Как проверить фотодиод на работоспособность: Как проверить инфракрасный свето- и фотодиод, мощная доработка тестера ut61e

Как проверить инфракрасный свето- и фотодиод, мощная доработка тестера ut61e

Перейдём к диодам. Тут особо писать нечего — диоды как диоды. В пакете 50 штук совершенно стандартных ИК светодиодов диаметром 3мм в прозрачном корпусе, и 50 штук 3мм фотодиодов в черном корпусе, что должно отфильтровать видимый спектр.

На этом обзор диодов можно считать завершенным 😉

Переходим к доработке мультиметра. Доработка будет состоять из нескольких этапов: доработка ИК порта, доработка мультиметра в части автоотключения, и бонусом — установка внешнего источника опорного напряжения. Последнее, к сожалению, актуально только для приборов старых ревизий, где на плате предусмотрено место для внешнего ИОНа и обвязки.

Часть первая, ИК порт. Идея взята тут.

Во-первых — для чего переделывается порт? Для того, чтобы обеспечить И автоотключение, И передачу данных — мало ли когда оно понадобится?

Берём комплектный шнурок и разбираем его:

Берём светодиод

Загибаем ему ноги как у уже запаянного фотодиода, и запаиваем на место. Полярность на плате подписана.

Кроме светодиода запаиваем резистор на 10кОм

Всё, можно собирать. Я заклеил суперклеем.

Теперь переходим к мультиметру. Идея переделки заключается в том, чтобы не только отпаять и приподнять 111 ножку чипа, отвечающую за автоотключение, но и подключить к ней фотодиод или фототранзистор для управления от порта.

Для начала изготовим платку для фотодиода и резистора. Я просто из обрезка одностороннего стеклотекстолита вырезал и пропилил надфилем в двух местах.

Теперь замеряемся куда и как ставить нашу плату:

Как видим, расстояние между диодами должно быть 16.5мм, а высота диода над платой — 10мм. Изгибаем, запаиваем, клеим на плату на «китайские сопли» (термопистолет), или тонкий двухсторонний скотч:

Ищем точки подключения:

… и выводим провод на противоположную сторону платы через штатное отверстие. Провод нужен тоненький, чтобы пролез в отверстие и изоляция не повредилась нигде:

Поднимаем ногу микросхемы, и подпаиваем к ней провод, закрепляя тем же термоклеем. Кстати, плату с диодом и провода тоже нужно прицепить термоклеем, чтобы не развалилось всё это. Я этот момент не сфотографировал, к сожалению.

Хочется сделать так:

Но так делать НЕЛЬЗЯ — там расстояние до дисплея минимальное. Поэтому делаем так:

Обратите внимание, что анод (+) фотодиода подключается к V-, то есть включение «обратное», «стабилитронное» 😉

Всё, можно собирать и проверять. Как видим, значок передачи данных погас, а значок автоотключения загорелся:

Подключаем к компьютеру.

Нажимаем COM-connect:

Ура, всё работает.

Ну и бонусом — установка нового ИОНа LT1790ACS6-1.25 (я брал сразу три штуки, вышло не так дорого за один. возможно есть и более дешевые варианты). Тут я хочу повториться что данная доработка актуальна только для старых приборов, там на плате предусмотрены места установки данного ИОНа и обвязки. В новых ревизиях платы их установка не предусмотрена, соответственно, придётся вешать на соплях, ну и в этом случае разумно поискать что-то подешевле и без обвязки. Типа того что установлено в an8008, например.

Зачем это нужно? У внешней опорки LT1790 температурный коэффициент 10-25ppm (в зависимости от варианта), а у встроенной в es51922 — вроде как аж 75ppm (идея взята здесь).

К сожалению, маркировка микросхемы никак не зависит от типа этой микросхемы, то есть узнать реальную точность, температурный коэффициент и температурный диапазон — нельзя. таким образом может оказаться что китаец впаривает более дешевый чип под видом более дорогого — но доказать это невозможно без применения высокоточного оборудования.

Схема подключения такова:

Вместе с установкой ИОНа весьма желательно заменить также резисторы делителя, то есть R16 и многооборотный подстроечник — таким образом, чтобы подстроечник имел минимальное сопротивление. В этом случае он будет оказывать минимальное же влияние и обеспечивать комфортную регулировку. Штатный подстроечник имеет сопротивление аж 2кОм что явно многовато. рекомендуется установка подстроечника 50-100 Ом. Купить можно например тут. Я пока поставил первый попавшийся на 500 Ом, что всяко лучше штатного, а потом посмотрю что делать дальше. Сразу хочу сказать, что настройка стала заметно плавнее, последний разряд это пара оборотов подстроечника.

Итак, переделка:

Нужно запаять резисторы R52 и R53 размера 0603 и номиналом 10кОм и конденсатор С50 емкостью 10мкФ (размер 0805, наверно можно попытаться и 1206 воткнуть), а также перенести резистор R15 на позицию R51. Ну и запаять собственно сам ИОН. После этого подключаем внешний источник образцового напряжения (см в конце обзора) и калибруем по постоянному напряжению.

Если честно, данная переделка особо ничего не даёт, это просто такая «прикольная фишка» типа «прокачай свой мультиметр» 😉

А вот внедрение свето- и фото- диодов и допиливание автоотключения — это совершенно однозначно та самая операция, которая должна проводиться сразу же после приобретения тестера.

Теперь о подсветке. Если кому-то прям не спится без подсветки в тестере — то самый простой способ это поместить внутрь модуль на TTP223, типа такого, подключить его после выключателя питания и стабилизатора и переключить в режим «кнопка с фиксацией».

На этом всё, дорабатывайте свои ut61e и наслаждайтесь удобством!

Как проверить ДУ или ИК светодиод

Как проверить инфракрасный диод — Инженер ПТО

Проверка светодиода мультиметром является наиболее простым и правильным способом определения его работоспособности. Цифровой мультиметр (тестер) – это многофункциональный измерительный прибор, возможности которого отражены в позициях переключателя на передней панели. На работоспособность светодиоды проверяются при помощи функций, присутствующих в любом тестере. Методы проверки рассмотрим на примере цифрового мультиметра DT9208A.

Основные причины неисправности и выхода из строя светодиодов

Особенность любого излучающего диода – низкий предел обратного напряжения, который лишь на несколько вольт превышает падение на нём в открытом состоянии. Любой электростатический разряд или неверное подключение в ходе наладки схемы может стать причиной выхода LED (аббревиатура от англ. Light-emitting diode) из строя. Сверхъяркие малоточные светодиоды, применяемые в роли индикаторов питания различных устройств, часто перегорают в результате скачков напряжения. Их планарные аналоги (SMD LED) широко используются в лампах на 12 В и 220 В, лентах и фонариках. В их исправности также можно убедиться с помощью тестера.

Стоит отметить, что небольшая доля бракованных (около 2%) светодиодов поставляется от производителя. Поэтому дополнительная проверка светодиода тестером перед монтажом на печатную плату не помешает.

Методы диагностики

Простейшим способом, которым чаще всего пользуют радиолюбители, является проверка светоизлучающих диодов мультиметром на работоспособность при помощи щупов. Способ удобен для всех типов светоизлучающих диодов, независимо от их исполнения и количества выводов. Установив переключатель в положение «прозвонка, проверка на обрыв», щупами касаются выводов и наблюдают за показаниями. Замыкая красный щуп на анод, а черный на катод исправный светодиод должен засветиться. При смене полярности щупов на экране тестера должна оставаться цифра 1.

Свечение излучающего диода во время проверки будет небольшой и на некоторых светодиодах при ярком освещении может быть незаметно.

Для точной проверки многоцветных LED с несколькими выводами необходимо знать их распиновку. В противном случае придется наугад перебирать выводы в поисках общего анода или катода. Не стоит бояться тестировать мощные светодиоды с металлической подложкой. Мультиметр не способен вывести их из строя, путём замера в режиме прозвонки.

Проверку светодиода мультиметром можно выполнить без щупов, используя гнёзда для тестирования транзисторов. Как правило, это восемь отверстий, расположенных в нижней части прибора: четыре слева для PNP транзисторов и четыре справа для NPN транзисторов. PNP транзистор открывается подачей положительного потенциала на эмиттер «Е». Поэтому анод нужно вставить в гнездо с надписью «Е», а катод – в гнездо с надписью «С». Исправный светодиод должен засветиться. Для тестирования в отверстиях под NPN транзисторы нужно сменить полярность: анод — «С», катод – «Е». Таким методом удобно проверять светодиоды с длинными и чистыми от припоя контактами. При этом неважно, в каком положении находится переключатель тестера. Проверка инфракрасного светодиода происходит также, но имеет свои нюансы из-за невидимого излучения. В момент касания щупами выводов рабочего ИК светодиода (анод – плюс, катод – минус) на экране прибора должно высветиться число около 1000 единиц. При смене полярности на экране должна быть единица.

Для проверки ИК диода в гнёздах тестирования транзисторов дополнительно придётся задействовать цифровую камеру (смартфон, телефон и пр.) Инфракрасный диод вставляют в соответствующие отверстия мультиметра и сверху на него направляют камеру. Если он в исправном состоянии, то ИК излучение будет отображаться на экране гаджета в виде светящегося размытого пятна.

Проверка мощных SMD светодиодов и светодиодных матриц на работоспособность кроме мультиметра требует наличия токового драйвера. Мультиметр включают последовательно в электрическую цепь на несколько минут и следят за изменением тока в нагрузке. Если светодиод низкого качества (или частично неисправный), то ток будет плавно нарастать, увеличивая температуру кристалла. Затем тестер подключают параллельно нагрузке и замеряют прямое падение напряжения. Сопоставив измеренные и паспортные данные из вольт-амперной характеристики можно сделать вывод о пригодности LED к эксплуатации.

Сегодня в радиоэлектронике имеются самые разнообразные изделия, применяемые для создания качественной и эффективной подсветки. Одним из таких изделий является инфракрасный тип диода.

Чтобы использовать его для создания подсветки, необходимо знать не только то, где они применяются, но и их особенности. Разобраться в данном вопросе поможет эта статья.

Особенности диодов, работающих в инфракрасном диапазоне

Инфракрасные светодиоды (сокращенно называются ИК диоды) — это полупроводниковые элементы электронных схем, которые при прохождении через них тока излучают свет, находящийся в инфракрасном диапазоне.

Обратите внимание! Инфракрасное излучение является невидимым для человеческого глаза. Это излучение можно засечь только путем применения стационарных видеокамер или же видеокамер мобильных телефонов. Это один из способов проверить, работает ли диод в инфракрасном спектре излучения.

Мощные светодиоды (например, лазерный вид) инфракрасного спектрального диапазона производятся на базе квантоворазмерных гетероструктур. Здесь применяется лазер FP-типа. В результате чего мощность светодиодов стартует с отметки 10мВ, а ограничивающим порогом служит 1000мВ. Корпуса для данного рода изделий подходят как 3-pin-типа, так и HHL. Излучение в результате этого оказывается в спектре от 1300 до 1550нм.

В результате такой структуры лазерный мощный диод служит отличным источником излучения, благодаря чему его часто используют в волоконно-оптической системе передачи информации, а также во многих других сферах, о которых речь пойдет немного ниже.
Лазерный инфракрасный тип диода является источником мощного и концентрированного лазерного излучения. В его работе применяется, соответственно, лазерный принцип работы.
Мощные диоды (лазерный тип) имеют следующие технические характеристики:

Обратите внимание! Из-за того, что изделие излучает свет в инфракрасном диапазоне, то такие привычные характеристики, как освещенность, мощность испускаемого светового потока и т.п. здесь не подходят.

• такие светодиоды способны генерировать волны, находящиеся в диапазоне 0,74- 2000 мкм. Этот диапазон служит той гранью, когда излучение и свет имеют условное деление;
• мощности генерируемого излучения. Этот параметр отражает количество энергии в единицу времени. Такая мощность дополнительно привязывается к габаритам излучателя. Данный параметр измеряется в Вт с единицы имеющейся площади;
• интенсивность излучаемого потока в рамке сегмента объемного угла. Это достаточно условная характеристика. Она связана с тем, что с помощью оптических систем испускаемое диодом излучение собирается и потом направляется в требуемую сторону. Данный параметр измеряется в ВТ на стерадианы (Вт/ср).

В некоторых ситуациях, когда нет необходимости в наличии постоянного потока энергии, а достаточны импульсные сигналы, вышеописанное строение и характеристики позволяют увеличить мощность энергии, излучаемой элементом радиосхемы, в несколько раз.

Обратите внимание! Иногда в характеристиках инфракрасных диодов выделяют показатели для непрерывного и импульсного режима работы.

Как проверить работоспособность

Проверка ИК диода

При работе с данным элементом электросхемы нужно знать, как проверить его работу. Так, как уже говорилось, визуально проверить наличие этого излучения можно с помощью видеокамер. Здесь можно оценивать работоспособность при помощи обычных видеокамер мобильных телефонов.
Обратите внимание! Использование видеокамер является самым простым способом проверки.

Такой ИК-элемент в дистанционном пульте проверяется легко, его просто следует направить на телевизор и нажать на кнопку. При исправности системы, диод вспыхнет и телевизор включится.
А вот эмпирически проверить работоспособность подобного светодиода можно с помощью специального оборудования. Для этих целей подойдет тестер. Чтобы проверить светодиод, тестер следует подключить к его выводам и установить на пределе измерения mOm. После этого смотрим на него через камеру, к примеру через мобильный телефон. Если на экране виден луч света, значит все в порядке. Вот и вся проверка.

Область применения ИК диодов

На данный момент времени светодиоды инфракрасного спектра применяются в следующих областях:

• в медицине. Такие элементы радиосхем служат качественным и эффективным источником для создания направленной подсветки разнообразного медицинского оборудования;
• в охранных системах;
• в системе передачи информации с помощью оптоволоконных кабелей. Благодаря своему особому строению данные изделия способны работать с многомодовым и одномодовым оптоволокном;
• исследовательская и научная сферы. Подобная продукция востребована с процессах накачивания твердотельных лазеров в ходе научных исследованиях, а также подсветки;
• военная промышленность. Здесь они имеют такое же широкое применение в качестве подсветки, как и в медицинской сфере.

Помимо этого, такие диоды встречаются в различном оборудовании:

• устройства для дистанционного управления техникой;

ИК диод в пульте дистанционного управления

• разнообразные контрольно-измерительные оптические приборы;
• беспроводные линии связи;
• коммутационные оптронные устройства.

Как видим, сфера применения данной продукции впечатляющая. Поэтому приобрести такие диодные комплектующие для своей домашней лаборатории можно без особых проблем, они в избытке продаются на рынке и в специализированных магазинах.

Заключение

Сегодня в эффективности инфракрасных мощных светодиодов не приходиться сомневаться. Это подтверждается тем фактом, что такие элементы электрических систем имеют обширный диапазон применения. Благодаря своему строению ИК светодиоды отличаются безупречными эксплуатационными характеристиками и качественной работой.

Чтобы проверить светодиод и узнать его параметры, нужно иметь в своем арсенале мультиметр, «Цэшку» или универсальный тестер. Давайте научимся ими пользоваться.

Прозвонка отдельных светодиодов

Начнем с простого, как прозвонить светодиод мультиметром. Переведите тестер в режим проверки транзисторов – Hfe и вставьте светодиод в разъём, как на картинке ниже.

Как проверить светодиод на работоспособность? Вставьте анод светодиода в разъём C зоны обозначенной PNP, а катод в E. В PNP разъёмах C – это плюс, а E в NPN – минусовой вывод. Вы видите свечение? Значит проверка светодиода выполнена, если нет – ошибись полярностью или диод не исправен.

Разъём для проверки транзисторов выглядит по-разному, часто это синий круг с отверстиями, так будет если проверить светодиод мультиметром DT830, как на фото ниже.

Теперь о том, как проверить светодиод мультиметром в режиме проверки диодов. Для начала взгляните на схему проверки.

Режим проверки диода так и обозначен – графическим изображением диода, подробнее об обозначениях в статье. Этот способ подойдёт не только для светодиодов с ножками, но и для проверки smd светодиода.

Проверка светодиодов тестером в режиме прозвонки – показана на рисунке ниже, а еще можете увидеть один из видов разъёма для проверки транзисторов, описанного в предыдущем способе. Пишите в комментариях о том какой у вас тестер и задавайте вопросы!

Этот способ хуже, от тестера возникает яркое свечение диода, а в данном случае — едва заметно красное свечение.

Теперь обратите внимание как проверить светодиод тестером с функцией определения анода. Принцип тот же, при правильной полярности светодиод загорится.

Проверка инфракрасного диода

Действительно, почти в каждом доме есть такой LED. В пультах дистанционного управления они нашли широчайшее применение. Представим ситуацию, что пульт перестал переключать каналы, вы уже почистили все контакты клавиатуры и заменили батареи, но он все равно не работает. Значит нужно смотреть диод. Как проверить ИК-светодиод?

Человеческий глаз не видит инфракрасного излучения, в котором пульт передаёт информацию телевизору, но его видит камера вашего телефона. Такие светодиоды используются в ночной подсветке камер видео наблюдения. Включите камеру телефона и нажмите на любую кнопку пульта – если он исправен вы должны увидеть мерцания.

Методы проверки мультиметром ИК светодиода и обычного — одинаковы. Еще один способ как проверить инфракрасный светодиод на исправность – подпаять параллельно ему LED красного свечения. Он будет служить наглядным показателем работы ИК диода. Если он мерцает, значит сигналы на диод поступают и нужно менять ИК диод. Если красный не мерцает, значит сигнал не поступает и дело в самом пульте, а не в диоде.

В схеме управления с пульта есть еще один важный элемент, принимающий излучение — фотоэлемент. Как проверить фотоэлемент мультиметром? Включите режим измерения сопротивления. Когда на фотоэлемент попадает свет – состояние его проводимости изменяется, тогда изменяется и его сопротивление в меньшую сторону. Понаблюдайте этот эффект и убедитесь в исправности или поломке.

Проверка диода на плате

Как проверить светодиод мультиметром не выпаивая? В принципах его проверки всё остаётся также, а способы изменяются. Удобно проверять светодиоды, не выпаивая с помощью щупов.

Стандартные щупы не влезут в разъём для транзисторов, режима Hfe. Но в него влезут швейные иглы, кусочек кабеля (витая пара) или отдельные жилки из многожильного кабеля. В общем любой тонкий проводник. Если его припаять к щупу или фольгированному текстолиту и присоединить щупы без штекеров, то получится такой переходник.

