Chcesz zbudować projekt, który będzie wykrywał obecność lub brak światła? W takim razie przyda Ci się obwody wykrywające światło. Co ciekawe, jest to łatwy projekt, który jest przyjazny dla początkujących. Ponadto urządzenie może z łatwością wykrywać natężenie światła w otoczeniu. Ponadto obwód wykrywający światło można wykorzystać jako obwód sterujący. Zadanie staje się jednak skomplikowane, gdy trzeba wybrać najbardziej odpowiedni detektor światła.
Dobra wiadomość jest taka, że w tym artykule omówiono wszystko, co jest potrzebne do zbudowania obwodu wykrywającego światło, a nawet więcej. A więc trzymajcie się.
Czujnik światła
Źródło:
Wikimedia Commons
Co to jest obwód detektora światła?
Czujnik światła
Źródło:
Radio
Czujnik światła lub obwód czujnika jest urządzeniem zdolnym do wykrywania natężenia światła. Ponadto urządzenie generuje sygnał wyjściowy, który pokazuje moc zmierzonego światła.
Czujniki światła mogą mierzyć energię promieniowania obecnego w każdym spektrum światła. Ponadto mierzą różne częstotliwości światła, począwszy od: Światło podczerwone, swiatło widzialne, swiatło ultrafioletowe
Czujniki światła podczerwonego
Źródło: Pixabay
Czujnik światła przetwarza również energię świetlną (widzialną lub nie) na elektryczne sygnały wyjściowe. W związku z tym czujniki światła można również określać mianem "urządzeń fotoelektrycznych".
Co więcej?
Możliwe jest wykorzystanie wyjścia elektrycznego obwodu czujnika światła do sterowania innymi urządzeniami. Konieczne jest jednak posiadanie obwodów obciążenia elektrycznego lub urządzeń takich jak żarówki, wentylatory lub oświetlenie uliczne.
Rodzaje czujników światła
Przed zbudowaniem obwodu wykrywającego światło kluczowe jest poznanie idealnego czujnika światła. Istnieją dwie główne kategorie urządzeń fotoelektrycznych. Pierwsze z nich generują energię elektryczną w momencie wykrycia światła. Dla porównania, druga kategoria może zmieniać pewne właściwości elektryczne.
W związku z tym wyróżniamy następujące typy czujników światła:
Fotoogniwa
Te urządzenia fotoemisyjne generują swobodne elektrony z materiału światłoczułego, np. z cezu. Ogniwo fotoemisyjne generuje elektrony tylko wtedy, gdy zostanie uderzone przez proton o odpowiedniej energii.
Ponadto poziom energii protonu zależy od natężenia światła. Dlatego im wyższa moc, tym więcej energii proton zamieni światło na energię elektryczną.
Ogniwa fotowoltaiczne
Czujniki wyposażone w ogniwa fotowoltaiczne mogą generować energię elektryczną równą energii świetlnej, którą otrzymują.
Ponadto dwa połączone ze sobą materiały półprzewodnikowe mogą odbierać energię świetlną i wytwarzać napięcie około 0,5 V. Ponadto Selen jest łatwo dostępnym ogniwem fotowoltaicznym, które działa w większości ogniw słonecznych.
Urządzenia fotozłączowe
Fotodiody lub fototranzystory są typowymi przykładami urządzeń fotozłączowych. Urządzenia te wykorzystują natężenie światła do sterowania przepływem dziur i elektronów przez ich złącze PN.
Konstrukcja fotozłącza najlepiej sprawdza się w zastosowaniach związanych z wykrywaniem i penetracją światła. Ponadto, urządzenia te reagują tylko na długość fali padającego światła.
Ogniwa fotoprzewodzące
Czujniki światła z ogniwami fotoprzewodzącymi nie wytwarzają energii elektrycznej. Zamiast tego zmieniają swoje właściwości fizyczne po otrzymaniu energii świetlnej.
