13.5  Snímače optických a magnetických veličín

 

 

    Snímače optických veličín

    Tieto snímače rozdeľujeme na aktívne, na ktorých pri dopade žiarenia vzniká elektrické napätie a pasívne, meniace iba určitý parameter

 

Fotorezistor

    Fotorezistor využíva zmeny elektrickej vodivosti niektorých polovodičových materiálov pôsobením svetelného toku. Fotorezistory vykazujú zotrvačnosť, nelineárny priebeh svetelnej citlivosti aj závislosť na teplote, predstavujú najjednoduchší a preto často používaný prvok v riadiacich systémoch.

   

Fotodióda

    Fotodióda je plošná dióda, ktorej prechod PN je ovplyvnený svetelným tokom. Pri nulovom osvetlení diódy jej charakteristiky zodpovedajú charakteristikám bežnej diódy. Osvetlenie sa vytvorí párom elektrón – diera, vyvolávajúci dodatočný prúd IF diódou. Pre detekciu optických signálov sa ich pracovný bod nastavuje do tretieho kvadrantu, pretože najcitlivejšia závislosť na svetlo (asi 0,2 A/W) vykazuje dióda pri pólovaní v  závernom smere. Celkový prúd diódou je daný  rozdielom  záverného prúdu diódy a fotoelektrickým  prúdom  IF.

Použitie: zabezpečovacie systémy

 

Fototranzistor

    Fototranzistor je optoelektrický prvok, v ktorom prúd vzniknutý pohltením žiarenia je zosilnený tranzistorovým javom. Kolektorový prúd fototranzistoru IC je miesto bázovým prúdom IB riadený žiarivým tokom E, ktorý smeruje do oblasti emitorového prechodu, v ktorom vznikajú páry elektrón – diera, ktoré znižujú potenciálový bariéru kolektorového prechodu.

    Integrované obvody s fototranzistorovými snímačmi a lineárnym výstupným signálom sa používajú vo fotografických prístrojoch apod. K prednostiam patrí vnútorné zosilnenie zväčšujúce citlivosť (až jednotky μA/lx, t.j. asi o jeden rád vyššie ako pri fotodióde), jednoduché zapojenie a vyhovujúce dynamické vlastnosti (medzný kmitočet asi 10 kHz).

 

Fototyristor

    Je to štvorvrstvová štruktúra s troma prechodmi PN a s vyvedenou riadiacou elektródou, takže za tmy má vlastnosti ako normálny tyristor. Jeho výhodou je galvanické oddelenie riadiaceho obvodu od spínanej štruktúry a teda aj záťaže.

 

Optrón

    Optrón je optoelektrický člen tvorený riadeným zdrojom žiarenia a fotoelektrickým prijímačom, ktoré sú usporiadané v jednom konštrukčnom celku spravidla v jedinom puzdre. Vzhľadom k jednosmernosti prenosu sa optrón používa ako prvok pre galvanické oddelenie elektronických zariadení. Typické je ich použitie pre oddelenie snímačov a akčných členov od V/V obvodov mikroelektronických riadiacich systémov, izolačná pevnosť je rádovo v kV.

 

Optoelektronické snímače s nábojovo viazanou štruktúrou (CCD)

    CCD snímače s nábojovou väzbou sú základným funkčným prvkom pre snímanie plošných obrazov. Má unipolárnu štruktúru.

    Činnosť CCD snímačov sa  skladá z troch taktov – prevodu svetelného toku na náboj, presunu náboja polovodičovou štruktúrou CCD na výstup a prevodom náboja na výstupné napätie (videosignál)

    Pri spracovaní optických plošných signálov preniká svetlo zhora maticou tenkých elektród, pod nimi vznikajú páry elektrón – diera, pričom sú napätím na elektródach majoritné nosiče odpudzované a minoritné tvoria náboj úmerný ožiareniu.

    Prednosťou snímačov CCD sú technologická jednoduchosť výroby, vysoká citlivosť, vysoký stupeň integrácie, malá spotreba energie v režime predávania informácie, praktický žiadne straty v režime ich zachovania a odstránenia zobrazovacích elektróniek

   

 

    Snímače magnetických veličín

    Snímanie magnetických veličín reprezentuje oblasť merania vlastností feromagnetických materiálov pri ich výrobe a úprave (meranie hysterézy) a meranie vlastností magnetických polí. Snímače magnetických veličín sa používajú v konštrukcii snímačov sily, polohy a veličín na polohu prevedených.

 

Magnetorezistor

    Magnetorezistor je dvojpólový prvok, ktorého zmena odporu ΔR vzniká zakrivením a tým predĺžením dráhy nosičov náboja v polovodičovom materiále vplyvom vonkajšieho magnetického poľa.

 

Magnetodióda

    Magnetodióda pracuje na princípe injekcie nosičov náboja, ktorých doba života je riadená účinkom vonkajšieho magnetického poľa.

 

Hallova sonda

    Ak preteká polovodičovou doštičkou šírky d elektrický prúd I, tak po jej vložení do magnetického poľa s indukciou B, ktorej smer je kolmý na smer prúdu, vznikne na kontaktoch v smere kolmom na rovinu vektorov I, B tzv. Hallovo napätie UH.

    Hallova sonda sa používa k meraniu a riadeniu elektrických veličín (indukcia magnetického poľa, modulácia jednosmerného prúdu striedavým) a mechanických veličín (poloha, otáčky, zrýchlenie)