Теперь вы можете прозвонить светодиоды мультиметром на плате.

Как проверить светодиоды в фонарике? Открутите блок линз или переднее стекло на фонаре, аккуратно отпаяйте плату от батарейного блока, если длина проводников не позволяет её свободно рассмотреть и изучить.

В таком положении вы легко проверите исправность каждого светодиода на плате описанным выше методом. Подробнее о светодиодах в фонариках.

Как прозвонить светодиодную лампу?

Любой электрик много раз «звонил» лампу накаливания, но как проверить ЛЕД-лампу тестером?

Для этого нужно снять рассеиватель, обычно он приклеен. Чтобы отделить его от корпуса вам нужен медиатор, или пластиковая карта, её нужно засунуть между корпусом и рассеивателем.

Если не удаётся этого сделать попробуйте немного погреть феном место склейки.

Как теперь проверить светодиодную лампочку мультиметром? Перед вами окажется плата со светодиодами, нужно прикоснуться щупами тестера к их выводам. Такие SMD в режиме проверки диодов загораются тусклым светом (но не всегда). Еще один способ проверки исправности — прозвонка от батареи типа «крона».

Крона выдает напряжение 9-12В, потому проверяйте диоды кратковременными скользящими прикосновениями к их полюсам. Если LED не загорается при правильно подобранной полярности — требуется его замена.

Проверка LED прожектора

Для начала взгляните какой светодиод установлен в прожекторе, если вы видите один желтый квадрат, как на фотографии ниже, то тестером его проверить не получится, напряжение таких источников света велико – 10-30 Вольт и более.

Проверить работоспособность светодиода такого типа можно, используя заведомо исправный драйвер на соответствующий ток и напряжение.

Если установлено много мелких SMD – проверка такого прожектора мультиметром возможна. Для начала его нужно разобрать. В корпусе вы обнаружите драйвер, влагозащитные прокладки и плату с LED. Конструкция и процесс проверки аналогичен LED лампе, который описан выше.

Как проверить светодиодную ленту на работоспособность

На нашем сайте есть целая статья о том, как проверить светодиодную ленту, тут рассмотрим экспресс-методы проверки.

Сразу скажу, что засветить ее целиком мультиметром не удастся, в некоторых ситуациях возможно лишь лёгкое свечение в режиме Hfe. Во-первых можно проверять каждый диод по отдельности, в режиме проверки диодов.

Во-вторых иногда происходит перегорание не диодов, а токоведущих частей. Для проверки этого нужно перевести тестер в режим прозвонки и прикоснуться к каждому выводу питания на разных концах проверяемого участка. Так вы определите целую часть ленты и поврежденную.

Красной и синей линией выделены полосы, которые должны звонится от самого начала до конца светодиодной ленты.

Как проверить светодиодную ленту батарейкой? Питание ленты – 12 Вольт. Можно использовать автомобильный аккумулятор, однако он большой и не всегда есть под рукой. Поэтому на помощь придет батарейка на 12В. Используется в дверных радиозвонках и пультах управления. Ее можно использовать как источник питания при прозвонке проблемных участков LED ленты.

Другие способы проверки

Разберем как проверить светодиод батарейкой. Нам понадобится батарейка от материнской платы — типоразмера CR2032. Напряжение на ней порядка 3-х вольт, достаточное для проверки большинства светодиодов.

Другой вариант — это использовать 4,5 или 9В батарейку, тогда нужно использовать сопротивление 75Ом в первом случае и 150-200Ом во втором. Хотя от 4,5 вольт проверка светодиода возможна без резистора кратковременным касанием. Запас прочности LED вам это простит.

Определяем характеристики диодов

Соберите простейшую схему для снятия характеристик светодиода. Она на столько проста, что можно это сделать, не используя паяльник.

Давайте сначала рассмотрим, как узнать мультиметром на сколько вольт наш светодиод, с помощью такого пробника. Для этого внимательно следуйте инструкции:

1. Соберите схему. В разрыв цепи (на схеме «mA») установите мультиметр в режиме измерения тока.
2. Переведите потенциометр в положение максимального сопротивления. Плавно убавляйте его, следите за свечением диода и ростом тока.
3. Узнаём номинальный ток: как только увеличение яркости прекратится, обратите внимание на показания амперметра. Обычно это порядка 20мА для 3-х, 5-ти и 10-ти мм светодиодов. После выхода диода на номинальный ток яркость свечения почти не изменяется.
4. Узнаём напряжение светодиода: подключите вольтметр к выводам LED. Если у вас один измерительный прибор, тогда исключите из неё амперметр и в цепь подключите тестер в режиме измерения напряжения параллельно диоду.
5. Подключите питание, снимите показания напряжения (см. подключение «V» на схеме). Теперь вы знаете на сколько вольт ваш светодиод.
6. Как узнать мощность светодиода мультиметром с помощью этой схемы? Вы уже сняли все показания для определения мощности, нужно всего лишь умножить миллиамперы на Вольты, и вы получите мощность, выраженную в милливаттах.

Однако на глаз определить изменение яркости и вывести светодиод на номинальный режим крайне сложно, нужно иметь большой опыт. Упростим процесс.

Таблицы в помощь

Чтобы уменьшить вероятность сжигания диода определите по внешнему виду на какой из типов светодиодов он похож. Для этого есть справочники и сравнительные таблицы, ориентируйтесь на справочный номинальный ток, когда проводите процесс снятия характеристик.

Если вы видите, что на номинальном значении он явно не выдает полного светового потока, попробуйте кратковременно превысить ток и посмотрите продолжает ли также быстро как ток нарастать и яркость. Следите за нагревом LED’а. Если вы подали слишком большую мощность – диод начнет усиленно греться. Условно нормальной будет температура при которой держать руку на диоде нельзя, но при касании ожога он не оставляет (70-75°C).

Чтобы понять причины и следствия проделывания данной процедуры ознакомьтесь со статьёй о ВАХ диода.

После всей проделанной работы проверьте себя еще раз – сравните показания приборов с табличными значениями светодиодов, подберите ближайшие подходящие по параметрам и откорректируйте сопротивление цепи. Так вы гарантированно определите напряжение, ток и мощность LED.

В качестве питания схемы подойдет батарейка крона 9В или аккумулятор 12В, кроме этого вы определите общее сопротивление для подключения светодиода к такому источнику питания – измерьте сопротивления резистора и потенциометра в этом положении.

Проверить диод очень просто, однако на практике бывают разные ситуации, поэтому возникает много вопросов, особенно у новичков. Опытный электронщик по внешнему виду определит параметры большинства светодиодов, а в ряде случае и их исправность.

Как проверить фотореле на работоспособность

Содержание

• 1 Что происходит с фотореле при снижении температуры до -54? Оно замерзнет? Применённое ФР-7 вышло из строя на четвёртую ночь использования при -3. На ФР-7 было указано -10.Не хочется более связываться с типом реле, которое работать «не хочет».
• 2 Как проверить работоспособность Вашего реле?
• 3 Прибор проработал несколько часов, лампа погасла
• 4 При подключении фотореле лампа сразу загорелась, а светодиод на приборе реагирует на освещенность
• 5 Купил ФР-16А, проверил, установил, проработал сутки, теперь всегда горит освещение, светодиод днем гаснет
• 6 Закрываю датчик в дневное время ладонью — не включается освещение, светодиод на приборе тоже
• 7 Постоянно мигает
• 8 Установил — включился в сумерки и начал выключаться/включаться на 5 минут
• 9 Установил летом, работал нормально, выпал снег, начал включаться выключаться
• 10 Свет фар автомобиля выключает освещение
• 11 Хочу, чтобы прибор включался в более раннее время
• 12 Что делать если попала внутрь прибора вода
• 13 Проработал один год и вышел из строя
• 14 А вместо пыльников, возможна поставка с гермовыводами?
• 15 Как купить ваши приборы?
• 16 Ламп 4 шт по 400 вт поставил, а ваш прибор фб-2М приказал долго жить!
• 17 Установил ФБ-9 (новая модель) вечером включился на 1 минуту и погас, в чем дело что за дрянь Вы производите?
• 18 Проработал всё лето и осень ФБ-2М, в начале зимы — не включается!
• 19 Как проверить что прибор компенсирует собственный свет?
• 20 Объясните, пожалуйста, мы запутались! Чем отличается декларация о соответствии от сертификата соответствия ?
• 21 Наша компания приобрела ФБ-9 и все лето оно работало отлично. Сейчас похолодало, пошли дожди. Реле стало срабатывать не каждый раз. Вечер включает, когда стемнело, вечер не включает.
• 22 цифровая электроника вычислительная техника встраиваемые системы

Какие бывают фотодатчики

В различных электронных устройствах, устройствах домашней и промышленной автоматики, различных радиолюбительских конструкциях фотодатчики используются очень широко. Кто хоть раз разбирал старую компьютерную мышь, как ее называли «комовскую», еще с шариком внутри, наверняка видел колесики с прорезями, крутящиеся в щели фотодатчиков.

Подобные фотодатчики называются фотопрерывателями – прерывают поток света. С одной стороны такого датчика находится источник – светодиод, как правило, инфракрасный (ИК), с другой фототранзистор (если быть точнее, то два фототранзистора, в некоторых моделях фотодиода, чтобы определить еще и направление вращения). При вращении колесика с прорезями на выходе фотодатчика получаются электрические импульсы, что является информацией об угловом положении этого самого колесика. Такие устройства называются энкодерами. Причем энкодер может быть просто контактным, вспомните колесико у современной мышки!

Фотопрерыватели используются не только в «мышках» а и в других устройствах, например, датчиках частоты вращения какого-либо механизма. В этом случае применяется одинарный фотодатчик, ведь направление вращения определять не требуется.

Если из каких-то соображений, чаще всего для ремонта, залезть в другие устройства электронной техники, то фотодатчики можно обнаружить в принтерах, сканерах и копирах, в приводах CD дисководов, в DVD плеерах, кассетных видеомагнитофонах, видеокамерах и в другой аппаратуре.

Так какие же бывают фотодатчики, и что они из себя представляют? Просто посмотрим, не вникая в физику полупроводников, не разбираясь в формулах и не произнося непонятных слов (рекомбинация, рассасывание неосновных носителей), что называется «на пальцах», как эти фотодатчики работают.

Рисунок 1. Фотопрерыватель

Фоторезистор

С ним все понятно. Как обычный постоянный резистор имеет омическое сопротивление, направление подключения в схеме роли не играет. Только в отличие от постоянного резистора меняет сопротивление под воздействием света: при освещенности оно уменьшается в несколько раз. Количество этих «раз» зависит от модели фоторезистора, в первую очередь от его темнового сопротивления.

Конструктивно фоторезисторы представляют собой металлический корпус со стеклянным окошком, сквозь которое видна сероватого цвета пластинка с зигзагообразной дорожкой. Более поздние модели выполнялись в пластмассовом корпусе с прозрачным верхом.

Быстродействие фоторезисторов невелико, поэтому работать они могут лишь на очень низких частотах. Поэтому в новых разработках они почти не применяются. Но случается, что в процессе ремонта старой техники с ними встретиться придется.

Чтобы проверить исправность фоторезистора достаточно проверить его сопротивление с помощью мультиметра. При отсутствии освещения сопротивление должно быть большим, к примеру, у фоторезистора СФ3-1 темновое сопротивление по справочным данным 30МОм. Если его осветить, то сопротивление упадет до нескольких КОм. Внешний вид фоторезистора показан на рисунке 2.

Рисунок 2. Фоторезистор СФ3-1

Фотодиоды

Очень похожи на обычный выпрямительный диод, если бы не свойство реагировать на свет. Если его «прозванивать» тестером, лучше несовременным стрелочным, то при отсутствии освещения результаты будут те же, как в случае измерения обычного диода: в прямом направлении прибор покажет маленькое сопротивление, а в обратном стрелка прибора почти не сдвинется с места.

Говорят, что диод включен в обратном направлении (этот момент следует запомнить), поэтому ток через него не идет. Но, если в таком включении фотодиод засветить лампочкой, то стрелка резко устремится к нулевой отметке. Такой режим работы фотодиода называется фотодиодным.

Еще у фотодиода есть фотогальванический режим работы: при попадании на него света он, как солнечная батарея, вырабатывает слабенькое напряжение, которое, если усилить, можно использовать в качестве полезного сигнала. Но, чаще фотодиод используется в фотодиодном режиме.

Фотодиоды старой конструкции по внешнему виду представляют металлический цилиндрик с двумя выводами. С другой стороны находится стеклянная линза. Современные фотодиоды имеют корпус просто из прозрачной пластмассы, в точности такой же как и светодиоды.

Рис. 2. Фотодиоды

Фототранзисторы

По внешнему виду бывают просто неотличимы от светодиодов, тот же корпус из прозрачной пластмассы или цилиндрик со стекляшкой в торце, а из него два вывода — коллектор и эмиттер. Базовый вывод фототранзистору вроде как не нужен, ведь входным сигналом для него является световой поток.

Хотя, некоторые фототранзисторы вывод базы все же имеют, что позволяет кроме света управлять транзистором еще и электрическим способом. Такое можно встретить у некоторых транзисторных оптронов, например АОТ128 и импортных 4N35, — по сути функциональных аналогов. Между базой и эмиттером фототранзистора включают резистор, чтоб несколько прикрыть фототранзистор, как показано на рисунке 4.

Рисунок 3. Фототранзистор

У нашего оптрона обычно «вешают» 10 — 100КОм, а вот у импортного «аналога» около 1МОм. Если поставить даже 100КОм, то он работать не будет, транзистор просто наглухо закрыт.

Как проверить фототранзистор

Фототранзистор достаточно просто проверить тестером, даже если у него нет вывода базы. При подключении омметра в любой полярности сопротивление участка коллектор – эмиттер достаточно большое, поскольку транзистор закрыт. Когда на линзу попадет свет достаточной интенсивности и спектра, то омметр покажет маленькое сопротивление – транзистор открылся, если, конечно, удалось угадать полярность подключения тестера. По сути дела такое поведение напоминает обычный транзистор, только тот открывается электрическим сигналом, а этот световым потоком. Кроме интенсивности светового потока немалую роль играет его спектральный состав. Про особенности проверки транзисторов смотрите здесь.

Спектр света

Обычно фотодатчики настроены на определенную длину волны светового излучения. Если это излучение инфракрасного диапазона, то такой датчик плохо реагирует на синий и зеленый светодиоды, достаточно хорошо на красный, лампу накаливания и само собой на инфракрасный. Также нехорошо воспринимает свет от люминесцентных ламп. Поэтому причиной плохой работы фотодатчика может быть просто неподходящий спектр источника света.

Выше было написано, как прозвонить фотодиод и фототранзистор. Тут следует обратить внимание на такую вроде бы мелочь, как тип измерительного прибора. У современного цифрового мультиметра в режиме прозвонки полупроводников плюс находится там же, где и при измерении постоянного напряжения, т.е. на красном проводе.

Результатом измерения будет падение напряжения в милливольтах на p-n переходе в прямом направлении. Как правило, это цифры в пределах 500 — 600, что зависит не только от типа полупроводникового прибора, но еще и от температуры. При увеличении температуры эта цифра уменьшается на 2 на каждый градус Цельсия, что обусловлено температурным коэффициентом сопротивления ТКС.

При пользовании стрелочным тестером надо помнить, что в режиме измерения сопротивлений плюсовой вывод находится на «минусе» в режиме измерения напряжений. При таких проверках освещать фотодатчики лучше лампой накаливания с близкого расстояния.

Сопряжение фотодатчика с микроконтроллером

В последнее время многие радиолюбители увлеклись конструированием роботов. Чаще всего это что-то такое на вид примитивное, вроде коробки с батарейками на колесиках, но жутко умное: все слышит, видит, препятствия объезжает. Вот видит он все как раз за счет фототранзистров или фотодиодов, а может даже и фоторезисторов.

Тут все происходит очень просто. Если это фоторезистор, достаточно подключить его, как указано на схеме, а в случае с фототранзистором или фотодиодом, чтобы не перепутать полярность предварительно «прозвонить» их, как было рассказано выше. Особенно полезно эту операцию проделать, если детали не новые, убедиться в их пригодности. Подключение разных фотодатчиков к микроконтроллеру показано на рисунке 4.

Рисунок 4. Схемы подключения фотодатчиков к микроконтроллеру

Измерение освещенности

Фотодиоды и фототранзисторы имеют малую чувствительность, высокую нелинейность и весьма узкий спектр. Основное применение этих фотоприборов – работа в ключевом режиме: включено – выключено. Поэтому создание измерителей освещенности на них достаточно проблематично, хотя раньше во всех аналоговых измерителях освещенности применялись именно эти фотодатчики.

Но к счастью нанотехнология на месте не стоит, а идет вперед семимильными шагами. Для измерения освещенности «там у них» создали специализированную микросхему TSL230R, представляющую собой программируемый преобразователь освещенность – частота.

Внешне устройство представляет собой микросхему в корпусе DIP8 из прозрачной пластмассы. Все сигналы входные и выходные по уровню совместимы с TTL — CMOS логикой, что позволяет легко сопрягать преобразователь с любым микроконтроллером.

С помощью внешних сигналов можно изменять чувствительность фотодиода и шкалу выходного сигнала соответственно 1, 10, 100 и 2, 10, и 100 раз. Зависимость частоты выходного сигнала от освещенности линейная, в пределах от долей герца до 1МГц. Настройки шкалы и чувствительности выполняются подачей логических уровней всего на 4 входа.

Микросхема может вводиться в режим микро потребления (5мкА) для чего есть отдельный вывод, хотя и в рабочем режиме не особенно прожорлива. При напряжении питания 2,7…5,5В потребляемый ток не более 2мА. Для работы микросхемы не требуется никакой внешней обвязки, разве что блокировочный конденсатор по питанию.

По сути, достаточно подключить к микросхеме частотомер и получать показания освещенности, ну, видимо, в каких-то УЕ. В случае же применения микроконтроллера ориентируясь на частоту выходного сигнала можно управлять освещенностью в помещении, или просто по принципу «включить – выключить».

TSL230R не единственный измеритель освещенности. Еще более совершенными являются датчики фирмы Maxim MAX44007-MAX44009. Габариты их меньше, чем у TSL230R, энергопотребление таково, как у других датчиков в спящем режиме. Основное назначение таких датчиков освещенности – применение в приборах с батарейным питанием.

Фотодатчики управляют освещением

Одной из задач, выполняемых при помощи фотодатчиков, является управление освещением. Такие схемы называются фотореле, чаще всего это простое включение освещения в темное время суток. С этой целью радиолюбителями было разработано немало схем, некоторые из которых мы рассмотрим в следующей статье.

