108 og TPS601A (hægri)Mynd 2-4.2 – Tengingareiginleikar TLN105B og TPS703
Mynd 2-4.3 – Tengingareiginleikar TLN107A og TPS608A
Lesið fyrst geislunarstyrk IE (MIN) ljósgeislabúnaðar og ljósstraums IL (MIN) ljósskynjara í samræmi við aðstæður sem sýndar eru á gagnablaðinu. Þar sem geislunarstyrkur IE (mW/sr) jafngildir geislunartíðni EO (mW/cm2) sem geislað er á svæði 1 cm2 í 1 cm fjarlægð, fæst geislunarfall E (raunverulegt) í fjarlægð d cm með eftirfarandi formúlu: E (raunverulegur) ~ IE/d2 (mW/cm2) Ef gert er ráð fyrir að geislunartíðni ljósskynjara við ljósskynjunarskilyrði sé E ljósstraumur IL (raunverulegur) í tengdu ástandi fæst sem hér segir: IL (raunverulegt)=IL x(E (raunverulegt) / E) Þegar móttekinn ljósstraumur er mjög lítill og erfitt er að hanna síðari stigs hringrásina skaltu auka DC framstrauminn IF ljósgeislabúnaðarins eða auka geislunarstyrkinn IE (mW/sr ) með púls áframstraumi. Gerðu sem dæmi athugun við eftirfarandi skilyrði: Sendi: IE(MIN)=1 mW/sr við IF=20 mA Skynjari: IL(MIN)=20 μA við E=0,1 mW/cm2, VCE=3V Fjarlægð á milli sendanda og Skynjari: d=1,5 cm E (raun) (MIN)=IE / d2=1 x (1/1,52)=0,44 mW/cm2 (MIN) IL (raun) (MIN) ~ (E (raun) / E) x IL (MIN)=(0,44 / 0,1) x 20 μA=88 μA Þar sem IL (raunverulegt)(MIN) er 88 μA er ekki hægt að keyra TTL beint, en hægt er að tengja C-MOS IC. Síðan, á meðan álagið á ljósmóttökutæki er ákveðið í samræmi við framboðsspennu, fer skiptihraði þess mjög eftir álagsgildinu og er nauðsynlegt að athuga það fyrirfram. Notkunarrásir ljósmyndaskynjara. Notkunarhringrásir innrauðra ljósdíóða Þar sem aflframleiðsla Po, innrauðs tækis fer eftir framstraumi LED, IF, er hægt að stilla kveikt og slökkt á stöðu úttaksins með því að stjórna framstraumi. Hér er lýst dæmigerðum ljósaaðferðum eins og DC lýsingu o.fl. og varúðarráðstöfunum við hönnun. Sýnd á mynd 3-1.1 er grunnrásin fyrir lýsingu þegar jafnstraumur er notaður. IF í þessu tilviki er gefið upp með eftirfarandi formúlu: IF=(VCC – VF) / R VCC : Framboðsspenna VF : Framspenna LED IF : Áframstraumur sem flæðir til LED PHO ljósarásar DC
(Vinstri til hægri) Mynd 3-1.1 – DC drifbúnaður Mynd 3-1.2 – Drifrás með stöðugum straumi Mynd 3-1.3 – Multi LED drifrás
Sýnd á mynd 3-1.2 er hringrás sem nær yfir afbrigði VF á LED með smára. IF í þessari hringrás er gefið upp með eftirfarandi formúlu: IF=(VB – VBE) / R3 VB : Grunnspenna VBE : Grunnspenna til sendanda R3 : Sendaviðnám Ennfremur er hægt að minnka hitaháð úttaksins með því að stilla rétt VBE og VB í þessari hringrás. Þegar úttaksafl er ófullnægjandi eða ljósmóttökubúnaðurinn er staðsettur of langt í burtu, er hægt að klára hringrásina í gegnum rað- eða samhliða tengingu eins og sýnt er á mynd 3-1.3. Í þessu tilviki eru IF=(VCC – nVF) / R (raðtenging) IF=(VCC – VF) / R (samhliða tenging) AC Akstur Sýnt á mynd 3-1.4 eru grunnrásir fyrir næstum hálfbylgju AC lýsingu . Almennt eru tvær akstursaðferðir. Báðir nota hlífðardíóða til að vernda LED gegn öfugspennu. Í (a) er þessi hlífðardíóða öfugspennutegund sem samsvarar framboðsspennu VCC og í (b) ætti öfugspenna hlífðardíóðunnar að vera um það bil tvöföld framspenna innrauða LED.
