เซ็นเซอร์ไฟที่ใช้ไดโอด PIN: 4 ขั้นตอน

2024 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-30 13:04

นี่คือเซ็นเซอร์ตรวจจับอัคคีภัยที่ใช้ไดโอด PIN ซึ่งเปิดใช้งานการเตือนเมื่อตรวจพบเพลิงไหม้ สัญญาณเตือนไฟไหม้ที่ใช้เทอร์มิสเตอร์มีข้อเสียคือ สัญญาณเตือนจะเปิดขึ้นก็ต่อเมื่อไฟทำให้เทอร์มิสเตอร์ร้อนขึ้นในบริเวณใกล้เคียง ในวงจรนี้ ไดโอด PIN ที่มีความละเอียดอ่อนถูกใช้เป็นเซ็นเซอร์ตรวจจับอัคคีภัยสำหรับการตรวจจับอัคคีภัยระยะไกล

ตรวจจับแสงที่มองเห็นได้และอินฟราเรด (IR) ในช่วง 430nm – 1100nm ดังนั้นแสงที่มองเห็นได้และ IR จากไฟจึงสามารถเปิดใช้งานเซ็นเซอร์เพื่อกระตุ้นสัญญาณเตือนได้อย่างง่ายดาย นอกจากนี้ยังตรวจจับประกายไฟในสายไฟหลัก และหากยังคงมีอยู่ ก็จะส่งสัญญาณเตือน เป็นอุปกรณ์ป้องกันที่เหมาะสำหรับโชว์รูม ล็อกเกอร์ ห้องบันทึกเสียง และอื่นๆ

ขั้นตอนที่ 1: รายการชิ้นส่วน

เซมิคอนดักเตอร์:

_ IC1 (CA3140 ออปแอมป์);

_ IC2 (เคาน์เตอร์ CD4060);

_ T1, T2 (ทรานซิสเตอร์ BC547 npn);

_ LED1, LED2, LED3, (ไฟ LED 5 มม.);

_ D1 (โฟโตไดโอด PIN BPW34)

ตัวต้านทาน (ทั้งหมด 1/4 วัตต์ คาร์บอน ± 5%):

_ R1, R5, R6 (1 เมกะโอห์ม);

_ R2, R3 (1 กิโลโอห์ม);

_ R4, R7, R8 (100 โอห์ม)

ตัวเก็บประจุ:

_ C1 (0, 22 μF จานเซรามิก)

เบ็ดเตล็ด:

_ BATT.1 (แบตเตอรี่ 9, 0V);

_ PZ1 (ออดเซอร์)

ดังนั้น PIN ไดโอด BPW34 จึงใช้ในวงจรเป็นเซ็นเซอร์แสงและอินฟราเรด BPW34 เป็นโฟโตไดโอด 2 พินที่มีแอโนด (A) และแคโทด (K) สามารถระบุปลายขั้วบวกได้อย่างง่ายดายจากพื้นผิวเรียบมุมมองด้านบนของโฟโตไดโอด จุดบัดกรีเล็กๆ ที่ลวดเส้นเล็กเชื่อมต่ออยู่คือขั้วบวก และอีกจุดหนึ่งคือขั้วแคโทด

BPW34 เป็นโฟโตไดโอด PIN ขนาดเล็กหรือเซลล์แสงอาทิตย์ขนาดเล็กที่มีพื้นผิวไวต่อการแผ่รังสีซึ่งสร้างแรงดันไฟฟ้าวงจรเปิด 350mV DC เมื่อสัมผัสกับแสง 900nm มีความไวต่อแสงแดดธรรมชาติและแสงจากไฟด้วย ดังนั้นจึงเหมาะอย่างยิ่งสำหรับใช้เป็นเซ็นเซอร์วัดแสง โฟโตไดโอด BPW34 สามารถใช้ได้ทั้งในสภาวะไม่มีอคติและสภาวะอคติย้อนกลับ ความต้านทานจะลดลงเมื่อแสงตกกระทบ

ขั้นตอนที่ 2: แผนภาพวงจร

แผนภาพวงจรของเซ็นเซอร์ตรวจจับอัคคีภัยที่ใช้ PIN ไดโอดแสดงในรูปที่ 3 มันถูกสร้างขึ้นรอบ ๆ แบตเตอรี่ 9V, ไดโอด PIN BPW34 (D1), op-amp CA3140 (IC1), เคาน์เตอร์ CD4060 (IC2), ทรานซิสเตอร์ BC547 (T1 และ T2) ออดแบบเพียโซ (PZ1) และส่วนประกอบอื่นๆ อีกสองสามรายการ

ในวงจร PIN photodiode BPW34 เชื่อมต่อกับอินพุตอินพุทและไม่กลับด้านของ op-amp IC1 ในโหมดเอนเอียงแบบย้อนกลับเพื่อป้อนกระแสไฟภาพถ่ายเข้าสู่อินพุตของ op-amp CA3140 เป็นออปแอมป์ BiMOs 4.5MHz ที่มีอินพุต MOSFET และเอาต์พุตแบบไบโพลาร์ ทรานซิสเตอร์ MOSFET (PMOS) ที่ป้องกันประตูในวงจรอินพุตให้อิมพีแดนซ์อินพุตสูงมาก โดยทั่วไปจะอยู่ที่ 1.5T โอห์ม IC ต้องการกระแสอินพุตที่ต่ำมาก ต่ำถึง 10pA เพื่อเปลี่ยนสถานะเอาต์พุตเป็นสูงหรือต่ำ ในวงจรนั้น IC1 ใช้เป็นเครื่องขยายสัญญาณทรานส์อิมพีแดนซ์เพื่อทำหน้าที่เป็นตัวแปลงกระแสเป็นแรงดัน IC1 ขยายและแปลงกระแสภาพถ่ายที่สร้างขึ้นในไดโอด PIN เป็นแรงดันไฟฟ้าที่สอดคล้องกันในเอาต์พุต อินพุตที่ไม่กลับด้านจะเชื่อมต่อกับกราวด์และแอโนดของโฟโตไดโอด ในขณะที่อินพุทกลับด้านรับกระแสภาพถ่ายจากไดโอด PIN