Что происходит с фотореле при снижении температуры до -54? Оно замерзнет? Применённое ФР-7 вышло из строя на четвёртую ночь использования при -3. На ФР-7 было указано -10.Не хочется более связываться с типом реле, которое работать «не хочет».

Как проверить работоспособность Вашего реле?

Пример проверки до установки реле.

НЕИСПРАВНОСТИ И МЕТОДЫ ИХ УСТРАНЕНИЯ

Прибор проработал несколько часов, лампа погасла

Проверьте, не перегорела ли ваша лампа? Очевидно сгорел предохранитель в приборе, так как Вы не учли пусковые токи осветительных установок. Заменить прибор на более мощный. Поменять предохранитель и использовать прибор на меньшую нагрузку.

При подключении фотореле лампа сразу загорелась, а светодиод на приборе реагирует на освещенность

В данном случае скорее всего произошло короткое замыкание на выходе прибора, поэтому сгорел полупроводник. Старайтесь при установке и проводке новой системы освещения, сначала проверять исправность, а потом подключать прибор. Для замены полупроводника обратитесь в гарантийную службу нашей фирмы или замените полупроводник (ВТА24 или ВТВ24 или ВТ140)

Купил ФР-16А, проверил, установил, проработал сутки, теперь всегда горит освещение, светодиод днем гаснет

Скорее всего залипли контакты реле, так как ток проходящий через них выше номинала, подключили нагрузку больше допустимой, фотореле исправно, требуется замена реле 24 вольта, можно купить в магазинах электронных компонентов. Тоже может произойти на ФР-7А, ФР-8А, ФР-10, ФР-10А. Учитывайте пусковые токи осветительной установки. Всегда ставьте автоматический выключатель на нагрузку.

Закрываю датчик в дневное время ладонью — не включается освещение, светодиод на приборе тоже

Дневной свет достаточно интенсивный, и проникает сквозь Вашу ладонь, поэтому для проверки работоспособности нужно закрыть крышку прибора и черной шторкой окошко фотодатчика.

Постоянно мигает

В данном случае Вы установили прибор прямо под включаемым освещением, поэтому при наступлении сумеречного времени прибор включил освещение, свет от него попал на сенсор и прибор выключил освещение и так периодически. Установите прибор вдали от включаемого освещения.

Установил — включился в сумерки и начал выключаться/включаться на 5 минут

Ошибка по предыдущему вопросу, только в Вашем случае стоит дроссельная лампа типа ДРЛ. Такие лампы имеют инерционность при включении, также при повторном включении лампа сразу не загорается, сначала она остывает, также в приборе имеется задержка выключения, поэтому данный эффект может составлять интервал включения-выключения 5-10 минут.

Установил летом, работал нормально, выпал снег, начал включаться выключаться

Выпавший снег повлиял на освещенность датчика, свет отражается от включаемого освещения. Подложить под окошко сенсора небольшую пластинку из оцинковки, для предотвращения зеркального отражения, или поверните регулятор ближе к «солнце».

Свет фар автомобиля выключает освещение

Данная проблема относится только к фотореле ФР-2Э, ФР-7А, ФР-8А, ФБ-2, ФБ-5, так как на приборе нет задержки выключения. Если сенсор установлен на уровне второго этажа — свет фар автомобиля не влияет на работу прибора, при настроенной освещенности не ниже 20 ЛК.

На данном примере видно как светят фары автомобиля, в районе датчика освещенность не выше 5 люкс, поэтому выставляйте 35 люкс — оптимальный вариант сумеречного времени.

Хочу, чтобы прибор включался в более раннее время

Это возможно! Отведите фотосенсор от светового окошка чуть в сторону, на него будет падать меньше света, и освещение включится гораздо раньше.

Для фотореле — затемните фотодатчик шторкой, пластинкой или установите в место куда падает меньше солнечного света.

Что делать если попала внутрь прибора вода

Во первых при установке прибора и подключении проводов (самая распространенная ошибка) отрезайте у гермопыльника кольцо по диаметру в два раза меньшему чем Ваш провод, что бы в месте соединения не попадала вода, обычно она по проводам стекает внутрь прибора.

Проработал один год и вышел из строя

По предыдущему пункту, в прибор очевидно попала вода, датчик в течении долгого времени находился погруженным в воду, сопротивление изменилось и прибор вышел из строя. Обратитесь в гарантийную мастерскую производителя.

А вместо пыльников, возможна поставка с гермовыводами?

Учитывая пожелания клиентов с января 2012 года все наши герметичные светореле комплектуются гермовводами.

Как купить ваши приборы?

Просто. Закажите в магазине или высылайте заявку с реквизитами компании на электронную почту. Отправляем Коммерческими транспортными компаниями или Почтой России.

Ламп 4 шт по 400 вт поставил, а ваш прибор фб-2М приказал долго жить!

Надо читать паспорт прибора где четко прописано — учитывать пусковые токи устройств освещения! В Вашем случае это ДРЛ400 или ДНАТ не означает что потребление лампы 400 вт, читайте внимательно, даже по рабочему току Вы могли подключить только 2 шт!

Установил ФБ-9 (новая модель) вечером включился на 1 минуту и погас, в чем дело что за дрянь Вы производите?

Смарт реле ФБ-9 утром выключает реле и ставит задержку на не выполнение никаких действий на 2 часа. Так как Вы установили реле рядом с включаемым источником, у вас произошло следующие:

Стемнело — реле включило освещение, свет включенного освещения попал на фотосенсор прибора, реле выключилось, поняв что уже утро и установило задержку на два часа!

Вам необходимо сменить режим на более частое мигание!

Ведутся работы по компенсации собственного света!

Проработал всё лето и осень ФБ-2М, в начале зимы — не включается!

Скорее всего у Вас выставлен режим близкий к «луна», выпал снег, освещенность увеличилась и реле не включается. Поверните или поменяйте режим на чуть ближе к «солнце».

Как проверить что прибор компенсирует собственный свет?

Берем лампу КЛЛ ну к примеру 15 Вт, ставим рядом с ФБ-2М (ФБ-5М, ФБ-9), устанавливаем самый первый режим — заход солнца (примерно 100 люкс), выключаем в комнате свет и ждем, сила света лампы выше чем этот порог срабатывания, поэтому включение прибора не произойдет!

Теперь подключаем эту лампу на выход прибора и устанавливаем в том же месте! Ставим на приборе режим самый последний — окончание сумерек (около 1 люкс). Гасим в комнате свет, через 5 секунд лампа включается! И. она не гаснет! Прибор скомпенсировал силу света!

Теперь нужно включить яркий свет, и. и прибор отключит лампу через 5 секунд!

Объясните, пожалуйста, мы запутались! Чем отличается декларация о соответствии от сертификата соответствия ?

Декларация соответствия отличается только бланком. Сертификат соответствия представляет собой единый бланк установленного образца, а декларация соответствия печатается на простом листе и не имеет степеней защиты. Но оба документа имеют одинаковую юридическую силу. Есть перечень продукции, на которую требуется оформление обязательного сертификата соответствия и есть перечень продукции подлежащей обязательному декларированию. Процедура получения этих документов совершенно идентична.

Наша компания приобрела ФБ-9 и все лето оно работало отлично. Сейчас похолодало, пошли дожди. Реле стало срабатывать не каждый раз. Вечер включает, когда стемнело, вечер не включает.

Давайте вместе разберем данную ситуацию. Предположим летом ваш сосед (магазин или др) работает до 9 вечера. Темнеет после 9 часов, поэтому он своё освещение не включает. Пришла осень темнеть стало раньше 9 часов и он стал включать свое освещение. Этот свет стал падать на датчик вашего реле и оно перестало включаться!

Включать реле мешает посторонний свет, вам нужно перевыставить значение на более раннее включение или сосканировать освещенность в тот момент времени когда необходимо включение.
Компенсация постороннего света нами (и вообще кем то) еще не реализована!

цифровая электроника вычислительная техника встраиваемые системы

Как проверить фотоэлемент

Фотоэлементы – это детекторы, работа которых зависят от света. Когда они далеко от света, они обладают высоким сопротивлением. При помещении вблизи света их сопротивление падает. Когда они помещаются внутри цепей, они позволяют протекать определенному количеству тока на основе потребляемого количества света, которое их освещает, и поэтому называются фоторезисторами. Они также называются светозависимыми резисторами или LDR.

Фотоэлементы изготавливаются из полупроводников, чаще всего сульфида кадмия. Те, которые сделаны из сульфида свинца, используются для обнаружения инфракрасного излучения.

Чтобы проверить фотоэлемент, используйте цифровой мультиметр. Включите мультиметр и настройте его на измерение сопротивления. Сопротивление обычно указывается греческой буквой омега. Если мультиметр не авторегулируется, поверните ручку на очень высокий уровень, например мегаом.

Поместите красный щуп мультиметра на один вывод фотоэлемента, а черный – на другой. Направление не имеет значения. Возможно, вам понадобится использовать зажимы типа крокодил, чтобы убедиться, что щупы не проскальзывают с проводов фотоэлемента.

Защитите фотоэлемент, чтобы на него не попадал свет. Сделайте это, положив руку на него или, например, накрыв его. Запишите значение сопротивление. Оно должно быть очень высоким. Вам может потребоваться изменить настройку измерения сопротивления вверх или вниз, чтобы получить показания.

Откройте фотоэлемент, чтобы свет падал на него. Отрегулируйте ручку на мультиметре, понизив ее настройку измерения сопротивления. Через несколько секунд сопротивление должно считывать сотни Ом.

Повторите эксперимент, поставив фотоэлемент рядом с различными источниками света, в том числе испытайте его при солнечном свете, лунном свете или в частично затемненной комнате. Каждый раз записывайте сопротивление. Фотоэлементы могут потребовать от нескольких секунд до нескольких минут, чтобы отрегулировать их, когда они удалены от источника света, а затем помещены в темноту. Как и раньше, вам может потребоваться изменить настройки измерения сопротивления, чтобы получить правильные показания.

Диоды и фотодиоды | Техника и Программы

Любой стрелочный (аналоговый) омметр позволяет проверить прохождение тока через диод (или фотодиод) в прямом направлении — когда «+» тестера приложен к аноду диода. Обратное включение исправного диода эквивалентно разрыву цепи.

Цифровым прибором в режиме омметра проверить переход не удастся. Поэтому у большинства современных цифровых муль- тиметров есть специальный режим проверки р-п-переходов (на переключателе режимов он отмечен знаком диода). Такие переходы есть не только у диодов, но и фотодиодов, светодиодов, а также транзисторов. В этом режиме «цифровик» работает как источник стабильного тока величиной 1 мА (такой ток проходит через контролируемую цепь) — что совершенно безопасно. При подключенном контролируемом элементе прибор показывает напряжение на открытом р-п-переходе в милливольтах: для германиевых 200…300 мВ, а для кремниевых 550…700 мВ. Измеренное значение может быть не более 2000 мВ.

Высоковольтные диодные столбы таким способом проверить не удастся, так как они состоят из многих последовательно включенных диодов. Суммарное падение напряжения на переходах может составлять десятки вольт. Для их контроля потребуется источник питания с напряжением большим, чем падение напряжения на переходах, рис. 6.5 (обычно достаточно от источника 30…40 В).

Рис. 6.5. Схема подключениядля проверки высоковольтных диодов

Для фотодиода простая проверка р-п-перехода тестером не позволяет выявить такой довольно редкий дефект, как потеря фоточувствительности (бывает вызвано старением). Убедиться в работоспособности такого элемента можно путем засветки его мощной лампой (60…100 Вт) с расстояния 10…20 см и измерения на выводах напряжения фотоЭДС цифровым вольтметром, которое сравниваем с заведомо исправным фотодиодом.

Рис. 6.7. Схема подключения для проверки любого стабилитрона (a) и стабистора (б) к источнику напряжения

а)                     б)

Максимальный ток стабилизации можно узнать по справочнику — его превышать нельзя. Большинство распространенных стабилитронов имеют номинальный ток стабилизации 1,..30 мА, но начинают стабилизировать напряжение уже при минимальном токе в 0,5… I мА.

Удобнее всего проверятьстабилитроны, если у вас есть источник стабилизированною тока — нужно всего 1… 10 мА. При 1 мА

Стабилитроны и стабисторы

Как вы знаете, стабилитрон — это тот же диод, но с более точной (нормированной) обратной характеристикой. Большинство из них и проверяются какдиоды. Но не все исправные стабилитроны удастся прозвонитьтестером (мультиметром). Например, симметричные и прецизионные имеют особенности внутреннего строения, показанные на рис. 6.6, не позволяющие это сделать. Для их проверки потребуется источник напряжения, уровень которого превышает напряжение стабилизации хотя бы на 1/3. К источнику стабилитрон подключается через добавочный токоограничивающий резистор (Ro) с номиналом 1…2 кОм, рис. 6.7.

Рис. 6.6. Внутреннее строение стабилитронов: а — обычный, б — прецизионный, в — симметричный

можно проверять практически любой стабилитрон. В этом случае стабилитрон или стабистор подключается прямо к источнику тока (добавочный резистор не ставится) — на исправном элементе будет номинальное напряжение стабилизации, которое лучше измерять цифровым вольтметром.

Источник: Радиолюбителям: полезные схемы. Книга 6. — M / СОЛОН-Пресс, 2005. 240 с.

Как проверить приемник ик телевизора

Ик-приемник как проверить самому

ИК-приемник,  играет не последнюю роль в нашей, повседневной жизни. С помощью данной микросхемы мы имеем возможность управлять современными благами бытовой техники, телевизором, музыкальным центром, автомагнитолой, кондиционером. Это позволяет нам делать, пульт дистанционного управления (ПДУ),  рассмотрим подробнее, его работу, схему, назначение и проверку.  В статье, ик-приемник как проверить самому.

Что такое ИК-приёмник и как он работает

Это интегральная микросхема, ее прямая и основная задача, принимать и обрабатывать инфракрасный сигнал, который как раз и выдаёт пульт дистанционного управления. С помощью этого сигнала и происходит управление техникой.

Устройство и схема ик-приёмника

В основе этой микросхемы лежит pin фотодиод, особенный элемент, с p-n переходом и i областью между ними, аналог базы транзистора, как в бутерброде, вот вам и аббревиатура pin, в своём роде, уникальный элемент.

Он включён в обратном направлении и не пропускает электрический ток. Ик-сигнал поступает на i область,  и он проводит ток, преобразовывая его в напряжение.

Далее, сигнал усиливается в регулировочном  усилителе, следом он фильтруется от помех в полосовом фильтре.

Следующие ступени, интегрирующий фильтр, амплитудный детектор и на финише их ждут выходные транзисторы.

Как самому в домашних условиях проверить ик-приёмник

Как правило покупать новый ик-приёмник в магазине, нет особого смысла, так как его свободно можно выпаять из различных электронных плат. Если вы собираете устройство для проверки ПДУ, из подручных материалов, не зная точной маркировки прибора, то цоколёвку можно определить самому.

Нам понадобится,  мультиметр, блок питания или несколько батареек, соединительные провода, монтаж можно произвести навесной.

У него три вывода, один GND, на второй подаётся плюс 5 вольт, а с третьего выходит сигнал out. Подключаем питания соответственно первой и второй ноге, и снимем напряжение с третей.

Он находится в состоянии ожидания сигнала с пульта, и на мультиметре мы видим, пять вольт. Начинаем переключать каналы или нажимать на другие кнопки, направив пульт, на него.

Если он рабочий, то напряжение будет проседать, примерно на 0,5- 1 вольта. Если всё происходит, как написано здесь, по прибор рабочий, в противном случае, элемент не исправен.

Как определить цоколевку инфракрасного приёмника

Для примера я взял совершенно неизвестную мне микросхему, которая лежал в коробке с элементами, «минус», был определён, по точке, которая имеется на обратной стороне элемента, «плюс», опытным путём через резистор. Я ни чем, не рисковал, в то, что он изначально рабочий, надежды не было.

Для определения цоколёвки ик-приемника, если он впаян в плату, смотрите на ней, возможно, есть маркировка выводов. Если там ни чего не написано, осмотрите сам элемент, ищите его название, а затем в интернете поищите характеристики и данные, такое ведение дела, весьма грамотное. Следуя инструкции, ик-приемник как проверить самому.

energytik.net

Как проверить ИК-приёмник?

Как проверить ИК-приёмник? Как известно, ИК-приёмник представляет собой специализированную микросхему. Это осложняет его проверку. Но, несмотря на это проверить ИК-приёмник можно. Для этого понадобятся кое-какие приспособления. А именно:

• Блок питания. Желательно, чтобы блок питания был стабилизированный с выходным напряжением 5 вольт. Можно с успехом использовать самодельный блок питания с регулируемым выходным напряжением.
• Цифровой мультиметр. Подойдёт любой цифровой мультиметр с возможностью измерения постоянного напряжения.
• Любой исправный пульт дистанционного управления (ДУ).

Перед тем как начать проверку ИК-модуля необходимо определить цоколёвку его выводов. Если этого не сделать, то можно «спалить» ИК-модуль. Если к вам в руки попал неизвестный ИК-приёмник, то не стоит торопиться с его подключением. Для начала нужно внимательно осмотреть его со всех сторон и найти его маркировку. Далее по маркировке находим даташит на данную модель ИК-приёмника на сайте alldatasheet.com. О том, как это сделать читайте здесь. Как правило, в даташите есть рисунок с указанием цоколёвки. Разобраться по нему легко.

Для модели приёмника TSOP31236, на котором и будут проводиться испытания, цоколёвка имеет следующий вид.

Вывод под номером 1 — это вывод общего провода (GND). К этому выводу подключается минусовой провод блока питания. Вывод под номером 2 — это плюсовой вывод (Vs). К нему подключается плюсовой провод блока питания. Вывод под номером 3 — это выход сигнала приёмника (OUT).

Если необходимое оборудование подготовлено, а цоколёвка выводов ИК-приёмника определена, то собираем проверочную схему. Собирать проверочную схему лучше на беспаечной макетной плате. Это займёт пару минут. Если беспаечной макетной платы нет, то придётся спаять проверочную схему навесным монтажом.

Итак, собираем или паяем проверочную схему. Плюсовой вывод от блока питания (+5 V) подключаем к плюсовому выводу ИК-модуля (Vs), минус – к минусовому выводу ИК-приёмника (GND). А третий вывод ИК-приёмника (OUT) подключаем к плюсовому (красному) щупу мультиметра. Минусовой (чёрный) щуп мультиметра подключаем к общему проводу (GND) проверочной схемы. Мультиметр переключаем в режим измерения постоянного напряжения (DC) на предел 20 V.

