срабатывания не более 50 мА. Реле К2 — самодельное. Обмотка его содержит 3000 витков провода ПЭВ-1 0,1, намотанных на каркасе из картона, изготовленного по размерам геркона, выполняющего роль контактов К2.1. Из герконов лучше применить тот, который рассчитан на работу при токах в доли микроампера. Для надежности работы реле внутрь каркаса катушки желательно поместить два геркона и соединить их выводы параллельно. Подойдет и готовое герконовое реле, срабатывающее при напряжении 4..8 В.
Для питания реле использован блок БП-9/12, но вполне пригоден и любой другой источник напряжешь ем 12 В, рассчитанный на ток нагрузки не менее 80 мА.
Если при расчете или подборе времязадающих резисторов R2, R3, R12-R14 окажется, что сопротивление любого из них не должно превышать 500 кОм, генератор на транзисторе V10 можно исключить.
Налаживание реле сводится к подбору времязадающих резисторов и градуировке шкал переменных резисторов R10 и R12.
В случае использования автомата для отсчета непродолжительных выдержек времени, например при проявлении фотопленки, его запускают кратковременным включением выключателя S2. Когда же автомат должен работать длительное время, например для подкармливания рыб в отпуске, контакты этого выключателя должны быть замкнуты постоянно.
Фотоэлектронные устройства (обзор)
В. Лемке
Фотоэлектронные (оптоэлектронные) устройства (ФЭУ) широко применяются в устройствах автоматики, телемеханики, оптической связи, фотоизмерительной и другой технике. Исходя из назначения, они должны соответствовать определенным требованиям, например таким: высокая чувствительность, достаточное быстродействие, способность работы в нужной части оптического диапазона и требуемом диапазоне температуры, помехоустойчивость, простота и экономичность устройства и т. д. Выполнение заданных требований достигается соответствующим выбором светочувствительных элементов и фильтров для них, схемы усилительных каскадов исполнительных устройств и т. д.
В качестве светочувствительного элемента в ФЭУ могут быть использованы фоторезисторы, фотодиоды, фототранзисторы, фотоэлементы, фотоумножители, оптроны с открытым оптическим каналом и т. д.
В зависимости от типа используемого светочувствительного элемента в ФЭУ есть свои особенности, которые должны учитываться и для более полного использования возможностей светочувствительного элемента и для более рационального построения устройства.
Обычно в своих конструкциях радиолюбители используют фотодиоды и фоторезисторы.
Фотодиод — полупроводниковый прибор, являющийся приемником лучистой энергии, которая, воздействуя на фотодиод, переводит его из закрытого состояния в открытое. В зависимости от типа фотодиода максимум спектральной чувствительности может находиться в видимой области или в области инфракрасного излучения. Фотодиоды могут работать и в вентильном режиме, преобразуя световую энергию в ЭДС значением 0.5…0.7 В.
Фоторезисторы представляют собой активные полупроводниковые резисторы, чувствительные к световому излучению в широком интервале длин волн, включая ультрафиолетовый и инфракрасный спектры. Для фоторезисторов характерно то, что они обладают высоким сопротивлением в темноте, которое при освещении резко уменьшается. Существует большое разнообразие фЭУ, отличительную особенность которых определяет применяемый светочувствительный элемент.
В сравнении по параметрам с фотодиодами фоторезисторы отличаются высоким отношением светового тока к темновому, однако, значительно уступают фотодиодам в быстродействии. Рабочее напряжение фотодиодов составляет 10…20 В, а фоторезисторов — 1,3…350 В.
На практике ФЭУ выполняются, как правило, в следующих основных вариантах:
— светочувствительный элемент без усилительных элементов в цепи управляющего устройства;
— с использованием усилителя постоянного тока (УПТ);
— с использованием порогового элемента;
— светочувствительный элемент в цепи генератора импульсов;
— с модуляцией управляющего луча.