ขั้นตอนที่ 3: การทำงานของวงจร

ตัวต้านทานป้อนกลับค่าขนาดใหญ่ R1 ตั้งค่าเกนของแอมพลิฟายเออร์ทรานส์อิมพีแดนซ์เนื่องจากอยู่ในคอนฟิกูเรชันแบบกลับด้าน การเชื่อมต่ออินพุตที่ไม่กลับด้านกับกราวด์ให้โหลดอิมพีแดนซ์ต่ำสำหรับโฟโตไดโอด ซึ่งทำให้แรงดันโฟโตไดโอดต่ำ

โฟโตไดโอดทำงานในโหมดโฟโตโวลตาอิกโดยไม่มีอคติภายนอก คำติชมของ op-amp ทำให้โฟโตไดโอดปัจจุบันเท่ากับกระแสตอบรับผ่าน R1 ดังนั้นแรงดันออฟเซ็ตอินพุตเนื่องจากโฟโตไดโอดต่ำมากในโหมดโฟโตโวลตาอิกแบบเอนเอียงในตัวเองนี้ สิ่งนี้ทำให้ได้กำไรมากโดยไม่มีแรงดันออฟเซ็ตเอาท์พุตขนาดใหญ่ การกำหนดค่านี้ถูกเลือกเพื่อให้ได้ค่าขนาดใหญ่ในสภาพแสงน้อย โดยปกติ ในสภาพแสงแวดล้อม โฟโตเคอร์เรนต์จากไดโอด PIN จะต่ำมาก มันทำให้เอาต์พุตของ IC1 ต่ำ เมื่อไดโอด PIN ตรวจพบแสงที่มองเห็นหรือ IR จากไฟ กระแสไฟของภาพถ่ายจะเพิ่มขึ้น และ IC1 แอมพลิฟายเออร์ทรานส์อิมพีแดนซ์จะแปลงกระแสนี้เป็นแรงดันเอาต์พุตที่สอดคล้องกัน เอาต์พุตสูงจาก IC1 เปิดใช้งานทรานซิสเตอร์ T1 และ LED1 เรืองแสง แสดงว่าวงจรตรวจพบไฟ เมื่อ T1 ดำเนินการ จะทำการรีเซ็ตพิน 12 ของ IC2 ไปยังศักย์กราวด์และ CD4060 จะเริ่มสั่น

IC2 เป็นตัวนับไบนารีที่มีเอาต์พุตสิบตัวซึ่งจะเปลี่ยนสูงทีละตัวเมื่อแกว่งเนื่องจาก C1 และ R6 การสั่นของ IC2 จะแสดงด้วยการกะพริบของ LED2 เมื่อเอาต์พุต Q6 (พิน 4) ของ IC2 เปิดสูงหลังจาก 15 วินาที T2 จะดำเนินการและเปิดใช้งาน Piezo Buzzer PZ1 และ LED3 จะสว่างขึ้นเช่นกัน สัญญาณเตือนจะดังขึ้นอีกครั้งหลังจากผ่านไป 15 วินาทีหากไฟยังคงอยู่ คุณยังสามารถเปิดสัญญาณเตือนไฟฟ้ากระแสสลับที่ส่งเสียงดังโดยแทนที่ PZ1 ด้วยวงจรรีเลย์ (ไม่แสดงไว้ที่นี่) สัญญาณเตือน AC เปิดใช้งานผ่านหน้าสัมผัสของรีเลย์ที่ใช้เพื่อการนี้

ขั้นตอนที่ 4: การก่อสร้างและการทดสอบ

PCB ด้านเดียวสำหรับเซ็นเซอร์ตรวจจับอัคคีภัยที่ใช้ไดโอด PIN แสดงในรูปที่ 4 และโครงร่างส่วนประกอบในรูปที่ 5 ใส่ PCB ในกล่องขนาดเล็กในลักษณะที่คุณสามารถเชื่อมต่อไดโอด PIN BPW34 ได้อย่างง่ายดายที่ด้านหลังของ กล่อง. ติดตั้งไดโอด PIN ในตำแหน่งที่เหมาะสมและปิดไว้เพื่อให้แสง/แสงแดดปกติไม่ตก

การทดสอบวงจรนั้นง่าย โดยปกติ เมื่อไม่มีเปลวไฟใกล้ไดโอด PIN กริ่งเพียโซจะไม่ส่งเสียง เมื่อไดโอด PIN ตรวจจับเปลวไฟได้ ออดเซอร์จะส่งเสียงเตือน ระยะการตรวจจับอยู่ที่ประมาณสองเมตร นอกจากนี้ยังสามารถตรวจจับประกายไฟในสายไฟหลักเนื่องจากการลัดวงจร