Варикап и датчик ИК
Варакторный диод или варикап
Представляет собой диод pn-перехода , емкость которого варьируется путем изменения обратного напряжения . Термин «варактор» берется из переменного конденсатора. Варакторный диод работает только при обратном смещении. Действует как переменный конденсатор при обратном смещении.
Варикап изготавливается таким образом, что он показывает лучшее свойство переходной емкости, чем обычные диоды.
Конструкция
Варакторный диод состоит из полупроводника p-типа и n-типа . В полупроводнике n-типа свободными электронами являются основные носители, а дырки - неосновными носителями . Таким образом, свободные электроны несут большую часть электрического тока в полупроводнике n-типа. В полупроводнике p-типа дырки являются основными носителями, а свободные электроны являются неосновными носителями. Таким образом, дырки переносят большую часть электрического тока в полупроводнике p-типа.
Область обеднения состоит из положительных и отрицательных ионов (заряженных атомов). Эти положительные и отрицательные ионы не перемещаются из одного места в другое. Область обеднения блокирует свободные электроны с n-стороны и отверстия с p-стороны. Таким образом, область истощения блокирует электрический ток через pn-переход. Символ цепи варакторного диода почти аналогичен нормальному диоду pn-перехода.
Две параллельные линии со стороны катода представляют собой две проводящие пластины, а пространство между этими двумя параллельными линиями представляет собой диэлектрик. Варакторный диод всегда должен работать с обратным смещением. Поскольку при обратном смещении электрический ток не течет. При приложении прямого напряжения смещения электрический ток протекает через диод. В результате область истощения становится пренебрежимо малой. Мы знаем, что область истощения состоит из накопленных зарядов. Таким образом, накопленные заряды становятся пренебрежимо малыми, что нежелательно. Варикап предназначен для хранения электрического заряда, чтобы не проводить электрический ток. Таким образом, он всегда должен работать с обратным смещением. При приложении обратного напряжения смещения электроны из n-области и дырки из p-области удаляются от перехода. В результате ширина области истощения увеличивается, а емкость уменьшается.
Однако, если приложенное обратное напряжение смещения очень низкое, емкость будет очень большой. Емкость обратно пропорциональна ширине области обеднения и прямо пропорциональна площади поверхности p-области и n-области. Таким образом, емкость уменьшается по мере увеличения ширины зоны истощения.
Если обратное напряжение смещения увеличивается, ширина области обеднения дополнительно увеличивается, а емкость дополнительно уменьшается. С другой стороны, если обратное напряжение смещения уменьшается, ширина области истощения уменьшается и емкость увеличивается.
Таким образом, увеличение напряжения обратного смещения увеличивает ширину обедненной области и уменьшает емкость варикакторного диода. Уменьшение емкости означает уменьшение заряда аккумулятора. Таким образом, обратное напряжение смещения должно быть сведено к минимуму для достижения большого заряда аккумулятора. Таким образом, емкостная или переходная емкость может изменяться путем изменения напряжения. В фиксированном конденсаторе емкость не изменяется, тогда как в переменном конденсаторе емкость изменяется. В варакторном диоде емкость изменяется при изменении напряжения. Таким образом, варакторный диод является переменным конденсатором. Емкость варакторного диода измеряется в пикофарадах (pF).
Применение варикапа
·Используется в умножителях частоты.
·В параметрических усилителях.
·Используется в управляемых напряжением генераторах.
ИК-датчики
Инфракрасная технология обращается к широкому спектру беспроводных приложений. Основными областями являются датчики и пульты дистанционного управления. В электромагнитном спектре инфракрасная часть разделяется на три области: ближнюю инфракрасную область, среднюю инфракрасную область и дальнюю инфракрасную область.
Ниже приведены длины волн этих областей и их применения.
-Ближняя инфракрасная область - от 700 нм до 1400 нм - ИК-датчики, волоконно-оптические
-Средняя инфракрасная область - от 1400 до 3000 нм - Теплодатчики
-Дальняя инфракрасная область - от 3000 нм до 1 мм - Тепловидение
Диапазон частот инфракрасного излучения выше, чем в микроволновой печи и меньше, чем видимый свет.