Методика проверки.

Тем, кто уже узнал, что такое ИК-приёмник известно, что пока на ИК-приёмник не попадает излучение от пульта ДУ, на его выходе присутствует напряжение практически равное напряжению его питания. То есть 5 вольт. Оно не измениться до тех пор, пока на чувствительный фотодиод приёмника не начнут попадать «пачки» инфракрасных импульсов от пульта ДУ. На фото видно, что на выходе (OUT) ИК-приёмника 5,03 вольт.

Суть проверки заключается в том, чтобы проверить изменение напряжения на выходе ИК-модуля при попадании на него инфракрасного излучения от любого пульта ДУ.

Как только на фотодиод ИК-приёмника начнут падать пачки инфракрасных импульсов от пульта ДУ, то напряжение на его выходе будет падать. В теории оно должно падать практически до нуля, но поскольку мультиметр не успевает среагировать на изменение напряжения, то он будет показывать падение напряжения на несколько сотен милливольт. Напомним, что сигнал пульта ДУ имеет форму пачек импульсов. Именно поэтому рядовой мультиметр и не успевает отразить на дисплее столь быстрые изменения напряжения на выходе модуля.

Жмём на любую кнопку пульта ДУ и не отпускаем. При этом будет видно, как на дисплее мультиметра значение напряжения упадёт с 5,03 вольт до 4,57. Напряжение на выходе уменьшилось на 460 милливольт (mV).

Если отпустить кнопку пульта ДУ, то на дисплее значение напряжения вновь восстановиться до 5 вольт.

Как видим, приёмник инфракрасного сигнала исправно реагирует на сигнал с пульта ДУ. Значит ИК-модуль исправен. Аналогичным образом можно проверить и другие приёмники инфракрасного сигнала в модульном исполнении.

Думаю, понятно, что если ИК-приёмник не реагирует на сигналы с пульта ДУ и на его выходе напряжение не меняется ни на милливольт, то с большой степенью вероятности можно утверждать о том, что ИК-приёмник неисправен. На практике проводилась проверка ИК-приёмника HS0038 взятого из цветного телевизора, который сгорел во время грозы. Так вот, при проверке ИК-приёмника оказалось, что на его выходе отсутствует напряжение даже в «ждущем» режиме, а ток потребления равен 0. ИК-модуль оказался сгоревшим (скорее всего из-за превышения напряжения питания более 6 вольт).

Среди инфракрасных приёмников серии TSOP и аналогичных есть так называемые низковольтные экземпляры. В своей маркировке они имеют цифру 3. Представителем такого низковольтного ИК-модуля является TSOP 31236. Данный ИК-приёмник работает уже при напряжении питания 3 вольта.

Если проверяется низковольтный экземпляр ИК-приёмника (например, такой как TSOP31236), то на ИК-модуль можно подать напряжение питания как в 3 вольта, так и в 5 вольт. Методика проверки такого ИК-приёмника аналогична описанной.

При проверке приёмников инфракрасного сигнала стоит помнить, что любой из них имеет в своём составе фильтр. Фильтр этот настроен на определённую частоту, обычно лежащую в диапазоне 30-40 килогерц. Но на практике в руки может попасть и ИК-модуль с частотой настройки фильтра и 56, и 455 килогерц (мало ли ). Так вот, инфракрасный сигнал от рядового пульта такой приёмник может быть и будет принимать, но на выходе сигнала не будет. Почему? Потому что пульт ДУ будет излучать сигнал промодулированный частотой, например, 36 килогерц, а приёмник настроен на приём сигнала, промодулированный частотой в 455 килогерц. Понятно, что в таком случае сигнал просто не пройдёт через фильтр.

Для широко распространённых ИК-приёмников серии TSOP и аналогов частота настройки фильтра обычно составляет 36; 36,7 и 38 килогерц. Они хорошо принимают сигнал практически от любого пульта ДУ, взятого от бытовой электроники. И даже если частота фильтра не совсем совпадает с частотой модуляции сигнала от пульта ДУ, сигнал будет приниматься. Иногда для этого требуется всего лишь ближе поднести пульт к ИК-приёмнику.

acheese.ru

ИК-приемник устройство, работа и проверка

www.texnic.ru

❶ Как проверить ИК-приемник

Инструкция

Подключите ИК-приемник к компьютеру при помощи прилагающихся проводов. Операционная система обнаружит наличие нового устройства. Установите драйвер приемника и запустите программу.

Выберите в настройке программы в закладке ИК-приемника тип своей схемы, после чего он будет обнаружен компьютером и запущен.

Для проверки ИК-приемника воспользуйтесь пультом дистанционного управления, например, от телевизора или музыкального центра. Заведите его в программу, выберите его расположение и считывание кодов каждой кнопки. Протестируйте пульт на управлении компьютером. По сути можно использовать любой ИК-пульт. Также можно использовать один пульт для управления несколькими устройствами. Только надо, чтобы они не находились вблизи от компьютера, иначе они будут воспринимать сигналы и команды от пульта одновременно.

При добавлении нового пульта укажите его название. Потом с помощью мыши поочередно выберите каждую кнопку на его схеме. Для этого нажимайте соответствующую кнопку реального пульта после запроса. Код каждой кнопки устанавливайте уникальный.

Выполните привязку команд к кнопкам пульта. Для этого зайдите в вкладку «Действия» и вызовите мастер настройки, который предоставит вам список программ, коими можно управлять при помощи пульта. После этого перейдите непосредственно к определению необходимых команд для кнопок.

Тут уже действуйте по своему усмотрению и в зависимости от ваших потребностей. Одна кнопка может выполнять сразу несколько команд, в зависимости от того, какая программа запущена, так что это процесс творческий. Таким образом, можно настроить дистанционное управление абсолютно любыми программами вашего компьютера при помощи одного пульта. В зависимости от модели ИК-приемника будет варьироваться количество его возможностей и функций, но по большому счету все выглядит одинаково.

Видео по теме

www.kakprosto.ru

Как определить направление диода мультиметром. Как проверить светодиод мультиметром-тестером. Как проводится проверка

В данной статье объясним как проверить диод мультиметром . Полупроводниковый диод, как компонент электронной схемы, довольно часто выходит из строя по различным причинам, например, превышение максимально допустимого прямого тока, обратного напряжения и тому подобное. Различают два вида неисправности диода – пробой и короткое замыкание.

Действие диода, как полупроводникового прибора с p-n переходом, заключается в том, что он пропускает электрический ток только в одном направлении (от анода к катоду), в обратном же направлении (от катода к аноду) ток не течет.

Зная это свойство диода можно легко проверить его на неисправность при помощи обычного .

Обычные диоды, так же как и стабилитроны, можно проверить с помощью мультиметра. Чтобы проверить этот полупроводниковый прибор с помощью цифрового мультиметра, установите переключатель мультиметра в режим проверки диодов, обычно данный режим имеет значок диода:

Следует отметить, что при проверке в данном режиме, на мультиметре отображается прямое напряжение, а не сопротивление, когда просто прозванивают диод в режиме сопротивления.

Признаки исправного диода:

• При подключении плюсового щупа (красный) мультиметра к аноду диода, а минусового щупа (черный) к катоду диода на экране мультиметра должна высветиться определенная величина прямого напряжения данного диода. У разных типов диодов прямое напряжение отличается. Так у германиевых диодов оно составляет примерно 0,3…0,7 вольт, у кремниевых диодов 0,7…1,0 вольта. Хотя некоторые типы мультиметров могут показывать более низкое значение прямого напряжения в режиме проверки.

• И на оборот, при подключении минусового щупа мультиметра к аноду диода, а плюсового щупа к катоду диода на экране будет ноль.

При иных показаниях мультиметра можно утверждать о неисправности проверяемого диода.

Альтернативный способ проверки исправности диода

В том случае, если у вас мультиметр не снабжен режимом проверки диодов, то проверить диод можно по простой схеме, которая приведена ниже.

При данной проверке, мультимет необходимо перевести в режим измерения постоянного напряжения. При том подключении исправного диода, как указано на схеме, вольтметр покажет прямое напряжение на диоде. Если теперь выводы диода поменять местами, то он не будет проводить ток, а вольтметр укажет напряжение питания (в данном случае 5 вольт).

Так же можно прозвонить диод и определить его общее состояние путем измерения сопротивления, как в прямом, так и в обратном направлении.

Для этого необходимо перевести мультиметр в режим измерения сопротивления, диапазон до 2 кОм. При подключении диода в прямом направлении (красный к аноду, черный к катоду) измерительный прибор покажет сопротивление несколько сотен Ом, в обратном направлении прибор покажет символ разрыва цепи, что говорит об очень большом сопротивлении.

Как проверить диодный мост

Прежде чем перейти к вопросу проверки диодного моста, вкратце приведем его описание. Диодный мост представляет собой сборку из четырех диодов, соединенных таким образом, что переменное напряжение (AC), подаваемое к двум из четырех выводов диодного моста, переходит в постоянное напряжение (DC) снимаемое с двух других его выводов.

Таким образом, предназначение диодного моста – выпрямление переменного напряжения с целью получения постоянного напряжения.

Диодный (выпрямительный) мост представляет собой четыре выпрямительных диода соединенных по определенной схеме:

Поскольку диодный мост предназначен для выпрямления переменного напряжения (синусоиды), то при первой полуволне переменного напряжения в работе участвуют одна пара диодов:

а при следующей полуволне работает другая пара выпрямительных диодов:

Проверка диодного моста ничем не отличается от проверки обычного диода. Просто необходимо определиться, к каким выводам подключать мультиметр. Условно пронумеруем выводы выпрямителя от 1 до 4:

Отсюда следует, что для проверки диодного моста нам достаточно прозвонить 4 диода:

• 1-й: выводы 1 – 2;
• 2-й: выводы 2 – 3;
• 3-й: выводы 1 – 4;
• 4-й: выводы 4 – 3;

При проверке, необходимо руководствоваться на показания мультиметра, как и при проверке обычных диодов.

Определение пригодности радиодеталей – основная процедура, проводимая при ремонте или обслуживании радиоэлектронной аппаратуры. И если с пассивными элементами все более или менее понятно, то активные требуют специальных подходов. Проверить сопротивление резистора или целостность катушки индуктивности не составляет труда.

С активными компонентами дело обстоит немного сложнее. Необходимо отдельно разобраться в том, как проверить диод мультиметром своими руками, учитывая, что это простейший и наиболее часто встречающийся полупроводниковый элемент электронных схем.

Виды диодов и их предназначение

Вкратце можно сказать, что диод представляет собой полупроводниковый компонент электронной схемы, предназначенный для однонаправленного пропускания тока. Другими словами, прибор пропускает ток в одном направлении, запирая его течение в обратном, образуя своеобразный электрический вентиль.

На принципиальных схемах диод обозначается в виде стрелки-указателя, на конце которой изображена черта, означающая запирание. Стрелка указывает направление течения тока. Нужно помнить, что в теоретической физике ток образуют позитивно заряженные частицы. Поэтому для открытия p-n перехода положительный потенциал прикладывают к началу стрелки, а отрицательный к ее концу. При таких условиях через прибор потечет прямой ток.

Рассмотрим наиболее распространенные типы диодов, учитывая, что интерес в плане проверки представляют лишь некоторые, а именно:

• обычные диоды, созданные на основе p-n перехода;
• с барьером Шоттки, чаще называемые просто диоды Шоттки;
• стабилитрон, служащий для стабилизации потенциала и другие виды.

Существует еще множество типов диодов – варикапы, светодиоды или фотодиоды, например. Но ввиду сходности проверки работоспособности или малой распространенности эти устройства здесь не рассматриваются.

Определение типа элемента

Хорошо если размер корпуса позволяет нанести на нем хоть сколько-нибудь понятную маркировку. Но чаще всего диоды настолько малы, что их трудно маркировать даже цветом. В этом случае отличить диод от стабилитрона, например, не представляется возможным, ведь они как близнецы-братья.

В подобных ситуациях поможет лишь принципиальная схема аппарата, из которого извлечен элемент. В соответствии с ней можно определить тип компонента и его марку. Если же отсутствует эта информация, можно попробовать поискать принципиальную схему ремонтируемого аппарата в интернете или сделать фотоснимок элемента и также обратиться в Сеть и провести поиск по изображению.

Проверка диодов мультиметром или другим тестером должна проводиться только после определения их типа и марки, потому что разные виды тестируются по-разному.

Применение тестера

Простейшим, но от этого ничуть не менее эффективным, прибором для тестирования элементов электронных схем, полупроводниковых диодов, в том числе, является тестер радиодеталей. Более того, этот инструмент наиболее распространен в среде радиомастеров по причине неприхотливости, малых массогабаритных параметров и возможности измерения практически любых характеристик радиоэлементов и цепей, важных при ремонте.

Считается, что цифровые мультиметры, благодаря своей точности и удобству в эксплуатации, постепенно вытесняют аналоговые. Однако не стоит грешить на точность старенькой «цешки». В ее состав уже входят микросхемы, а мостовые резисторы имеют погрешность 1-2% (это очень высокая точность даже для интегральных микросхем). Поэтому, чтобы проверить исправность диода или транзистора нет необходимости покупать новый мультиметр, при наличии аналогового.

Цифровая индикация прижилась из-за отсутствия механических узлов в мультиметре. Это повысило его удароустойчивость и срок эксплуатации.

Проверка диодов упростилась и с появлением звукового сигнала, позволяющего даже не обращать внимания на дисплей. В большинстве мультиметров существует специальный режим, позволяющий в прямом и переносном смысле прозвонить диод. Он отмечен на корпусе соответствующим знаком.

Достаточно вставить черный штекер в разъем COM, а красный в разъем измерения сопротивления (Ω), установить переключатель на режиме прозвонки диодов, и можно начинать проверку.

Методика проверки

Проверка диодов мультиметром заключается в выяснении работоспособности их p-n перехода. Вообще, в радиоэлектронике бывают лишь две неисправности. Первая представляет собой разрыв цепи (перегорание), когда ток не течет ни в одном из направлений. Вторая же вызвана коротким замыканием (пробой) электродов, что превращает компонент в кусок обычного провода.

Методика тестирования предельно проста. При соединении анода с плюсовым щупом мультиметра, а катода с минусовым, p-n переход должен быть открыт, следовательно, его сопротивление близко к нулю. Цифровые измерители должны подать характерный сигнал. При обратном подключении p-n переход обязан быть заперт, о чем должно свидетельствовать бесконечное (в теории) его сопротивление. На дисплее цифрового тестера индицируется цифра 1. Так звонится рабочий диод. Если же ток проходит, вне зависимости от полярности подключения, налицо короткое замыкание. В случае когда прибор не звонится ни в ту ни в другую сторону имеет место разрыв.

Нередко можно услышать вопрос о том, как проверить диод Шоттки. Действительно, эти компоненты принципиально отличаются от прочих. Дело в том, что p-n переход даже в открытом состоянии имеет сопротивление, хотя и небольшое. Это, в свою очередь, вызывает потери энергии, рассеиваемые в виде тепла. Для сокращения последних один из полупроводниковых электродов диода был заменен металлом. И хотя ток потерь в этом случае немного увеличивается, но в открытом состоянии сопротивление перехода очень низко, что обуславливает экономичность прибора. В остальном проверка диода Шоттки с использованием мультиметра ничем не отличается от тестирования обычного p-n перехода.

Стабилитроны

Особняком стоит вопрос о проверке стабилитронов. Проверять их по описанной выше методике нет смысла, разве что можно убедиться в целостности p-n перехода. В отличие от обычного выпрямительного диода, стабилитрон использует обратную ветвь вольтамперной характеристики (ВАХ). Поэтому для исследования стабилизирующих свойств рабочую точку нужно сместить именно на этот участок графика.

Для этого используется простенькая схема из источника питания и токоограничительного резистора. В этом случае мультиметром измеряется не сопротивление перехода, а напряжение, при плавном повышении питающего потенциала. Стабилитрон считается рабочим, если при повышении напряжения питания разница потенциалов на его электродах остается постоянной и равной заявленной в документации на прибор.

Без выпаивания

Отдельно нужно рассмотреть вопрос о том, можно ли проводить тестирование мультиметром непосредственно на плате, не выпаивая из нее элемент.
Здесь все зависит от сложности схемы и квалификации мастера. Смонтированное на плате изделие может звониться через обмотки трансформатора, резистивные элементы, сгоревший конденсатор или что-то еще. Поэтому получить более или менее адекватные показатели чаще всего не удается.

Разумеется, если мастер читает принципиальную схему как открытую книгу или «набил руку» на подобных аппаратах, он может оценить работоспособность прибора. Существуют даже методики проверок без демонтажа для автомобильного питания, например.

Но лучше все же выпаивать элемент из схемы. К тому же достаточно «повесить в воздух» только одну ножку изделия, что занимает 2-3 секунды. А после тестирования мультиметром за тот же промежуток времени диод возвращается в первоначальное положение на плате.

И для любителей, и для профессионалов электроники очень важным умением является способность определить полярность (где катод, а где анод) и работоспособность диода. Так как мы знаем, что диод, по сути, является не более, чем односторонним клапаном для электричества, то вероятно, мы можем проверить его однонаправленный характер с помощью омметра, измеряющего сопротивление по постоянному току (питающегося от батареи), как показано на рисунке ниже. При подключении диода одним способом мультиметр должен показать очень низкое сопротивление на рисунке (a). При подключении диода другим способом мультиметр должен показать очень большое сопротивление на рисунке (b) (некоторые модели цифровых мультиметров в этом случае показывают «OL»).

Определение полярности диода: (a) Низкое сопротивление указывает на прямое смещение, черный щуп подключен к катоду, а красный — к аноду. (b) Перемена щупов местами показывает высокое сопротивление, указывающее на обратное смещение.

Конечно, чтобы определить, какое вывод диода является катодом, а какой — анодом, вы должны точно знать, какой вывод мультиметра является положительным (+), а какой — отрицательным (-), когда на нем выбран режим «сопротивление» или «Ω». В большинстве цифровых мультиметров, которые я видел, красный вывод используется, как положительный, а черный, как отрицательный, в соответствии с соглашением о цветовой маркировке электроники.