ФЭУ с фоторезистором или фотодиодом в цепи управляющего устройства без использования усилительных элементов отличаются простотой, но имеют низкую чувствительность и поэтому на практике применяются редко, например в устройствах «автостопа», где источник света находится в непосредственной близости от фоторезистора иди в автоматах включения и отключения ночного освещения, если в качестве исполнительного устройства применить тринисторы или электромагнитные реле с малым током срабатывания, а также для измерения интенсивности светового излучения при включении микроамперметра последовательно с фоторезистором. Световой ток фотодиода намного меньше светового тока фоторезистора и составляет десятки микроампер, поэтому нецелесообразно его ставить в цепи последовательно с исполнительными устройствами без усилительных элементов.
В ФЭУ с УПТ желательно использовать фоторезисторы, так как при увеличении температуры окружающей среды на 30…40 °C темновой ток фотодиодов увеличивается в несколько раз, что вызывает нестабильность работы ФЭУ.
Из применяемых в настоящее время ФЭУ с УПТ можно выделить три основные группы:
1. Фоторезистор включен между базой транзистора первого каскада УПТ и минусом (для транзистора р-n-р структуры) или плюсом (для транзистора n-р-n структуры) источника питания.
2. Фоторезистор включен между базой и эмиттером входного транзистора УПТ.
3. Фоторезистор включен в цепь УПТ, выполненного на интегральных микросхемах.
Однокаскадный УПТ на транзисторе, а также УПТ на составном транзисторе, являющийся разновидностью однокаскадного УПТ с более высоким коэффициентом усиления, применяют в ФЭУ первой группы, например в автоматах управления освещением, в измерительных приборах. Для ФЭУ тревожной сигнализации, в устройствах для подсчета и сортировки штучных изделий и т. п. обычно применяются двухкаскадные УПТ. Повышения чувствительности ФЭУ первой группы можно добиться не только подбором по соответствующим параметрам транзисторов (указано ниже), но и путем увеличения напряжения источника питания. Лучше для питания ФЭУ использовать два источника: один с напряжением 5…20 В для питания УПТ, а другой, с более высоким напряжением, для питания фоторезистора. Подбирая напряжение второго источника в пределах 20…250 В, добиваются наибольшей чувствительности ФЭУ. Практические конструкции ФЭУ с УПТ первой группы приведены в «Радио», 1975, № 3, с. 37 и № 10, с. 64.
ФЭУ, в которых фоторезистор включен между базой и эмиттером транзистора входного каскада УПТ, питаются от источника с меньшим напряжением, чем ФЭУ первой группы. В них не полностью используются возможности фоторезистора, поэтому ФЭУ даже с многокаскадными УПТ по чувствительности уступают ФЭУ с однокаскадными УПТ первой группы. Одно из ФЭУ с УПТ второй группы описано в «Радио», 1980, № 9, с. 38.
Чувствительность ФЭУ с УПТ на транзисторах зависит от статического коэффициента передачи тока (h21э) транзисторов (особенно оконечного) и рабочего тока электромагнитного реле (или других исполнительных элементов). Чем больше коэффициент h21э транзистора и меньше ток реле, тем выше чувствительность ФЭУ. Транзистор, ко входу которого подключается фоторезистор, должен обладать как можно меньшим обратным током коллектора (IKBO < 2 мкА). Лучшие результаты дает применение кремниевых транзисторов.
В радиолюбительской практике используются чаше всего двухкаскадные УПТ на транзисторах, так как построение многокаскадных УПТ связано с усложнением процесса установки режимов работы транзисторов при настройке ФЭУ. Поэтому для дальнейшего повышения чувствительности можно использовать УПТ, выполненные на интегральных микросхемах (ИМС) с высоким коэффициентом усиления. Однако при этом снижается помехозащищенность ФЭУ и использовать его можно при условии неизменности освещенности помещения, в котором установлен фоторезистор.
ФЭУ выполняют на интегральных микросхемах не только для повышения их чувствительности, но и для уменьшения габаритов самих конструкций, повышения экономичности. Кроме того, в автоматических устройствах, выполненных