Popularnym typem czujnika fotoprzewodzącego jest fotorezystor. Zmienia on opór elektryczny w zależności od zmian natężenia światła. Innymi słowy, fotorezystory mogą wykorzystywać energię świetlną do sterowania przepływem elektronów i natężeniem prądu płynącego przez elektrony.
Innym powszechnie stosowanym czujnikiem fotoprzewodzącym jest rezystor zależny od światła (LDR). W obecności światła LDR-y mogą zmieniać swój opór elektryczny z tysięcy omów do kilkuset.
Rezystor zależny od światła
Źródło:
Wikimedia Commons
Jak działa obwód detektora światła
Gdy na czujnik LDR pada światło, uzyskuje on niski opór. W związku z tym obciążenie podłączone do obwodu nie otrzyma wystarczającej mocy, aby aktywować urządzenie (tzn. utrzymać je w stanie wyłączonym).
Gdy jest ciemno, rezystancja czujnika LDR wzrasta do poziomu, który umożliwia przepływ prądu przez obwód. W rezultacie tranzystor zostaje uaktywniony. To z kolei pozwala dostarczyć wystarczającą ilość prądu do uruchomienia obciążenia.
Co ciekawe, działanie detektora światła można odwrócić. Oznacza to, że można włączyć obciążenie, gdy jest oświetlenie, i wyłączyć je, gdy go nie ma. Ponadto wybór sposobu działania czujnika światła zależy od rodzaju zastosowania.
Projekty obwodów wykrywających światło
W tym rozdziale dowiesz się, jak zbudować dwa rodzaje układów wykrywających światło. Pierwszy z nich to detektor światła wykorzystujący LDR i wzmacniacz OP-Amp. Drugi układ to detektor światła wykorzystujący LDR i tranzystory.
Detektor światła z wykorzystaniem LDR i wzmacniacza OP-Amp
OP-Amp
Źródło:
Wikimedia Commons
Główną cechą LDR jest to, że zmienia on swoją rezystancję w zależności od natężenia światła. Dlatego ta cecha będzie przydatna w tym projekcie do wykrywania światła i włączania diody LED.
Ponadto, gdy układ zostanie połączony z kondensatorem op-amperów w trybie komparatora, pomoże wygenerować wysokie lub niskie napięcie na wyjściu poprzez porównanie napięć. Oto elementy potrzebne do wykonania tego układu:
LDR
Przewody łączące
Układ scalony LM358 OP-Amp
Rezystor 10 KΩ
Biała dioda LED
Zasilacz 9V
Potencjometr 10 KΩ
Opornik 220 Ω
Płyta chodnikowa
Schemat układu
Schemat układu
Jak zbudować
Najpierw połącz zacisk wiper potencjometru 10 KΩ z zaciskiem odwracającym wzmacniacza operacyjnego. Następnie utwórz połączenie między LDR i rezystorem 10 KΩ. W ten sposób powstanie dzielnik potencjału, który doprowadzi sygnał wyjściowy do wzmacniacza operacyjnego.
Utwórz także połączenie między białą diodą LED a rezystorem 220 Ω. Następnie podłącz zasilanie 9 V do obwodu i sprawdź, czy działa.
Gdy zaświecisz trochę światła na LDR, jego opór powinien się zmniejszyć. Napięcie odwracające będzie wyższe niż napięcie nieodwracające, co spowoduje, że dioda LED nie będzie świecić.
Gdyby na LDR nie padało światło, miałby on większą rezystancję. W rezultacie napięcie odwracające będzie niższe niż napięcie nieodwracające. Dzięki temu moc wyjściowa wzmacniacza OP zostanie zwiększona i dioda LED zostanie włączona.
Obwody wykrywające światło: Czujka światła z użyciem LDR i tranzystorów
Tranzystor BC547C
Źródło:
Wikimedia Commons
Jeśli nie masz wzmacniacza OP-Amp, aby zbudować poprzedni układ, możesz zamiast niego użyć tranzystora. W tym przypadku operację wykrywania światła będzie realizował pojedynczy tranzystor.