Одна из проблем использования омметра для проверки диода заключается в том, что мы имеем только качественное значение, а не количественное. Другими словами, омметр говорит вам, только в каком направлении диод проводит ток; полученное при измерении низкое значение сопротивления бесполезно. Если омметр показывает значение «1,73 ома» при прямом смещении диода, то число 1,7 Ом не представляет для нас, как для техников или разработчиков схем, никакой реально полезной количественной оценки. Оно не представляет собой ни прямое падение напряжения, ни величину сопротивления материала полупроводника самого диода; это число скорее зависит от обеих величин и будет изменяться в зависимости от конкретного омметра, используемого для измерения.

По этой причини, некоторые производители цифровых мультиметров оснащают свои измерительные приборы специальной функцией «проверка диода», которая показывает реальное прямое падение напряжения на диоде в вольтах, а не значение «сопротивления» в омах. Эти измерительные приборы работают, пропуская через диод небольшой ток и измеряя падение напряжения между двумя измерительными щупами (рисунок ниже).

Показание прямого напряжения, полученное таким образом с помощью мультиметра обычно меньше, чем «нормальное» падение в 0,7 вольта для кремниевых диодов и 0,3 вольта для германиевых диодов, так как ток, обеспечиваемый измерительным прибором, довольно мал. Если у вас нет мультиметра с функцией проверки диодов, или вы хотели бы измерить прямое падение напряжения на диоде при другом токе, то можно собрать схему из батареи, резистора и вольтметра.

Подключение диода в этой тестовой схеме в обратном направлении просто приведет к тому, что вольтметр покажет полное напряжение батареи.

Если эта схема была разработана для обеспечения протекания через диод тока постоянной (или почти) величины, несмотря на изменения прямого падения напряжения, то она может быть использована в качестве основы для инструмента, измеряющего температуру: измеренное на диоде напряжение будет обратно пропорционально температуре перехода диода. Конечно, ток через диод должен быть минимален, чтобы самонагревания (значительного количества рассеиваемой диодом мощности), которое могло бы помешать измерению температуры.

Помните, что некоторые цифровые мультиметры, оснащенные функцией «проверка диода», при работе в обычном режиме «сопротивление» (Ω) могут выдавать очень низкое тестовое напряжение (менее 0,3 вольт), слишком низкое для полного схлопывания (сжатия) обедненной области PN перехода. Суть в том, что тестирования полупроводниковых приборов здесь должна использоваться функция «проверка диода», а функция «сопротивления» — для всего остального. Использование очень низкого тестового напряжения для измерения сопротивления облегчает процесс измерения сопротивления неполупроводниковых компонентов, подключенных к полупроводниковым компонентам, так как переходы полупроводникового компонента не будут смещены такими низкими напряжениями в прямом направлении.

Рассмотрим пример резистора и диода, соединенных параллельно и припаянных к печатной плате. Как правило, перед измерением сопротивления резистора необходимо было бы выпаять его из схемы (отсоединить резистор от остальных компонентов), в противном случае любые параллельно подключенные компоненты будут влиять на полученные показания. При использовании мультиметра, который выдает на щупы очень низкое тестовое напряжение в режиме «сопротивление», на PN переход диода не будет подано напряжение, достаточное для того, чтобы он был смещен в прямом направлении, и, следовательно, диод будет пропускать незначительный ток. Следовательно, измерительный прибор «видит» диод, как разрыв, и показывает сопротивление только резистора (рисунок ниже).

Если использовать такой омметр для проверки диода, он покажет очень высокое сопротивление (много мегаом), даже если подключить диод в «правильном» (для прямого смещения) направлении (рисунок ниже).

Величина обратного напряжения диода измеряется не так легко, так как превышение обратного напряжения на обычном диоде приводит к его разрушению. Хотя существуют специальные типы диодов, разработанные для «пробоя» в режиме обратного смещения без повреждения диода (так называемые стабилитроны), которые тестируются в той же схеме источник/резистор/вольтметр при условии, что источник напряжения обеспечивает величину напряжения, достаточную для перехода диода в область пробоя. Более подробную информацию об этом читайте в одной из следующих статей этой главы.

Подведем итоги

• Омметр может быть использован для качественной оценки работоспособности диода. При подключении диода в одном направлении должно получено низкое сопротивление, а подключении в другом направлении — очень высокое сопротивление. При использовании для этой цели омметра, убедитесь, что знаете, какой из тестовых щупов положительный, а какой отрицательный!
• Некоторые мультиметры имеют функцию «проверка диода», которая отображает фактическое прямое напряжение диода, когда он проводит ток. Такие измерительные приборы обычно показывают слегка заниженное значение прямого напряжения, по сравнению с «номинальным» значением, из-за очень маленькой величины тока, используемой для проверки.

И светодиод мультиметром? Оказывается, все очень просто. Как раз об этом мы и поговорим в нашей статье.

Как проверить диод мультиметром

На фото ниже у нас простой диод и светодиод.

Берем наш и ставим крутилку на значок проверки диодов. Подробнее об этом и других значках я говорил в статье как измерить ток и напряжение мультиметром

Хотелось бы добавить пару слов о диоде. Диод, как и резистор, имеет два конца. И называются они катод и анод . Если на анод подать плюс, а на катод минус, то через диод спокойно потечет , а если на катод подать плюс, а на анод минус – ток НЕ потечет. Это принцип работы , на котором работают все диоды.

Проверяем первый диод. Один щуп мультиметра ставим на один конец диода, другой щуп на другой конец диода.

Как мы видим, мультиметр показал напряжение в 436 милливольт. Значит, конец диода, который касается красный щуп – это анод, а другой конец – катод. 436 милливольт – это падение напряжения на прямом переходе диода. По моим наблюдениям, это напряжение может быть от 400 и до 700 милливольт для кремниевых диодов, а для германиевых от 200 и до 400 милливольт.

Единичка на мультиметре означает, что сейчас электрический ток не течет через диод. Следовательно, наш диод вполне рабочий.

Как проверить светодиод мультиметром

А как же проверить светодиод? Да точно также, как и диод! Вся соль в том, что если мы встанем красным щупом на анод, а черным на катод светодиода, то он будет светиться!

Смотрите, он чуть-чуть светится! Значит, вывод светодиода, на котором красный щуп – это анод, а вывод на котором черный щуп – это катод. Мультиметр показал падение напряжения 1130 милливольт. Для светодиодов это считается нормально. Оно также может изменяться, в зависимости от “модели” светодиода.

Меняем щупы местами. Светодиод не загорелся.

Выносим вердикт – вполне работоспособный светодиод!

А как же проверить диодные сборки и диодные мосты ? Диодные сборки и диодные мосты – это соединение нескольких диодов, в основном 4 или 6. Находим схему диодной сборки или моста и проверяем каждый диод по отдельности. Как проверить стабилитрон, читайте в статье.

Проверка светодиода мультиметром является наиболее простым и правильным способом определения его работоспособности. Цифровой мультиметр (тестер) – это многофункциональный измерительный прибор, возможности которого отражены в позициях переключателя на передней панели. На работоспособность светодиоды проверяются при помощи функций, присутствующих в любом тестере. Методы проверки рассмотрим на примере цифрового мультиметра DT9208A. Но сначала немного затронем тему причин неисправности новых и выхода из строя старых светоизлучающих диодов.

Основные причины неисправности и выхода из строя светодиодов

Особенность любого излучающего диода – низкий предел обратного напряжения, который лишь на несколько вольт превышает падение на нём в открытом состоянии. Любой электростатический разряд или неверное подключение в ходе наладки схемы может стать причиной выхода LED (аббревиатура от англ. Light-emitting diode) из строя. Сверхъяркие малоточные светодиоды, применяемые в роли индикаторов питания различных устройств, часто перегорают в результате скачков напряжения. Их планарные аналоги (SMD LED) широко используются в лампах на 12 В и 220 В, лентах и фонариках. В их исправности также можно убедиться с помощью тестера.

Стоит отметить, что небольшая доля бракованных (около 2%) светодиодов поставляется от производителя. Поэтому дополнительная проверка светодиода тестером перед монтажом на печатную плату не помешает.

Методы диагностики

Простейшим способом, которым чаще всего пользуют радиолюбители, является проверка светоизлучающих диодов мультиметром на работоспособность при помощи щупов. Способ удобен для всех типов светоизлучающих диодов, независимо от их исполнения и количества выводов. Установив переключатель в положение «прозвонка, проверка на обрыв», щупами касаются выводов и наблюдают за показаниями. Замыкая красный щуп на анод, а черный на катод исправный светодиод должен засветиться. При смене полярности щупов на экране тестера должна оставаться цифра 1.

Свечение излучающего диода во время проверки будет небольшой и на некоторых светодиодах при ярком освещении может быть незаметно.

Для точной проверки многоцветных LED с несколькими выводами необходимо знать их распиновку. В противном случае придется наугад перебирать выводы в поисках общего анода или катода. Не стоит бояться тестировать мощные светодиоды с металлической подложкой. Мультиметр не способен вывести их из строя, путём замера в режиме прозвонки.

Проверку светодиода мультиметром можно выполнить без щупов, используя гнёзда для тестирования транзисторов. Как правило, это восемь отверстий, расположенных в нижней части прибора: четыре слева для PNP транзисторов и четыре справа для NPN транзисторов. PNP транзистор открывается подачей положительного потенциала на эмиттер «Е». Поэтому анод нужно вставить в гнездо с надписью «Е», а катод – в гнездо с надписью «С». Исправный светодиод должен засветиться. Для тестирования в отверстиях под NPN транзисторы нужно сменить полярность: анод — «С», катод – «Е». Таким методом удобно проверять светодиоды с длинными и чистыми от припоя контактами. При этом неважно, в каком положении находится переключатель тестера.
Проверка инфракрасного светодиода происходит также, но имеет свои нюансы из-за невидимого излучения. В момент касания щупами выводов рабочего ИК светодиода (анод – плюс, катод – минус) на экране прибора должно высветиться число около 1000 единиц. При смене полярности на экране должна быть единица.

Для проверки ИК диода в гнёздах тестирования транзисторов дополнительно придётся задействовать цифровую камеру (смартфон, телефон и пр.) Инфракрасный диод вставляют в соответствующие отверстия мультиметра и сверху на него направляют камеру. Если он в исправном состоянии, то ИК излучение будет отображаться на экране гаджета в виде светящегося размытого пятна.

Проверка мощных SMD светодиодов и светодиодных матриц на работоспособность кроме мультиметра требует наличия токового драйвера. Мультиметр включают последовательно в электрическую цепь на несколько минут и следят за изменением тока в нагрузке. Если светодиод низкого качества (или частично неисправный), то ток будет плавно нарастать, увеличивая температуру кристалла. Затем тестер подключают параллельно нагрузке и замеряют прямое падение напряжения. Сопоставив измеренные и паспортные данные из вольт-амперной характеристики можно сделать вывод о пригодности LED к эксплуатации.

Читайте так же

Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности. Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.

Настройка вашего браузера для приема файлов cookie

Существует множество причин, по которым cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее частые причины:

• В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки своего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
• Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались. Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, нажмите кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
• Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
• Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
• Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie. Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Чтобы предоставить доступ без файлов cookie потребует, чтобы сайт создавал новый сеанс для каждой посещаемой страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.

Что сохраняется в файле cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в cookie; никакая другая информация не фиксируется.

Как правило, в файлах cookie может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта. Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, пока вы не введете его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступа к остальной части вашего компьютера, и только сайт, который создал файл cookie, может его прочитать.

Оптимизация схемотехники прецизионного фотодиодного датчика

Фотодиоды — один из самых популярных типов датчиков для многих световых измерений. Такие приложения, как абсорбционная и эмиссионная спектроскопия, измерение цвета, мутности, обнаружение газов и т. Д., Используют фотодиоды для точного измерения освещенности.

Фотодиоды генерируют ток, пропорциональный свету, падающему на их активную область. В большинстве измерительных приложений используется трансимпедансный усилитель для преобразования тока фотодиода в выходное напряжение.На рисунке 1 показана упрощенная схема того, как могла бы выглядеть эта схема.

Рис. 1. Простая схема трансимпедансного усилителя.

Эта схема управляет фотодиодом в фотоэлектрическом режиме, когда операционный усилитель поддерживает напряжение на фотодиоде на уровне 0 В. Это наиболее распространенная конфигурация для прецизионных приложений. Кривая зависимости напряжения от тока фотодиода очень похожа на кривую обычного диода, за исключением того, что вся кривая будет сдвигаться вверх или вниз при изменении уровня освещенности.На рис. 2а показана типичная передаточная функция фотодиода. Рисунок 2b представляет собой увеличенный вид передаточной функции, и он показывает, как фотодиод выдает небольшой ток, даже если нет света. Этот «темновой ток» растет с увеличением обратного напряжения на фотодиоде. Большинство производителей указывают темновой ток фотодиодов с обратным напряжением 10 мВ.

Рис. 2. Типичная передаточная функция фотодиода.

Ток течет от катода к аноду, когда свет падает на активную область фотодиода.В идеале весь ток фотодиода протекает через резистор обратной связи, показанный на рисунке 1, генерируя выходное напряжение, равное току фотодиода, умноженному на резистор обратной связи. Схема концептуально проста, но есть несколько проблем, которые необходимо решить, чтобы получить от вашей системы максимальную производительность.

Рекомендации по постоянному току

Первая задача — выбрать операционный усилитель со спецификациями постоянного тока, который соответствует требованиям вашего приложения. В большинстве прецизионных приложений низкое входное напряжение смещения будет в верхней части списка.Входное напряжение смещения появляется на выходе усилителя, что способствует общей системной ошибке, но в усилителе на фотодиоде оно создает дополнительную ошибку. Входное напряжение смещения появляется на фотодиоде и вызывает повышенный темновой ток, что еще больше увеличивает ошибку смещения системы. Вы можете удалить начальное смещение постоянного тока с помощью программной калибровки, связи по переменному току или их комбинации, но наличие больших ошибок смещения уменьшает динамический диапазон системы. К счастью, существует широкий выбор операционных усилителей с входным напряжением смещения в сотни и даже десятки микровольт.

Следующей важной характеристикой постоянного тока является входной ток утечки операционного усилителя. Любой ток, который проходит на вход операционного усилителя или где-либо еще, кроме резистора обратной связи, приводит к ошибкам измерения. Не существует операционных усилителей с нулевым входным током смещения, но некоторые операционные усилители с входом CMOS или JFET подходят близко. Например, AD8615 имеет максимальный входной ток смещения 1 пА при комнатной температуре. Классический AD549 имеет максимальный входной ток смещения 60 фА, который гарантирован и испытан на производстве.Входной ток смещения входных усилителей на полевых транзисторах экспоненциально увеличивается с ростом температуры. Многие операционные усилители включают спецификации для 85 ° C или 125 ° C, но для тех, которые этого не делают, хорошее приближение состоит в том, что ток будет удваиваться на каждые 10 градусов повышения температуры.

Другой проблемой является разработка схемы и компоновки, позволяющих минимизировать внешние пути утечки, которые могут испортить производительность вашего операционного усилителя с низким входным током смещения. Чаще всего внешний путь утечки проходит через саму печатную плату.Например, на рис. 3 показан один из возможных вариантов схемы фотодиодного усилителя на рис. 1. Розовая дорожка — это шина +5 В, которая питает усилитель и идет к другим частям платы. Если сопротивление на плате между дорожкой +5 В и дорожкой, по которой проходит ток фотодиода, составляет 5 ГОм (показано как R _L на рисунке 3), ток 1 нА будет течь от дорожки +5 В к усилителю. Очевидно, это противоречит цели тщательного выбора операционного усилителя на 1 пА для данного приложения.Один из способов минимизировать этот внешний путь утечки — увеличить сопротивление между дорожкой, по которой проходит ток фотодиода, и любыми другими дорожками. Это может быть так же просто, как добавление большого участка трассировки вокруг трассы для увеличения расстояния до других трасс. Для некоторых экстремальных приложений некоторые инженеры полностью исключат разводку печатной платы и пропустят вывод фотодиода по воздуху непосредственно во входной вывод операционного усилителя.

Рис. 3. Схема фотодиода с каналом утечки.

Еще один способ предотвратить внешнюю утечку — запустить защитную дорожку рядом с дорожкой, по которой проходит ток фотодиода, убедившись, что оба питаются одинаковым напряжением.На рис. 4 показан защитный след вокруг сети, по которой проходит ток фотодиода. Ток утечки, вызванный дорожкой +5 В, теперь течет через R _L в защитную дорожку, а не в усилитель. В этой схеме разница напряжений между защитной дорожкой и входной дорожкой возникает только из-за входного напряжения смещения операционного усилителя, что является еще одной причиной выбора усилителя с низким входным напряжением смещения.

Рис. 4. Использование защитной дорожки для уменьшения внешней утечки.

Рекомендации по переменному току

Хотя большинство приложений с прецизионными фотодиодами, как правило, имеют низкую скорость, нам все же необходимо убедиться, что производительность системы по переменному току соответствует приложению.Двумя основными проблемами здесь являются ширина полосы сигнала (или ширина полосы замкнутого контура) и ширина полосы шума.

Ширина полосы замкнутого контура зависит от ширины полосы разомкнутого контура усилителя, резистора усиления и общей входной емкости. Входная емкость фотодиода может широко варьироваться от нескольких пикофарад для высокоскоростных фотодиодов до нескольких тысяч пикофарад для прецизионных фотодиодов очень большой площади. Однако добавление емкости на входе операционного усилителя приводит к его нестабильности, если вы не скомпенсируете его, добавив емкость через резистор обратной связи.Емкость обратной связи ограничивает полосу пропускания системы с обратной связью. Вы можете использовать уравнение 1 для расчета максимально возможной полосы пропускания с обратной связью, которая приведет к запасу по фазе в 45 градусов.

Где:

f _U — частота единичного усиления усилителя.

R _F — резистор обратной связи.

C _IN — входная емкость, которая включает в себя емкость диода и любую другую паразитную емкость на плате и т. Д.

C _M — синфазная емкость операционного усилителя.

C _D — дифференциальная емкость операционного усилителя.

Например, если у вас есть приложение с емкостью фотодиода 15 пФ и трансимпедансным усилением 1 МОм, уравнение 1 предсказывает, что вам понадобится усилитель с полосой пропускания единичного усиления около 95 МГц для достижения полосы пропускания сигнала 1 МГц. Это с запасом по фазе 45 °, что вызовет пик при ступенчатых изменениях сигнала.Возможно, вы захотите уменьшить пик, создав запас по фазе 60 ° или выше, что потребует более быстрого усилителя. Вот почему такие компоненты, как ADA4817-1, с максимальным входным током смещения 20 пА и частотой единичного усиления около 400 МГц, хорошо подходят для фотодиодных приложений с высоким коэффициентом усиления даже для умеренной полосы пропускания.

