Светодиод – источник и детектор света

Не все знают, что светодиоды могут также прекрасно обнаруживать свет. Они широ­ко используются как недорогие и доступные оптические детекторы. Обычно светодиод обнаруживает свет на волне несколько бо­лее короткой, чем тот свет, который он из­лучает, поэтому светодиод оказывается се­лективным обнаружителем. Например, све­тодиод, который излучает зелено-желтый свет с максимумом на длине волны 555 нм, обнаруживает зеленый свет с максимумом на длине волны 525 нм с шириной спектра порядка 50 нм.

Почти все светодиоды могут обнаружи­вать сравнительно узкий диапазон волн с переменной чувствительностью. Фактичес­ки стандартный светодиод может выполнять двойную функцию в той же цепи без изменения физических или электронных контактов. На рис.1 показана очень простая схема устройства на микроконтроллере, предло­женная журналом Electronic Design, кото­рое может попеременно кок излучать свет, так и его обнаруживать, используя только два входа-выхода микроконтроллера, светодиод и резистор. Схема может быть использо­вана как переключатель света, мигающее ус­тройство, детектор кода, детектор дыма и пр.

Устройство на микроконтроллере

Поскольку светодиоды в функции фото­диода менее чувствительны, чем коммерче­ские фотодиоды, прямое измерение фотото­ка без усиления затруднительно. Обычно требуется пикоамперметр и дорогой опе­рационный усилитель.

Однако, большинство современных ми­кроконтроллеров имеют двунаправленные порты входа-выхода с третьим со­стоянием. Используя высокоимпедансный вход, схема может произ­водить очень точные измерения фототока с использованием про­стой пороговой техники и тайме­ра-счетчика, встроенного в мик­роконтроллер.

В режиме детектора светодиод «заряжается» очень быстро (100- 200 нс). Заряд поддерживается вну­тренней емкостью светодиода, обычно от 10 до 15 пФ (рис.2, шаг 1). Затем вывод Р1 микрокон­троллера переключается в состоя­ние высокого импеданса (сопро­тивление порядка 101 5; Ом), (рис.2, шаг 2). При условии обратного смещения простой моделью для све­тодиода является конденсатор, па­раллельный источнику тока iR(φ), ко­торый представляет ток, наводи­мый интенсивностью света. Модель включает ток утечки через Р1обычно порядка 0,002 пА и незна­чителен по сравнению с типовым фототоком iR(φ) порядка 50 пА че­рез светодиод при нормальном ок­ружающем освещении. На рис.За показаны экспериментальные ре­зультаты по разряду светодиода Vp 1(t) для φ 1 и <φ2, где φ2>φ 1.

Режим детектора

Программное обеспечение (на­писанное для 16-битного таймера- счетчика TCNT1 в 8-битном микро­контроллере) постоянно запраши­вает Vp1(t) через цифровой эквива­лент, логическое состояние Р1, до тех пор, пока не достигается порог логического 0 (примерно 2,2 В). Вре­мя затухания Td в микросекундах пропорционально количеству об­наруженного света и поэтому из­меряет фототок светодиода iR(φ). По мере того, как количество полу­ченного света возрастает, диод разряжсется более быстро и Td уменьшается, и наоборот (рис.За).

Выходное напряжение

Если время затухания больше, чем определенный пользователем порог интенсивности света, пред­ставленный как Tdcr, микроконтрол­лер может снова включить светодиод и он будет излучать свет как сиг­нал тревоги (рис.2, шаг 3). Вдо­бавок, другие контакты на микро­контроллере могут быть использо­ваны как выходы реле или как выходы широтно-импульсной модуляции, управляемой светом. На рис.3б указано выходное напря­жение на выводе Р2 на протяже­нии рабочего цикла.

Чтобы сэкономить на электроэнергии советуем приобрести Светодиодные светильники. Светодиодные лампы значительно экономичнее и проработают дольше, чем стандартные лампы накаливания.

Метки: , , , , .


Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Проверочный код *

Разработка сайта: cryptonic