Możesz więc użyć pary Darlingtonów, aby uzyskać bardziej gwarantowany prąd wyjściowy. Jednak w większości przypadków wystarczy pojedynczy tranzystor. Oto elementy potrzebne do wykonania tego układu:
Tranzystory BC547 NPN
Przewody łączące
Biała dioda LED
Zasilacz 9V
Opornik 10k Ohm
Rezystor 470 Ohm
Płyta chodnikowa
Schemat układu
Schemat układu
Jak zbudować
Najpierw podłącz LDR do płytki chleba, a bazę tranzystora do jednego z pinów LDR.
Następnie podłącz diodę LED do równoległych pinów na drugim końcu płytki drukowanej. Następnie przymocuj rezystor 470 omów do dodatniego bieguna diody LED (+ve) i do dodatniej szyny płytki chleba.
Podłącz rezystor 10k do bazy tranzystora i do ujemnej szyny (-ve) płyty Breadboard. Następnie dołącz zworki pomiędzy ujemną szynę płyty Breadboard a emiter tranzystora.
Na koniec podłącz zasilanie 9 V (najlepiej baterię 9 V) do tablicy i przetestuj swój układ.
Jak to działa?
Projekt działa w trzech warunkach: przy pełnym oświetleniu, średnim oświetleniu i braku oświetlenia.
Przy pełnym oświetleniu każde jasne światło padające na LDR zmniejsza jego rezystancję, co skutkuje słabym świeceniem diody LED. Tak więc w warunkach średniego oświetlenia, opis LDR o średnim natężeniu spowodowałby średnie świecenie.
Również w przypadku braku światła rezystancja LDR wzrasta. Powoduje to jasną poświatę na diodzie LED. Jasność świecenia diody LED można regulować, ustawiając rezystor dołączony do bazy tranzystora.
Obwody wykrywające światło: Zastosowania obwodu czujnika światła
Czujniki światła mają różne zastosowania, np. w systemach alarmowych, wysokoczułych układach oszczędzania energii w lampach ulicznych, systemach sterowania oświetleniem domowym oraz w systemach solarnych do oświetlania autostrad (do automatycznego wyłączania w ciągu dnia).
System alarmowy
Źródło:
Pixabay
Inne zastosowania obejmują automatyczne włączanie urządzeń oraz systemy oświetlenia szaf i garderoby.
Obwody wykrywające światło: Wyłącznik oświetleniowy od zachodu do wschodu słońca
Wyłączniki oświetleniowe STS wykorzystują obwody czujników światła do sterowania obciążeniem na podstawie światła padającego na LDR. Wyłącznik oświetleniowy STS działa inaczej niż inne wymienione tutaj aplikacje i projekty. Zamiast tranzystorów lub wzmacniacza OP-Amp w wyłączniku oświetleniowym STS zastosowano układ scalony z timerem 555 w trybie bistabilnym.
Gdy zapalisz diodę LDR, wysyła ona sygnał wyjściowy do układu scalonego z timerem 555, który wykorzystuje TRIAC do sterowania obciążeniem. Następnie czujnik aktywuje przekładnię podczas zachodu słońca i uruchamia ją podczas wschodu słońca.
Podsumowanie
Układ czujnika światła jest uniwersalnym i łatwym projektem z zakresu podstaw elektroniki. Szczegółowo omówiliśmy działanie różnych LDR-ów i pokazaliśmy elementy potrzebne do uruchomienia układu. Dlatego od razu możesz spróbować swoich sił w tym projekcie.
Co ciekawe, można użyć LDR z kondensatorem OP, tranzystorami i układem scalonym 555 timera.
Światła uliczne
Źródło:
Public Domain Images
Czy masz jakieś pytania lub sugestie dotyczące tego tematu? Nie martw się, zawsze możesz skontaktować się z nami, a my z przyjemnością Ci pomożemy.