Емкость фотодиода будет преобладать над общей входной емкостью в большинстве систем, но в некоторых приложениях может потребоваться дополнительная осторожность при выборе операционного усилителя с очень низкой входной емкостью.Чтобы решить эту проблему, некоторые операционные усилители доступны со специальными выводами, предназначенными для уменьшения входной емкости. Например, на рисунке 5 показана распиновка ADA4817-1, которая направляет выход операционного усилителя на контакт, расположенный рядом с инвертирующим входом.

Рис. 5. Назначение выводов ADA4817-1 оптимизировано для работы с низкой паразитной емкостью.

Системный шум обычно является еще одной проблемой при проектировании с использованием фотодиодов. Основными источниками шума на выходе являются шум входного напряжения усилителя и шум Джонсона резистора обратной связи.Шум от резистора обратной связи появляется на выходе без дополнительного усиления. Если вы увеличиваете размер резистора для усиления тока фотодиода, увеличение шума из-за резистора усиления будет увеличиваться только на квадратный корень из увеличения номинала резистора. На практике это означает, что лучше иметь как можно большее усиление в усилителе фотодиода, чем добавлять второй каскад усилителя, где шум будет линейно увеличиваться с усилением.

Выходной шум усилителя — это шум входного напряжения, умноженный на коэффициент усиления шума усилителя.Коэффициент усиления шума определяется не только резистором обратной связи, но также конденсаторами обратной связи и входными конденсаторами, поэтому он не является постоянным по частоте. На рисунке 6 показан типичный график зависимости коэффициента усиления шума усилителя от частоты с наложенным коэффициентом усиления в замкнутом контуре для справки. Из этого графика вы можете узнать две вещи: выходной шум увеличивается на некоторых частотах и ​​частотный диапазон, в котором пики шума могут выходить за пределы полосы среза усилителя с обратной связью.

Рисунок 6.Усиление шума фотодиодного усилителя увеличивается с более высокими частотами.

Поскольку вы не можете воспользоваться преимуществами этой полосы пропускания, используйте фильтр нижних частот, настроенный на полосу пропускания сигнала усилителя, чтобы уменьшить шум.

Использование программируемого усиления для расширения динамического диапазона

Поскольку шум Джонсона резистора обратной связи увеличивается пропорционально квадратному корню из сопротивления, имеет смысл иметь как можно большее усиление в усилителе фотодиода, а не во втором каскаде.Вы можете сделать еще один шаг вперед, добавив к усилителю фотодиода программируемое усиление, как показано в схеме на Рисунке 7.

Рис. 7. Концепция фотодиодного усилителя с программируемым усилением.

Switch S ₁ выбирает желаемый путь обратной связи, чтобы вы могли выбрать оптимальное усиление для различных сигналов. К сожалению, аналоговые переключатели имеют сопротивление, которое приведет к ошибкам усиления в нашей схеме. Это сопротивление будет меняться в зависимости от приложенного напряжения, температуры и других факторов, поэтому вы должны найти способ исключить его из схемы.На рисунке 8 показано, как можно использовать два набора переключателей для устранения ошибки из-за сопротивления включения в контуре обратной связи. В этой схеме у вас есть один переключатель внутри контура обратной связи, как на рисунке 7, но вместо того, чтобы смотреть на напряжение на выходе усилителя, переключатель S ₂ подключает выход схемы непосредственно к резистору усиления. Это устраняет любые ошибки усиления из-за протекания тока через переключатель S ₁ . Одним из компромиссов при использовании этой схемы является то, что выход больше не имеет очень низкий импеданс, связанный с выходами усилителя, поскольку он включает в себя сопротивление мультиплексора S ₂ .Обычно это не большая проблема, если следующий каскад имеет вход с высоким импедансом, например, с драйвером АЦП.

Рис. 8. Использование двух наборов переключателей снижает количество ошибок из-за дополнительного сопротивления внутри контура.

Использование модуляции и синхронного обнаружения для уменьшения шума

Многие прецизионные приложения включают измерение уровня света постоянного тока, поглощенного или отраженного через образец.

В то время как некоторые приложения позволяют экранировать от внешнего света, многие другие системы, в основном в промышленных условиях, должны работать в условиях внешнего освещения.В этом случае вы можете модулировать источник света и использовать синхронное обнаружение, чтобы переместить сигнал в сторону от низкочастотного спектра, где электрические и оптические помехи наиболее высоки. Самая простая форма модуляции — быстрое включение и выключение источника света. В зависимости от источника света вы можете модулировать его электронным способом или, как в некоторых старых приборах, вы можете использовать механический прерыватель, чтобы блокировать свет с заданной скоростью.

Например, если вы хотите измерить поглощение света веществом для определения концентрации, вы можете отключить источник света до нескольких кГц.На рисунке 9 показано, как это приводит к удалению результатов измерения от большинства низкочастотных световых загрязнений, обычно присутствующих в большинстве сред, таких как изменения уровня окружающего освещения из-за времени суток, флуоресцентные лампы 50/60 Гц и т.п. .

Рис. 9. Прерывание входного сигнала перемещает информацию в сторону частоты прерывания и подальше от окружающего шума.

Поскольку вы управляете частотой сигнала модуляции, вы можете использовать одни и те же часы для синхронной демодуляции принятого света.Схема на рисунке 10 представляет собой очень простой синхронный демодулятор. Напряжение на выходе усилителя фотодиода связывается по переменному току и затем проходит через усилитель с программируемым коэффициентом усиления +1 и -1. Переключатель усиления синхронизирован, чтобы установить усиление на +1 именно тогда, когда ожидается, что свет будет включен, и на -1, когда ожидается, что свет будет выключен. В идеале на выходе должно быть постоянное напряжение, соответствующее амплитуде световых импульсов. Фильтр нижних частот отклоняет любые другие сигналы, которые не синхронны с часами модуляции.Частота среза фильтра нижних частот эквивалентна ширине полосового фильтра около частоты модуляции. Например, если частота модуляции составляет 5 кГц и вы используете фильтр нижних частот с полосой пропускания 10 Гц, выход схемы будет пропускать сигналы от 4,99 кГц до 5,01 кГц. Уменьшение полосы пропускания фильтра нижних частот приводит к более сильному подавлению за счет более медленного времени установления.

Рисунок 10. Схема синхронного обнаружения.

На рис. 9 также показано дополнительное предостережение при использовании измельчения.Результирующая форма волны представляет собой не одну линию в частотной области (для которой потребуется синусоида), а скорее линия с частотой прерывания и ее нечетными гармониками. Любой шум, присутствующий на нечетных гармониках частоты прерывания, появится на выходе с минимальным затуханием. Вы можете полностью устранить это, используя модуляцию синусоидальной волны, но для этого потребуется более сложная или дорогая схема. Другое решение — выбрать нечетную основную частоту, гармоники которой не совпадают с известными источниками помех.Вы также можете реализовать те же функции, что и на рисунке 10, во встроенном ПО. Вы можете дискретизировать прерывистый световой сигнал синхронно с часами модуляции и использовать методы цифровой обработки сигналов для извлечения информации об амплитуде на интересующей частоте.

Заключение

Фотодиодные усилители являются важным строительным блоком большинства прецизионных оптических измерительных систем. Выбор правильного операционного усилителя — важный первый шаг в достижении наилучшей возможной производительности системы, а использование других методов повышения производительности, таких как использование программируемого усиления и синхронного обнаружения, может помочь увеличить динамический диапазон и подавить шум.Если вы хотите узнать больше о схемах прецизионных фотодиодов, посетите http://instrumentation.analog.com/en/chemical-analysis/segment/im.html.

использованная литература

CN0312 Примечание цепи. Двухканальный колориметр с трансимпедансными усилителями с программируемым усилением и синхронными детекторами.

Ороско, Луис. «Трансимпедансные усилители с программируемым усилением увеличивают динамический диапазон в спектроскопических системах. Аналоговый диалог , Том 47. Выпуск 5, 2013.

ADA4817 Лист данных.

Джонсон, Марк. Фотодетектирование и измерение: максимизация производительности в оптических системах. Нью-Йорк: МакГроу-Хилл, 2003.

Фотодетекторы Испытание импульсных лазерных диодов | Особенности | Декабрь 2002 г.

Хельга Александер

Для тестирования лазерных диодов для волоконно-оптических систем связи требуются фотодиоды с малым временем отклика. Но время нарастания от 10 до 90 процентов — не единственное соображение, особенно когда фотодиоды используются для измерения абсолютной оптической мощности в импульсном режиме.

Фотодиоды — наиболее часто используемые детекторы из-за их невысокой стоимости и хороших характеристик. Как и все полупроводниковые детекторы, они используют внутренний фотоэлектрический эффект. Когда фотон поглощается, он поднимает электрон из валентной зоны в зону проводимости, создавая носитель заряда пара — дырка в валентной зоне и электрон в зоне проводимости. При подключении к внешней цепи заряд образует фототок.

Для импульсных силовых испытаний, использование этих фотоприемников связано с рядом компромиссов, но быстрым откликом или время нарастания часто является доминирующей проблемой.Время нарастания — это мера того, насколько быстро Фотодиод реагирует на ввод светового импульса. Это определяется как необходимое время чтобы выходной сигнал детектора изменился с 10 до 90 процентов от его «устойчивого», или «установленный», выходной уровень.

Самый простой фотодиод имеет простой Структура PN-перехода, в которой происходит диффузия электронов в материал P-типа и отверстия в материале N-типа вызывают противоположный электрический потенциал (или равновесие потенциал) через область или слой истощения. Обратное смещение фотодиода заставляет этот потенциал увеличиваться, а область истощения — расширяться.Фотоны, которые сталкиваются с этой областью, создают электронно-дырочные пары, которые позже разделяются из-за комбинированный равновесный потенциал и внешнее обратное смещение. Эти обвинения быстро удаляются от соединения и собираются электродами. Дрейф ток, генерируемый поглощением фотонов в обедненной области, является основным компонентом фототока. Он также имеет самое быстрое время отклика.

Другой компонент — диффузия ток, который возникает от носителей заряда, созданных поглощением фотонов вне слоя истощения.Хотя большинство носителей заряда рекомбинируют в нейтральном области, некоторые медленно диффундируют к стыку и вносят вклад в фототок, подрывая время отклика.

Для быстрого отклика фотодиод конструкция должна позволять поглощение большей части фотонов в обедненном слое. Один подход состоит в том, чтобы сделать P-область чрезвычайно тонкой и расширить слой истощения. применяя как можно большее обратное смещение. Однако увеличение смещения увеличивает темновой ток и связанный с ним шумовой вклад.Темновой ток более выражен в полупроводниках с большим количеством примесных атомов, таких как сильно легированный PN-переход фотодиоды.

PIN также помогают контролировать ширина области истощения. Эти устройства содержат нелегированный (или слегка легированный) собственный полупроводниковый слой между p- и n-областями устройства. Внутренний слой фиксированной ширины выполняет ту же функцию, что и обедненная область. PN перехода. Поскольку в нем отсутствуют легирующие примеси, которые могут генерировать носители тока в темноте это помогает улучшить чувствительность фотодиода.Что еще более важно, концентрируя поглощение фотонов в этой области сводит к минимуму нежелательный диффузионный ток.

PIN на основе кремния, технология соединения германия или соединения III-V, в зависимости от требований применения. Ширина запрещенной зоны материала детектора определяет оптическую длину волны. фотодиода. Фотодиоды из германия и индия из арсенида галлия обнаруживают излучение примерно от 800 до 1700 нм, что делает их пригодными для тестирования телекоммуникационных передатчиков лазеры. Кремний, чувствительный к длине волны от 300 до 1100 нм, является предпочтительным материалом для обнаружения более короткие длины волн. Хотя конкретный фотодиод может обнаруживать излучение более диапазон длин волн, его выходной фототок будет значительно варьироваться в зависимости от длины волны для заданной оптической входной мощности.Его спектральная чувствительность или чувствительность зависит от о составе детектора и устройстве устройства.

Детекторы, используемые в качестве оптоволоконных приемников в телекоммуникационная отрасль должна иметь чрезвычайно быстрое время нарастания, чтобы обнаруживать оптические сигналы, которые модулируются на несколько гигагерц.Несмотря на свою скорость, этим детекторам может не хватать характеристики, необходимые для приложений, в которых детектор обычно делает измерение абсолютной мощности при различных токах возбуждения лазера, таких как импульсный световой ток-напряжение тестирование. Следовательно, весь свет, излучаемый лазером, должен быть захвачен. непосредственно детектором или интегрирующей сферой, которая включает детектор во внутренней стене сферы. Поскольку лучи лазерных диодов сильно расходятся, для всего света требуется детектор большой площади с диаметром в несколько миллиметров.Сюда не входят оптоволоконные приемники, диаметр которых обычно составляет 50 мкм.

Быстрое время отклика телеком фотодиоды обеспечивают низкую частоту ошибок по битам, поскольку они характеризуют цифровые биты в последовательность оптических импульсов. Для измерения абсолютной мощности при испытаниях слабым током-напряжением, однако детекторы должны быть откалиброваны, чтобы соотносить фототок, генерируемый индивидуальный оптический импульс на ввод мощности от лазера.

Испытание слабым током-напряжением помогает определить, какие лазеры подходят для различных применений, и отсеять дефектные устройства как можно раньше в производственном процессе.Эти тесты также определить некоторые оптические и электрические характеристики готовой, упакованной продукт.

Пороговый ток увеличивается и наклон КПД снижается с повышением температуры устройства из-за самонагрева.Хотя это требует термоконтроля во время тестирования в режиме CW, тестирование на этап прутка или стружки обычно исключает использование активного охлаждения.

Если рабочая длина волны Тестируемый лазер близок к длине волны отсечки детектора, небольшой сдвиг в лазерном длина волны может вызвать резкое уменьшение фототока.Детектор с флейтой Кривая чувствительности в интересующем диапазоне длин волн может помочь избежать этого.

Еще одно хорошее практическое правило — выбирать наименьший детектор, который будет работать для конкретного приложения. Использование детекторов которые больше, чем необходимо, имеют серьезные недостатки: детекторы большой площади медленнее, потому что их переходная емкость выше. Увеличивается и площадь темновой ток и стоимость.

Тем не менее, детекторы меньшего размера производят труднее перехватить и измерить все лазерное излучение.Лазерный диод расходящийся луч требует размещения детектора в пределах нескольких миллиметров от лазерного луча. светоизлучающая грань, которая может создавать проблемы. Например, близость фаска лазера к апертуре детектора затрудняет установку фильтры нейтральной плотности, которые часто требуются для предотвращения насыщения детектора. Одним из решений является объединение сфер со встроенными детекторами для захвата расходящихся радиация. Размер интегрирующей сферы, ожидаемая оптическая входная мощность и способность прибора измерять низкие фототоки — все это определяет размер фотодиода.

Калибровка фотоприемника или интегрирующего Система сфера / детектор означает определение ожидаемого фототока детектора для заданной оптической входной мощности на определенной длине волны.Однако калибровка обычно выполняется в широком диапазоне длин волн и обычно используется монохроматор. и галогенную лампу, излучающую от видимого до инфракрасного диапазона. Монохроматор дифракционная решетка фильтрует узкие полосы длин волн, проходящих через выход щель.

Для калибровки детекторов обычно требуется сравнение с эталонным детектором, соответствующим Национальному институту стандартов и технологии (NIST). Он обеспечивает постоянные, измеряемые в амперах на ватт, которые Помогите перевести фототок в оптическую силу.Однако калибровочные лаборатории и NIST Предлагаются только калибровки чувствительности, выполняемые в режиме CW. Следовательно, анализируя Импульсная характеристика фотодетектора и испытательной установки требует другого подхода.

Форма импульса выходного тока важен для качественных измерений силы тока света. В идеале фототок Pulse будет иметь плоскую вершину, представляющую «установившееся» значение, равное фототок, создаваемый при эквивалентном значении входной мощности в непрерывном режиме. Если фототок все еще растет в конце оптического входного импульса, измеренная мощность будет ниже фактической мощности.Если выходной импульс фототока устанавливается до по заднему фронту входного оптического импульса, измеренная мощность будет репрезентативной. фактической оптической мощности.

Если фотодетектор обеспечивает абсолютное калиброванные измерения мощности с импульсным оптическим источником, пользователи должны оценить индивидуальные формы импульсов фототока с собственными лазерными источниками при разных импульсах ширины. Это покажет, соответствует ли измеренная выходная мощность каждого оптического импульса. на основе установленного значения фототока или если измеренное значение будет выше при более длинные импульсы.Однако имейте в виду, что импульс фототока является результатом как отклик детектора, так и форма входного импульса от лазера. Если лазер имеет медленную реакцию на короткий импульс тока возбуждения, это также может привести к при более длительном нарастании выходного импульса фототока.

В некоторых случаях требуется ширина импульса для точного измерения мощности от конкретного детектора, источника и испытательной установки может быть длиннее, чем хотелось бы. Если необходима более короткая длительность импульса, тест инженер может использовать графики данных, полученные с более длинными импульсами, чтобы сделать несколько предположений.Например, на таких графиках может указываться процентное соотношение отображаемой мощности. ниже, чем было бы, если бы длительность импульса была достаточной для фототока. поселиться. Однако это не идеальное решение, и оно подчеркивает необходимость выберите детектор, который дает наилучшие результаты для конкретного приложения.

Познакомьтесь с автором

Хельга Александер — инженер-оптик компании Keithley Instruments Inc. в Кливленде.

Понимание высокоскоростных детекторов и высокочастотных методов

Оценка минимальной ширины полосы частот

Знать требуемую частоту довольно просто, если вы проводите эксперименты с лазерным гетеродинированием или оптической модуляцией.Ваше оборудование должно иметь довольно ровный отклик на самую высокую интересующую частоту, обычно на самую высокую частоту модуляции. Осциллографы и другое оборудование во временной области чаще всего выражают свою полосу частот в терминах ширины полосы 3 дБ (частота, на которой мощность падает до 50% от значения при постоянном токе). Однако усилители и анализаторы спектра могут выражать свою полосу частот в терминах ширины полосы 1 дБ (частота, на которой мощность падает до 80% от значения при постоянном токе).В любом случае, чтобы гарантировать, что оборудование будет иметь адекватную полосу пропускания, определите вашу самую высокую частоту, добавьте 20% запаса безопасности и сделайте это вашей предельной полосой пропускания для определения вашего оборудования.