Í ofangreindri hringrás er fasti R sem hentar málspennunni notaður í samræmi við framboðsspennuna VCC. Ennfremur er R valið þannig að það er takmarkað við nafngildi framstraums IF innrauða LED á þeim stað þar sem framboðsspennan, VCC, verður hámark.
Mynd 3-1.4 – AC drifrás
Púlsakstur Margir kostir fást þegar ljósmerkinu er breytt í púlsstýrt ljós. Eftirfarandi er tekið til greina: Þegar skylduhlutfall púlsstýrðs merkis er lítið, eykst samstundis ljósframleiðsla ljósgjafabúnaðar, ljósmerkið er mismunað frá umhverfisljósi og bætt S/N hlutfall er tryggt. Þegar rafhlaða er notuð sem aflgjafi er hægt að draga úr orkunotkun tækis og því lengist endingartími rafhlöðunnar. RC tenging við næsta þrep í ljósmóttökuhlutanum verður möguleg og hægt er að forðast áhrif af dökkum straumaukningu sem stafar af hitahækkun. Þetta púlsaksturskerfi er hannað ásamt TTL eða C-MOS og Tr, osfrv. Í hringrásinni sem sýnd er á mynd 3-1.5 er nauðsynlegt að huga að rafeiginleikum IOL TTL eða C-MOS tækis. þar sem ekki er hægt að beita of stórum straumum til að fullnægja IF< iol.="" til="" að="" beita="" hærri="" straumi="" er="" nauðsynlegt="" að="" nota="" biðminni="" ic="" með="" mikla="" úttaksstraumsgetu="" eins="" og="" sýnt="" er="" á="" mynd="" 3-1.6="" eða="" setja="" smára="" utan="" á.="" iol="" og="" vol="" einkenni="" ttl,="" c-mos="" og="" biðminni="" ic="" eru="" sýnd="" til="">
Mynd 3-1.5
Notkunarhringrásir ljósmyndastrauma Grunnhringrás Grunnrásar fyrir ljósmynda smára er sýnd á mynd 3-2.1 Hleðsluviðnám RL er valið með því að taka mið af dökkum straumshitastigi ljósmynda smára. Ef RL er of stór, má aðeins kveikja á ljósmynda smári með dökkum straumi við háan hita. Til dæmis, þegar Photo Transistor TPS601A er notaður við Ta=100°C, getur dökkur straumur orðið um 100 μA. Þegar RL er stillt á 50 kW við VCC=5V, er TPS601A snúið algjörlega í ON stöðu með aukningu á dimmum straumi.
Mynd 3-2.1 – Grunnrás ljósmynda smára
Bias Circuit of Photo Transistor with Base Terminal. Áhrif basa til emitter viðnáms RBE á myrkan straum sem og ljósstraum eru sýnd á mynd 3-2.2 (a) og (b). Venjulega er myrkur straumur ljósmynda smára eins lítill og nokkrir nA við venjulegt hitastig og það er hægt að draga enn frekar úr dökkum straumi með því að setja viðnám RBE á milli grunns og sendis til að komast framhjá lekstraumi í gegnum safnara að grunntengingarpunkti. Ef RBE er gert óhóflega lítið minnkar sýnilegt hFE ljósmynda smára og ekki er hægt að fá nauðsynlegan ljósstraum IL, því er RBE meira en 1 MW viðeigandi.