Для измерения импульсов во временной области на самом деле нет определенного правила для определения требуемой ширины полосы частот. Тем не менее, есть хороший способ сделать оценку. Фотодиод преобразует фотоны в электроны. Он реагирует на интенсивность света; таким образом, если вы соотносите FWHM (полную ширину на половине максимума) интенсивности во времени с FWHM интенсивности по частоте, вы можете получить некоторое представление о требованиях к частоте.Для гауссовой формы импульса с полушириной τ, значение FWHM по частоте просто равно 0,44 / τ для импульса с ограничением преобразования; для sech ² это 0,31 / τ. Использование этого параметра в качестве полосы пропускания 3 дБ дает вам очень высокое значение, потому что точка 3 дБ, указанная для электрических устройств, — это то место, где мощность, а не напряжение, падает до 50% от своего значения. Эквивалентно, здесь напряжение падает до √2 своего значения. С фотодиодом вас интересуют измерения напряжения, поэтому более точная ширина полосы составляет 0.31 / τ для гауссова или 0,22 / τ для sech ² . В целях безопасности увеличьте полосу пропускания на 20%, что даст примерно 0,37 / τ и 0,26 / τ соответственно. Таким образом, в среднем хорошее практическое правило — иметь полосу частот по 3 дБ 0,4 / τ, где τ — FWHM.

Рекомендации по проектированию высокоскоростных фотоприемников

Моделирование фотодиода в виде RC-цепи широко известно.Есть три основных фактора, ограничивающих скорость фотодетектора: диффузия носителей, время дрейфа в обедненной области и емкость обедненной области. Самый медленный из трех процессов — это диффузия носителей в область истощения сильного электрического поля из-за пределов этой области. Чтобы свести к минимуму этот медленный эффект, носители должны генерироваться вблизи или в области истощения. Второй процесс, время прохождения, — это время, необходимое носителям для дрейфа через область истощения и вымывания из устройства.При достаточном обратном смещении эти носители будут дрейфовать со своими скоростями насыщения, порядка 3×10 ⁶ см / с для GaAs. Наконец, емкость устройства будет определять его постоянную времени RC; R — сопротивление нагрузки (обычно 50 Ом). Чтобы максимизировать отклик фотодиода, время прохождения обычно рассчитывается таким образом, чтобы оно было сравнимо с постоянной времени RC. Например, учитывая скорость насыщения для GaAs, время пролета в 1 пс требует, чтобы толщина обедненного слоя не превышала 0.3 мкм. Для сопоставимого RC в системе с сопротивлением 50 Ом емкость должна составлять εA / d (для GaAs ε = 1 3 ), где ширина d = 0,3 мкм , а A — площадь, ваша Активная площадь фотодиода должна быть максимум 52,5 мкм ² или диаметром 8 мкм.

Электрооборудование

Кабели

Теперь, когда вы знаете минимальную полосу частот, которая требуется для поддержания точности ваших измерений, и вы выбрали фотодиод с соответствующей полосой пропускания, каждый электрический компонент, который следует за фотодиодом, должен поддерживать эту полосу пропускания.Давайте сначала начнем с ваших кабелей. Обычно в лаборатории используется кабель RG-58, который дает очень большие потери после 1–2 ГГц. Компании, работающие в области СВЧ, имеют кабели с допустимыми потерями на частотах до 50 ГГц. Эти кабели имеют приемлемые потери, но ими нельзя пренебречь. Поэтому соблюдайте минимальную длину кабелей!

Разъемы

Следующее, что нужно иметь в виду, это то, что все разъемы также должны соответствовать спецификациям. Это включает в себя смещение T, которое позволит вам смещать фотодетектор (примечание: смещение Ts не требуется для фотоприемников New Focus ™).Частотный диапазон любого разъема ограничен появлением первой моды круглого волновода в коаксиальной структуре. Уменьшение диаметра внешнего проводника увеличивает максимальную полезную частоту, а заполнение воздушного пространства диэлектриком снижает максимальную полезную частоту. Разъемы BNC (Bayonet Navy), которые чаще всего встречаются в лаборатории, подходят для работы на частотах до 2 ГГц. Разъем SMA (субминиатюрный A) пригоден для работы до 24 ГГц. 3,5 мм, в котором в качестве изолятора используется воздух, можно соединить с SMA и работать на частотах до 34 ГГц.Разъем 2,92 мм или Wiltron ^® K ¹ подходит для частот до 40 ГГц и совместим с APC-3.5 и SMA. Разъем 2,4 мм подходит для частот до 50 ГГц, а разъем 1,85 мм или Wiltron V — до 65 ГГц. Компания Agilent производит разъемы 3,5 мм, 2,92 мм, 2,4 мм и 1,85 мм, а также разъемы SMA, SMC (до 7 ГГц), APC-7 (до 18 ГГц) и 50-омные разъемы типа N (до 18 ГГц). На производительность всех разъемов влияет качество интерфейса сопряженной пары. С этими разъемами следует проявлять особую осторожность.Динамометрический ключ, постоянно настроенный на правильное значение крутящего момента, следует использовать для поворота соединительной гайки с наружной резьбой, крепко удерживая корпус разъема, чтобы он не вращался. По мере затягивания охватываемой стяжной гайки силы трения увеличиваются, и гайка и корпус будут стремиться заблокироваться, что приведет к вращению корпуса. Это изнашивает покрытие и может порезать как внешний край интерфейса, так и штифт обоих разъемов. Если соединитель был перетянут и поврежден, он повредит до некоторой степени каждый соединитель, с которым он соединен.Это повреждение снижает его частотные характеристики. Кроме того, никогда не удерживайте соединительную гайку охватываемого разъема неподвижно при ввинчивании в нее ответной части розетки. Это разрушает оба разъема.

Инструменты (усилители, осциллографы и т. Д.)

Для ваших электрических приборов Agilent и Tektronix ¹ производят цифровые осциллографы до 50 ГГц и анализаторы спектра до 325 ГГц. New Focus ™ и другие компании выпускают усилители до 20 ГГц. Помните, что точность ваших измерений требует, чтобы отклик прибора был достаточно ровным во всем интересующем диапазоне частот.Это означает, что как амплитудная характеристика должна быть ровной, так и фазовая характеристика должна быть линейной с частотой. Если это не относится к вашему прибору, например, если ваш усилитель имеет нелинейную фазовую характеристику, это исказит ваши измерения. Форма волны измеренного сигнала станет медленнее.

Сводка по электрооборудованию

Давайте теперь рассмотрим три различных частотных режима, 400 пс, APD могут быть адекватными, а разъемы BNC и кабели RG-58, безусловно, подходят.Для 0–25 ГГц или длительности импульса> 16 пс требуются контакты или фотодиоды Шоттки, а также разъемы SMA и высокопроизводительные гибкие или полужесткие кабели. Что касается смещения T, компания Agilent обеспечивает частоту 26,5 ГГц, а усилители — до 26,5 ГГц. Agilent выпускает осциллографы до 34 ГГц, а их анализаторы спектра — до 22 ГГц или 26,5 ГГц. Tektronix также выпускает цифровые осциллографы, работающие до 20 ГГц, а анализаторы спектра — до 33 ГГц. Для 0–60 ГГц или ширины импульса> 6,7 пс необходимо использовать оборудование высочайшего качества.Это включает в себя 1,85-мм или V-образные разъемы, кабели со сверхнизкими потерями и лучшие осциллографы от Agilent и Tektronix, которые работают только на частоте 50 ГГц. Wiltron имеет смещение T для работы на частоте 60 ГГц. Чтобы расширить диапазон до этой частоты, анализаторы спектра должны использовать внешние смесители. Этой возможностью обладают и Agilent, и Tektronix.

на основе тонких пленок поликристаллического иодида свинца перовскита поликристаллического формамидиния

Транспорт носителей заряда в перовскитном фотодетекторе тесно связан с кристаллографической структурой и морфологией фотоактивного материала, что влияет на рабочие параметры устройства ^{22 , 42} .Сначала мы исследовали влияние обработки после отжига на кристаллографические структуры и морфологию тонких пленок FAPbI ₃ . На рис. 1 (а) показаны дифрактограммы пленок FAPbI ₃ , которые были нанесены методом центрифугирования на стеклянные подложки и отожжены в перчаточном боксе, заполненном азотом, при температурах 70, 100, 130 и 150 ° C соответственно. Для пленки FAPbI ₃ , отожженной при 70 ° C, все пики могут быть отнесены к отражениям поликристаллической гексагональной δ-фазы FAPbI ₃ .Самый сильный дифракционный пик при 11,8 ° и второй самый сильный при 26,3 ° соответствуют плоскостям (010) и (021) тонкой пленки δ-FAPbI ₃ , соответственно, ^28,29 . По мере увеличения температуры отжига до 100 ° C интенсивности двух доминирующих пиков при 11,8 ° и 26,3 ° для δ-фазы становятся меньше, а другие более слабые пики почти исчезают. Однако пики отражения (111), (222) и (123) тригональной фазы FAPbI ₃ (α-фаза) появляются при 13.9 °, 28.1 ° и 31.5 °. Типичные пики перовскита фазы α — дополнительно усиливаются при повышении температуры до 130 ° C, в то время как пики перовскита фазы δ — почти исчезают. Тонкая пленка чистой фазы α — FAPbI ₃ была получена при температуре отжига 150 ° C, что видно из рентгенограммы. Пики при 13,9 °, 19,8 °, 24,3 °, 28,1 °, 31,5 °, 40,2 ° и 42,8 ° можно отнести к отражениям от (111), (012), (021), (222), (123 ), (024) и (333) пленки α — FAPbI ₃ соответственно, что хорошо согласуется с предыдущими отчетами ^29,42 .Более того, очевидно, что поликристаллическая пленка FAPbI ₃ фазы α — демонстрирует предпочтительную ориентацию (111) и высокую степень кристалличности, что облегчает перенос носителей заряда. На вставках к рис. 1 (а) представлены фотографии пленок FAPbI ₃ , отожженных при различных температурах. Мы можем обнаружить, что цвет пленки постепенно изменяется с желтого на черный с повышением температуры, что также указывает на полное превращение желтой δ-фазы в черную α-фазу.На рис. 1 (b – e) показаны СЭМ-изображения сверху тонких пленок FAPbI ₃ , прошедших отжиг при различных температурах. Очевидно, что температура отжига влияет не только на чистоту фазы, но и на морфологию пленок FAPbI ₃ . Обнаружено, что пленки компактные, а средний размер зерна пленки увеличивается с увеличением температуры отжига. Чистая пленка α-FAPbI ₃ , отожженная при 150 ° C, имеет самый большой размер зерна от 200 до 300 нм, аналогичный размерам пленок FAPbI ₃ в солнечных элементах, описанных в литературе ²² , которые полезны. к подавлению рекомбинации носителей заряда из-за уменьшения границ зерен.

( a ) и ( b — e ) СЭМ-изображения сверху пленок FAPbI ₃ , отожженных в перчаточном боксе, заполненном азотом, при различных температурах. Фотографии пленок FAPbI ₃ показаны на вставке к рис. 1 (а).

Слой перовскита — это материал сердцевины в перовскитном фотодетекторе, оптические свойства которого имеют решающее значение для определения рабочих характеристик устройства. Мы исследовали оптические свойства чистой тонкой пленки α-FAPbI ₃ , синтезированной после отжига при 150 ° C.На рис. 2 (а) показан спектр поглощения пленки α-FAPbI ₃ в ультрафиолетовой и видимой (УФ-видимой) области. Перовскитовая пленка имеет широкий спектр поглощения, охватывающий ближнюю ультрафиолетовую (n-УФ), видимую и часть ближней инфракрасной (NIR) областей с границей отсечки поглощения около 825 нм, что аналогично спектру поглощения α-FAPbI ₃ пленок ^22,37 . {2} = A (h \ upsilon — {E} _ {g}) $$

(1)

, где α — коэффициент поглощения, hv — энергия падающего фотона, а A — постоянная.График Tauc спектра поглощения для пленки α-FAPbI ₃ представлен на вставке к рис. 2 (а). Оптическая ширина запрещенной зоны пленки оценивается в 1,50 эВ путем экстраполяции линейной части графика ( αhν ) 2 в зависимости от энергии фотона. Спектр стационарной фотолюминесценции (ФЛ) пленки перовскита показан на рис. 2 (б). Наблюдается, что пик ФЛ центрируется при 818 нм в соответствии с началом поглощения при 825 нм на рис. 2 (а), что указывает на очень низкую плотность состояний ловушки в пленке, которая способствует переносу носителей ²⁷ .

( a ) УФ-спектры поглощения и ( b ) стационарной ФЛ пленки α-FAPbI ₃ , отожженной при 150 ° C. Длина волны возбуждения для ФЛ 500 нм. На вставке к рис. 2 (а) приведен Тауц-график УФ-спектра поглощения.

Мы применили чистую поликристаллическую пленку α — FAPbI ₃ для изготовления фотоприемника с конфигурацией оксида индия и олова (ITO) / TiO ₂ / α — FAPbI ₃ / Spiro-OMeTAD / молибден триоксид (MoO ₃ ) / серебро (Ag), как показано на рис.3 (а). При этом пленки Ag, модифицированные ITO и MoO ₃ , служили катодом и анодом соответственно. Тонкая пленка нанокристаллов анатаза TiO ₂ была использована в качестве слоя для извлечения электронов / блокировки дырок, который используется не только в полимерных солнечных элементах ⁴⁴ , но и в органических фотодетекторах ⁴⁵ из-за его высокой подвижности электронов, большой ширины запрещенной зоны. , высокая прозрачность, хорошая химическая и термическая стабильность. Пики XRD слоя TiO ₂ , как показано на Рисунке S1 (дополнительная информация), полностью соответствуют пикам из файла карты JCPDS No.21–1272 TiO ₂ ^44,46 , что позволяет предположить, что TiO ₂ имеет фазу анатаза. На рисунке S2 показано изображение пленки TiO ₂ , полученное с помощью атомно-силового микроскопа (АСМ). Пленка имеет гладкую поверхность со среднеквадратичной шероховатостью 1,28 нм, что способствует кристаллизации пленки FAPbI ₃ . Spiro-OMeTAD, лучший материал для переноса дырок в солнечных элементах на основе перовскита ⁴⁷ , был использован в качестве слоя для извлечения дырок / блокировки электронов.На рисунке 3 (б) показана диаграмма уровней энергии фотоприемника. Минимум зоны проводимости (CBM, −3,9 В) TiO ₂ соответствует самому низкому уровню незанятых молекулярных орбиталей (LUMO) перовискита, таким образом, облегчая перенос электронов, тогда как максимум его глубокой валентной зоны (VBM, −7,2 эВ) может эффективно блокировать дыры. Напротив, самый высокий уровень энергии занятой молекулярной орбитали (ВЗМО) (-5,5 эВ) перовскита очень близок к таковому у Spiro-OMeTAD (-5,2 эВ), что благоприятно для экстракции дырок.Между тем, пленка Spiro-OMeTAD может эффективно блокировать электроны благодаря своему мелкому уровню энергии НСМО (-2,4 эВ). Рисунок 3 (c) показывает микрофотографию поперечного сечения фотодетектора, полученную на сканирующем электронном микроскопе. Значения толщины слоев TiO ₂ , α-FAPbI ₃ и Spiro-OMeTAD оцениваются примерно в 45 нм, 400 нм и 250 нм соответственно. В частности, перовскит достаточно толстый, чтобы эффективно поглощать свет. Очевидно, что пленка α-FAPbI ₃ компактна и не имеет пустот.Он состоит из кристаллитов большого размера, которые могут растягиваться по всему фотоактивному слою, что приводит к эффективному переносу носителей.

( a ) Принципиальная схема структуры фотоприемника на основе чистой пленки α-FAPbI ₃ . ( b ) Диаграмма уровней энергии и ( c ) поперечное сечение SEM-изображения перовскитового фотодетектора. ( d ) Кривые плотности тока фотоприемника в темноте и при освещении белым светом различной освещенности.

Темновой ток является основным источником шума ⁴⁸ и неизбежен в фотодетекторе при смещениях, которые ограничивают возможность обнаружения слабых световых сигналов. Кроме того, отношение тока при световом освещении к току в темноте при напряжении смещения, а именно отношение тока включения / выключения, является важным показателем качества фотодетектора. Мы оценили вольт-амперные характеристики ( Дж -В) фотоприемника FAPbI ₃ как в темноте, так и при разной интенсивности освещения белым светом, которые представлены на рис.3 (г). Напряжение смещения варьировалось от 1,2 В (прямое) до -1,2 В (обратное), что было относительно низким для фотодетекторов, а интенсивность белого света была выбрана равной 1 мВт / см ² , 10 мВт / см ² и 100 мВт / см ² соответственно. В темноте плотность тока быстро увеличивается при прямом смещении, поскольку отсутствует барьер для инжекции дырок от анода MoO ₃ / Ag и небольшой барьер для инжекции электронов 0,8 эВ с катода ITO, как показано на рис. 3b.При обратных смещениях из-за мелкого уровня НСМО Spiro-OMeTAD и глубокого VBM TiO ₂ , образующего два барьера Шоттки на электродах, инжекция электронов с анода и дырок с катода затруднена. , что приводит к очень медленному увеличению плотности тока. Очевидно, что фотодетектор демонстрирует типичное диодно-выпрямительное поведение. Вообще говоря, фотоприемники фотодиодного типа работают в условиях обратного смещения. Плотности темнового тока устройства при обратном напряжении смещения -0.2 В, −0,5 В и −1,0 В приведены в таблице 1. Темновые токи оказались ниже значения порядка величины 10 ⁻⁸ A, ​​а наименьшее из них составляет 8,6 × 10 ⁻⁹ A при -0,2 В. Эти результаты показывают, что темновые токи в нашем устройстве резко подавляются за счет использования TiO ₂ на катоде и Spiro-OMeTAD на аноде для предотвращения инжекции носителей. При освещении плотность фототока заметно увеличивалась вместе с интенсивностью белого света при том же обратном напряжении смещения, что указывает на сильную способность устройства преобразовывать световой сигнал в электрический.Другой очевидный результат состоит в том, что плотность фототока остается почти неизменной, поскольку напряжение обратного смещения увеличивается при той же освещенности. Это разумно, учитывая тот факт, что фотогенерируемый ток намного больше, чем темновой ток, так что небольшим увеличением темнового тока с напряжением обратного смещения можно пренебречь. Плотности фототока при −0,2 В, −0,5 В и −1,0 В при освещении белым светом 100 мВт / см ² практически одинаковы (16.3–16,5 мА / см ² ), также показано в таблице 1. При освещении слой перовскита может поглощать фотоны с энергией, превышающей ширину запрещенной зоны α-FAPbI ₃ , и генерировать электронно-дырочные пары, которые впоследствии диссоциируют на TiO ₂ / FAPbI ₃ и FAPbI ₃ / Spiro-OMeTAD интерфейсы. Благодаря идеальному выравниванию уровней энергии разделенные дырки и электроны могут эффективно проходить через слои Spiro-OMeTAD и TiO ₂ , а затем собираться анодом и катодом соответственно, создавая огромный фототок в устройстве ⁴⁹ .Поскольку устройство имеет обратное смещение, приложенное электрическое поле полезно для усиления процессов диссоциации и переноса и снижения вероятности рекомбинации носителей ³⁷ . Следовательно, в фотодетекторе при различных напряжениях были достигнуты отношения тока включения / выключения до 10 ⁴ (см. Таблицу 1), что сравнимо с тем, которое сообщалось для CH ₃ NH ₃ PbI ₃ фотодетекторов ³⁹ .

Внешняя квантовая эффективность (EQE), которая зависит от фотоактивного материала и конфигурации устройства, используется для оценки способности фотоэлектрического преобразования фотодетектора. ^49,50 . EQE определяется как количество фото-генерируемых носителей, которые падающий фотон на данной длине волны может производить в секунду, и может быть вычислен с помощью выражения:

$$ EQE = \ frac {{J} _ {ph} h \ ипсилон} {{P} _ {in} e} = \ frac {({J} _ {светлый} — {J} _ {темный}) h \ upsilon} {{P} _ {in} e} $$

(2)

, где J _ph — плотность фототока, P _in — интенсивность падающего света, e — абсолютное значение заряда электрона, J _dark — плотность темнового тока, а Дж _свет — плотность тока при световом освещении.Мы проанализировали значение EQE как функцию длины волны падающего света фотодетектора при различных обратных смещениях, которые показаны на рис. 4 (а). Спектр интенсивности света для теста EQE показан на рисунке S3. Устройство представляет почти плоские спектры EQE, охватывающие области от n-УФ до NIR, независимо от того, смещено ли оно в обратном направлении, демонстрируя аналогичную способность фотоэлектрического преобразования для света с длиной волны от 330 до 800 нм. Хотя более слабое поглощение света фотоактивным слоем α — FAPbI ₃ наблюдается на более длинных волнах, этот результат можно интерпретировать как увеличенное количество падающих фотонов, происходящих из-за более низких энергий фотонов на более длинных волнах.Значения EQE устройства постепенно увеличиваются по мере того, как напряжение смещения изменяется от 0 В до -1,0 В и превышает 100% при напряжении выше -0,5 В, демонстрируя, что носители также инжектируются электродами под приложенным смещением помимо фотоэлемента. сгенерированные ^39,40 . Максимальное значение EQE около 182% было достигнуто при -1,0 В при освещении 650 нм. По-видимому, принцип действия нашего фотоприемника связан со структурой устройства, и считается, что нанокристаллический слой TiO ₂ играет решающую роль.В дополнение к тому факту, что приложенное электрическое поле способствует диссоциации фотогенерированных электронно-дырочных пар и транспорту фотогенерированных носителей, а также снижает рекомбинацию носителей ⁴⁹ , следующие два фактора должны быть приняты во внимание для пояснения к механизму работы устройства. С одной стороны, при освещении некоторые фотогенерируемые электроны захватываются слоем TiO ₂ и могут образовывать накопление заряда и приводить к усиленной инжекции дырок ³⁸ .С другой стороны, работа выхода нанокристаллической пленки TiO ₂ , как сообщается, уменьшается по мере того, как заполнение глубоких узлов захвата увеличивается после возбуждения светом. Точно так же места захвата в слое нанокристаллов TiO ₂ могут быть заняты некоторыми фотогенерированными электронами из слоя перовскита, что приводит к снижению работы выхода пленки TiO ₂ , что, вероятно, также облегчает инжекцию отверстия от катода ^45,51 .

( a ) Внешняя квантовая эффективность, ( b ) светочувствительность и ( c ) удельная детектирующая способность фотодетектора при различных напряжениях обратного смещения.

Светочувствительность R и специфическая обнаруживающая способность D * являются ключевыми показателями качества фотодетекторов. R — это отношение фототока к интенсивности падающего монохроматического света, которое можно оценить с помощью следующего уравнения:

$$ R = \ frac {{J} _ {ph}} {{P} _ { in}} = \ frac {EQE \ cdot e} {h \ upsilon} $$

(3)

D * — это способность фотодетектора обнаруживать слабые световые сигналы.{\ ast} = \ frac {R} {\ sqrt {2e {J} _ {dark}}} $$

(4)

Мы получили спектры светочувствительности фотодетектора при напряжениях смещения −0,2 В, −0,5 В и −1,0 В на основе спектров EQE, поскольку они тесно коррелированы, которые показаны на рис. 4b. Устройство демонстрирует широкий спектральный отклик от n-УФ (330 нм) до ближнего ИК-диапазона (800 нм), связанный с широкополосным поглощением пленки α-FAPbI ₃ , более широкий, чем у фотоприемников на основе MAPbI _3. (350–750 нм) ⁴⁹ .Светочувствительность при каждом смещении увеличивается с увеличением длины волны падающего света и достигает максимума при 650 нм и остается неизменной до 800 нм. Помимо демонстрации положительной связи с EQE, светочувствительность обратно пропорциональна энергии падающего фотона, поэтому фотодетектор более чувствителен при обнаружении длинноволновых световых сигналов. Также очевидно, что светочувствительность увеличивается по мере увеличения обратного смещения на той же длине волны, показывая аналогичную тенденцию для значения EQE.При -1,0 В светочувствительность может достигать 0,95 А / Вт при освещении 650 нм. Значения удельной обнаружительной способности оценивали согласно уравнению (4). На рисунке 4 (c) показаны спектры удельной обнаружительной способности при напряжениях смещения -0,2 В, -0,5 В и -1,0 В соответственно. Нет сомнений в том, что обнаруживающая способность имеет точно такой же спектральный диапазон чувствительности. При том же смещении изменение обнаруживающей способности с длиной падающей волны напоминает изменение светочувствительности, в то время как на той же длине волны изменение обнаружительной способности при обратном смещении также зависит от темнового тока устройства.Значения удельной обнаружительной способности выше 10 ¹² Джонса (см Гц ^1/2 Вт ^-1 ) от 330 до 800 нм при обратном смещении -0,5 В и пиковом значении 3,1 × 10 ¹² Jones получен на длине волны 770 нм при -1,0 В. Высокая способность обнаружения нашего устройства может быть в основном приписана подавленному темновому току, исходящему из структуры устройства. Значения светочувствительности и удельной обнаружительной способности устройства при различных смещениях суммированы в таблице 1 вместе с плотностью темнового и фототока, а также отношениями тока включения / выключения.

Другие параметры, такие как временная характеристика и линейность светочувствительности, также важны при оценке фотодетекторов. Временной отклик фотодетектора характеризуется временем нарастания и спада отклика или шириной полосы отклика. Переходный фототок устройства при смещении -0,5 В был измерен под действием импульсного света 530 нм от светоизлучающего диода (СИД) с длительностью 0,1 мс с частотой повторения 5000 Гц, генерируемой функциональным генератором, так как проиллюстрировано на рис.5 (а). При включении и выключении возбуждающего света кривая переходного фототока показывает быстрые процессы нарастания / спада и хорошую повторяемость в течение 10 циклов измерений. Для точной оценки времени нарастания и спада, которые определяются как время, необходимое для того, чтобы фотодетектор достиг 90% и упал до 10% от установившихся значений соответственно ⁵⁰ , временная характеристика фототока под импульсным светом с более короткая длительность (40 мкс) при 500 Гц была исследована, как показано на рис. 5 (b).Устройство показывает время нарастания 7,2 мкс и время спада 19,5 мкс, что близко к значениям (20/17 мкс) тонкопленочных фотоприемников MAPbI ₃ ³⁷ . Время нарастания и спада ограничено процессами захвата и снятия заряда, поскольку процессы генерации заряда и дрейфа носителей должны быть намного быстрее. Время спада устройства больше, чем время нарастания из-за влияния снятия заряда, как описано в литературе ⁴⁰ . Полоса пропускания -3 дБ — это частота светового сигнала, при которой фототок равен 70.7% от этого при постоянном освещении ⁵² . Чтобы получить полосу пропускания фотодетектора, была исследована частотная характеристика слабого сигнала при -0,5 В при модулированном освещении 530 нм, и фототоки были нормированы на значение, измеренное при 100 Гц, как показано на рис. 5 (c). Полоса пропускания устройства оценивается в 215 кГц.

( a ) Переходный фототок на частоте 5000 Гц, ( b ) единичный нормированный цикл фототока на частоте 500 Гц и ( c ) частотная характеристика фотоприемника при −0.5 В при модулированном освещении зелеными светодиодами (530 нм). ( d ) Плотность фототока как функция интенсивности света фотодетектора при освещении зеленым светодиодом (530 нм) при различных напряжениях обратного смещения.

Наконец, чтобы выразить линейность светочувствительности устройства ⁴⁹ , диапазон, в котором фототок показывает линейную реакцию на интенсивность падающего света, плотность фототока в зависимости от кривых интенсивности падающего света были измерены под зеленым светодиодом (530 нм). ) освещение с интенсивностью света от 12 нВт / см от ² до 3.9 мВт / см ² при разных обратных смещениях. На рисунке 5 (d) показаны линейные характеристики фотодетектора при -0,2 В, -0,5 В и -1,0 В. Можно видеть, что плотность фототока линейно увеличивается с увеличением интенсивности света, а фотодетектор имеет лучшую линейность при -0,2. V. Линейный динамический диапазон при -0,2 В оценивается в 92 дБ. Кроме того, небольшие отклонения от линейности также наблюдаются в области более низкой интенсивности света от нВт / см ² до мкВт / см ² по мере увеличения напряжения смещения.Это понятно, потому что при слабом освещении инжектированные заряды с электродов вносят больший вклад в плотность фототока по сравнению с фотогенерированными зарядами, в то время как ими можно пренебречь при сильном освещении.

Фотоприемников, объяснено энциклопедией RP Photonics Encyclopedia; фотодиоды, фототранзисторы, пироэлектрические фотоприемники, матрица, измеритель мощности, шум

Энциклопедия> буква П> фотодетекторы

можно найти в Руководстве покупателя RP Photonics.Среди них:

Найдите более подробную информацию о поставщиках в конце этой статьи энциклопедии или посетите наш

Вас еще нет в списке? Получите свою запись!

Используя наш рекламный пакет, вы можете разместить свой логотип и далее под описанием продукта.

Определение: устройства, используемые для обнаружения света

Альтернативные термины: детекторы света, детекторы фотонов

Более общий термин: детекторы света

Более конкретные термины: инфракрасные детекторы, позиционно-чувствительные детекторы, фотодиоды, фототранзисторы, фотодетекторы металл-полупроводник-металл, согласованные по скорости фотодетекторы, фотоумножители, пироэлектрические детекторы, фотопроводящие детекторы, фотоэмиссионные детекторы, солнечные слепые фотодетекторы

Противоположные термины: тепловые извещатели

Немецкий: Photodetektoren, Lichtdetektoren

Категории: фотонные устройства, обнаружение и определение характеристик света, оптоэлектроника

Как цитировать статью; предложить дополнительную литературу

Автор: Dr.Rüdiger Paschotta

URL: https://www.rp-photonics.com/photodetectors.html

Фотодетекторы — это устройства, используемые для обнаружения света — в большинстве случаев его оптической силы. Более конкретно, фотодетекторы обычно понимаются как детекторы фотонов, которые в некотором роде используют фотовозбуждение электрических носителей; тепловые извещатели не входят в этот термин и не рассматриваются в этой статье.

обычно выдают электронный выходной сигнал — например, напряжение или электрический ток, которые пропорциональны падающей оптической мощности.Таким образом, они относятся к области оптоэлектроники.

Типы фотоприемников

Поскольку требования к приложениям (см. Ниже) значительно различаются, существует множество типов фотодетекторов, которые могут быть подходящими в конкретном случае:

• Фотодиоды — это полупроводниковые устройства с p – n-переходом или p – i – n структурой (i = собственный материал) (→ p – i – n фотодиоды ), где свет поглощается в обедненной области и генерирует фототок .Такие устройства могут быть очень компактными, быстрыми, очень линейными и демонстрировать высокую квантовую эффективность (т. Е. Генерировать почти один электрон на падающий фотон) и широкий динамический диапазон при условии, что они работают в сочетании с подходящей электроникой. Особенно чувствительным типом являются лавинные фотодиоды , которые иногда используются даже для счета фотонов.
• Фотодетекторы металл – полупроводник – металл (МПМ) содержат два контакта Шоттки вместо p – n перехода.Они потенциально быстрее фотодиодов с полосой пропускания до сотен гигагерц.
• Фототранзисторы похожи на фотодиоды, но используют внутреннее усиление фототока. Они используются реже, чем фотодиоды.
• Фотопроводящие детекторы также основаны на определенных полупроводниках, например сульфид кадмия (CdS). Они дешевле фотодиодов, но довольно медленные, не очень чувствительные и демонстрируют нелинейный отклик.С другой стороны, они могут реагировать на длинноволновый инфракрасный свет.
• Фототрубки — это вакуумные трубки или газонаполненные трубки, в которых используется фотоэлектрический эффект (→ фотоэмиссионные детекторы ).
• Фотоумножители — это особый вид фотоламп, в которых используются процессы размножения электронов для получения более высокой чувствительности. Также они могут иметь высокую скорость и большую активную площадь. Некоторые из них основаны на многоканальных пластинах; они могут быть значительно более компактными, чем традиционные фотоумножители.
• Исследования проводятся на новых фотодетекторах на основе углеродных нанотрубок (УНТ) или графена , которые могут обеспечивать очень широкий диапазон длин волн и очень быстрый отклик. Изучаются способы интеграции таких устройств в оптоэлектронные микросхемы.

Все эти устройства основаны на внутреннем или внешнем фотоэлектрическом эффекте; фотоэмиссионные детекторы относятся к последней категории.

Различные типы фотодетекторов могут быть интегрированы в такие устройства, как измерители мощности и мониторы оптической мощности.Другие могут быть выполнены в виде больших двумерных массивов, например для приложений обработки изображений. Их можно назвать решетками фокальной плоскости . Например, есть датчики CCD и CMOS, которые используются в основном в фотоаппаратах.

См. Также статью о детекторах терагерцового диапазона.

Важные свойства фотоприемников

В зависимости от области применения фотоприемник должен удовлетворять различным требованиям:

• Он должен быть чувствительным в определенной спектральной области (диапазоне длин оптических волн).В некоторых случаях чувствительность должна быть постоянной или, по крайней мере, хорошо определенной в пределах некоторого диапазона длин волн. Также может быть важно иметь нулевой отклик в другом диапазоне длин волн; Примером могут служить фотодетекторы , защищающие от солнечных лучей, которые чувствительны только к коротковолновому ультрафиолетовому свету, но не к видимому солнечному свету.
• Чувствительность показывает, сколько электрического сигнала получается на единицу оптической мощности. Это зависит от длины оптической волны.
• В некоторых случаях важна не только высокая чувствительность, но и высокая квантовая эффективность, поскольку в противном случае вводится дополнительный квантовый шум.Это применимо, например, к обнаружению сжатых состояний света, а также влияет на вероятность обнаружения фотонов детекторами счета фотонов.
• Детектор должен подходить для определенного диапазона оптических мощностей. Максимальная обнаруженная мощность может быть ограничена, например, из-за повреждений или нелинейного отклика, тогда как минимальная мощность обычно определяется шумом. Величина динамического диапазона (обычно определяемая как отношение максимальной и минимальной обнаруживаемой мощности, например, в децибелах) часто является наиболее важной.Некоторые детекторы (например, фотодиоды) могут демонстрировать высокую линейность в динамическом диапазоне более 70 дБ.
• Активная область детектора может иметь значение, например, при работе с сильно расходящимися лучами лазерных диодов. Может быть важна достаточно высокая равномерность реакции. Для источников света с очень высокой и / или непостоянной расходимостью луча вряд ли возможно получить весь свет на активной области; затем можно использовать интегрирующую сферу (с соответствующей калибровкой) для измерения полной мощности.
• Ширина полосы обнаружения может начинаться с 0 Гц или некоторой конечной частоты (для детекторов, связанных по переменному току) и заканчиваться на некоторой максимальной частоте, которая может быть ограничена внутренними процессами (например, скоростью электрических носителей в полупроводниковом материале) или задействованными электроника (например, введение некоторых постоянных времени RC). Некоторые резонансные детекторы работают только в узком частотном диапазоне и могут быть подходящими, например, для обнаружения блокировки.
• Некоторые детекторы (например, пироэлектрические детекторы) подходят только для регистрации импульсов, но не для непрерывного света.
• Для обнаружения световых импульсов (возможно, на уровне нескольких фотонов) точность синхронизации может представлять интерес. Некоторые детекторы имеют определенное «мертвое время» после обнаружения импульса, когда они нечувствительны.
• Детекторы разных типов требуют более или менее сложной электроники. Штрафы с точки зрения размера и стоимости могут привести, например, от требования подачи высокого напряжения или обнаружения очень малых напряжений.
• В частности, некоторые детекторы среднего инфракрасного диапазона необходимо охлаждать до довольно низких температур.Это делает их использование в различных обстоятельствах непрактичным.
• Для некоторых приложений требуются одномерные или двумерные матрицы фотоприемников — чаще всего в виде матриц фотодиодов. Для массивов детекторов играют роль некоторые различные аспекты, такие как межпиксельная интерференция, методы считывания и однородность детектора.
• Наконец, для многих приложений важны размер, надежность и стоимость.

Различные типы детекторов, перечисленные выше, очень сильно различаются по многим из этих свойств.В типичных сценариях применения некоторые требования полностью исключают использование определенных типов детекторов и быстро приводят к довольно ограниченному выбору. Также обратите внимание, что есть некоторые типичные компромиссы. Например, часто бывает трудно совместить высокую полосу обнаружения с высокой чувствительностью.

Применение фотоприемников

   
 Статья о фотоприемниках  
 в  
 Энциклопедия фотоники RP   

   
  alt = "article">   

  * [https://www.rp-photonics.com/photodetectors.html 
 статья о фотодетекторах в энциклопедии RP Photonics]