Mynd 3-2.2 (a) – Minnkun á dökkum straumi með RBE / Mynd 3-2.2 (b) – Breyting á ljósstraumi með RBE
Ennfremur er hægt að stilla rekstrarpunkt ljósmynda smára á réttu stigi með því að nota grunnstöðina. Línulegt straumeiginleika lýsingar-ljóss í þessu tilfelli hefur verið bætt verulega samanborið við tilvikið þar sem grunnskekkjustraumur er núll. Að auki er til aðferð við blæðingargerð sem sýnd er á mynd 3-2.4, sem bætir varmastöðugleika á DC-vinnslustað með tilraunum, 2 ~ 10 MW er talið rétt fyrir gildi RB. Þetta er til að beita næstum öllum ljósstraumi IL ljósdíóða við safnara- og grunntengingarpunkta á botn ljósmynda smára með því að hækka viðnám við grunninn.
Mynd 3-2.4 (b) – Bleeder gerð hlutdrægni aðferð
Hitajafnandi hringrás Ljósstraumurinn IL og dökkstraumurinn Id ljósstraums hafa jákvæðan hitastuðul. Einkum eykst dökkur straumur veldisvísis eins og sýnt er á einstökum tæknigögnum. Þess vegna, til að ná stöðugri virkni við umhverfishitastig upp á 50 ~ 60°C, verður hitauppbót fyrir dimmstraum og ljósmynd rafstraum á ljósmynda smári nauðsynleg. Hringrásin sem sýnd er á mynd 3-2.5 notar neikvæðan hitastuðul sem haldið er eftir áframspennu VF díóðu. Þegar ljósmyndatransistor sem hefur engan grunntengi er notaður, væri aðferð til að jafna útgangsspennu að draga úr álagsviðnám ljósmyndatransistorsins með því að nota hitastig eins og sýnt er á mynd 3-2.6.
Mynd 3-2.5 – Hitajöfnunarrás með viðnámsdíóða
Mynd 3-2.6 – Hitajöfnunarrás með hitamæli
Grunnmagnarhringrás Sýnd á mynd 3-2.7 (a) er Darlington tenging sem notar NPN smári og mynd 3-2.7 (b) er Darlington tenging sem notar PNP smári. Í báðum rásum er ljósstraumur aukinn um hFE sinnum og útstreymi IC verður hFE . IL
Mynd 3-2.7 – Magnarrás fyrir ljósmynda smári
Mynd 3-2.8 sýnir dæmi um grunnrásir sem nota mögnun með rekstrarmagnara.
Mynd 3-2.8 – Magnararás með virkum hitamæli
Endurbætur á rofihraða Þegar spennumögnun er hækkuð með því að auka álagsviðnám þar sem ljósstraumur ljósstraums er lítill, getur rofhraðaeiginleikum verið fórnað sem öfug áhrif. Sem lækning eru til aðferðir til að fá rofhraðaeiginleika sem eru tiltölulega óháðir stærð álagsins með því að umbreyta viðnám í gegnum PNP smára byggða hringrás (Mynd 3-2.9 (a)) eða Cascade tengingu NPN smára (Mynd 3- 2.9 (b)). Prófunaraðferðir eiga við um háhraða púlsstýrða ljósgreiningarrás fyrir rafmagnsrofa/háhraða segulbandalesara.
Mynd 3-2.9 – Dæmi um endurbætur á tíðnieiginleikum
Analog Usage Photo smári veita hærra næmni en ljósdíóða þar sem þeir eru búnir innri mögnunaraðgerð; hins vegar sveiflast næmið verulega eftir mismun á mögnunarstuðlum. Þess vegna er annað hvort nauðsynlegt að nota breytilegt viðnám til að leiðrétta næmni eða kaupa vöru sem er forvalin fyrir tiltekna næmiseinkunn.
Mynd 3-2.14
Sýnd á mynd 3-2.14 (a) er hringrás sem stjórnar straumi smára magnara. Safnarstraumur ljósmynda smára stjórnar grunni næsta þrepa smára sem sendir er jarðtengdur. Sveiflu í næmni ljóssímans er stjórnað af endurgjöf viðnám RE í sendirásinni. Sýnd á mynd 3-2.14 (b) er hringrás sem stjórnar spennu smára magnara. Safnarstraumur ljósmynda smára myndar spennu til að stjórna síðari stigs smári með breytilegri viðnám. Smári er fylgjandi og sveiflur milli einstakra ljósmynda smára eru leiðréttar með breytilegri viðnám RA. Þess vegna er rofitíma ljósmynda smára breytt af RA. Notkunarrásir ljósmyndadíóða Í samsetningu með innrauðum LED eru ljósmyndadíóða notuð á tvo vegu; stafrænt til að greina tilvist ljóss og hliðrænt til að greina magn ljóss. Stafræn notkun Þar sem viðbragðshraði er hraður, henta ljósdíóður vel fyrir háhraðaskipti. Hins vegar, þar sem ljósstraumur er lítill, er nauðsynlegt að nota FET með mikilli inntaksviðnám eins og sýnt er á mynd 3-3.1 (a) eða hringrás með mikilli mögnun eins og sýnt er á mynd 3-3.1 ( b). Til að hækka mögnun er notaður rekstrarmagnari. Þegar þörf er á háhraðaviðbrögðum er nauðsynlegt að velja magnara fyrir viðeigandi háhraðanotkun.
Mynd 3-3.1 – Magnara hringrás phoro díóða (stafræn notkun)
Analog notkun Ljósastyrkur og rafstraumseiginleikar ljósdíóða eru nær línulegri en ljósmynda smára og ljósdíóða má segja að sé vara sem auðvelt er að nota í hliðstæðum forritum. Fyrir þessa tegund notkunar er til línuleg mögnun og logaritmísk mögnun.
Mynd 3-3.2 – Magnarrásir ljósdíóða (hliðstæða notkun)
Notkunarrásir af endurskinsmyndaskynjara Ljósmyndaskynjari endurskinsgerðarinnar er fáanlegur í tveimur gerðum; gerð fókus og gerð án fókus. Velja ætti rétta gerð út frá umsókninni. Eins og sjá má af viðkomandi grunngreiningarstöðueiginleikum sem sýndir eru á myndum. 3-5.1 og 3-5.2, er svart-hvít jaðaryfirborðsgreiningareinkenni fókusgerðarinnar skarpari en tegundarinnar án fókus. Þess vegna er fókusgerðin betri en fókusgerðin fyrir strikamerkjaskynjunarforrit. Hins vegar er litla fókusgerðin áhrifarík til að greina hluti.
Mynd 3-5.1 – Dæmi um staðsetningareiginleika utan fókustegundar
Mynd 3-5 – Grunnuppgötvunarrás fyrir ljósnema endurskinsgerð
Þar sem það er nauðsynlegt fyrir endurskinsgerð ljósnema að gefa út stafrænt tilvist greindurs hlutar, er samanburðarrás tengd á næsta úttaksþrepi endurskinsgerðar ljósmyndarans eins og sýnt er á mynd 3.5-4.
Mynd 3-5.4 Tengirás myndskynjara af endurskinsgerð með samanburðartæki
Notkunarhönnun endurskinsgerðar ljósmyndaskynjara er erfiðari en ljósskynjara af sendingargerð vegna þess að:
Endurkaststuðlar endurkastandi efna eru ólíkir hver öðrum
Auðvelt er að stjórna fjarlægðum endurkastandi efna
Bæði ljósgeislandi og skynjunarfletir eru á sama plani og næm fyrir áhrifum ytra ljóss og lekastraumur eykst.
Þess vegna má segja að betra sé að hanna myndskynjara af sendingargerð ef mögulegt er.