Для оптического зондирования и оптической связи технологии фотооптики используются в ближней инфракрасной области, поскольку свет менее сложный, чем радиочастотный, когда используется как источник сигнала. Оптическая беспроводная связь осуществляется с помощью ИК-передачи данных для коротких приложений. Инфракрасный датчик излучает и / или обнаруживает инфракрасное излучение, чтобы ощутить его окружение. Работа любого ИК-датчика регулируется тремя законами: Радиационным законом Планка, законом Стефана-Больцмана и законом смещения Вина.
Основная концепция инфракрасного датчика, который используется как детектор препятствий, заключается в передаче инфракрасного сигнала, этот инфракрасный сигнал отскакивает от поверхности объекта и сигнал принимается в инфракрасном приемнике.
Типы ИК-датчиков
Инфракрасные датчики могут быть пассивными или активными. Пассивные инфракрасные датчики в основном являются инфракрасными детекторами. Пассивные инфракрасные датчики не используют инфракрасный источник и обнаруживают энергию, испускаемую препятствиями в поле зрения. Они бывают двух типов: квантовые и тепловые. Термальные инфракрасные датчики используют инфракрасную энергию в качестве источника тепла и не зависят от длины волны. Термоэлементы, пироэлектрические детекторы и болометры являются распространенными типами тепловизионных инфракрасных детекторов.
Инфракрасные детекторы квантового типа обеспечивают более высокую производительность обнаружения и работают быстрее, чем инфракрасные детекторы теплового типа. Фоточувствительность детекторов квантового типа зависит от длины волны. Квантовые детекторы делятся на два типа: внутренние и внешние. Квантовыми детекторами внутреннего типа являются фотопроводящие ячейки и фотогальванические элементы. Активные инфракрасные датчики состоят из двух элементов: инфракрасного источника и инфракрасного датчика. Инфракрасные источники включают светодиодный или инфракрасный лазерный диод. Инфракрасные детекторы включают фотодиоды или фототранзисторы. Энергия, испускаемая инфракрасным источником, отражается объектом и падает на инфракрасный детектор.
ИК-передатчик
Инфракрасный передатчик - это светодиод (LED), излучающий инфракрасное излучение. Следовательно, они называются ИК-светодиодами. Хотя ИК-светодиод выглядит как обычный светодиод, излучение, излучаемое им, невидимо для человеческого глаза.
Ниже приведено изображение типичного инфракрасного светодиода.
Существуют различные типы инфракрасных передатчиков в зависимости от их длины волн, выходной мощности и времени отклика. Простой инфракрасный передатчик может быть построен с использованием инфракрасного светодиода, токоограничивающего резистора и источника питания. Ниже приведена схема типичного ИК-передатчика.
При работе от источника 5 В ИК-передатчик потребляет ток примерно от 3 до 5 мА. Инфракрасные передатчики могут быть модулированы для получения определенной частоты инфракрасного излучения. Наиболее часто используемой модуляцией является модуляция OOK (ON-OFF-KEYING).
ИК-приемник
Инфракрасные приемники также называются инфракрасными датчиками, поскольку они обнаруживают излучение от ИК-передатчика. ИК-приемники представлены в виде фотодиодов и фототранзисторов. Инфракрасные фотодиоды отличаются от обычных фотодиодов, поскольку они обнаруживают только инфракрасное излучение. Ниже приведено изображение типичного ИК-приемника или фотодиода.
Существуют различные типы ИК-приемников на основе длины волны, напряжения, пакета и т. Д. При использовании в комбинации инфракрасного передатчика и приемника длина волны приемника должна совпадать с длиной волны передатчика.
Он состоит из ИК фототранзистора, диода, МОП-транзистора, потенциометра и светодиода. Когда фототранзистор получает какое-либо инфракрасное излучение, через него протекает ток и MOSFET включается. Это, в свою очередь, загорается светодиод, который действует как нагрузка. Потенциометр используется для управления чувствительностью фототранзистора.
Цепь обнаружения препятствия или цепь инфракрасного датчика
Ниже приведена типичная ИК-схема.
Он состоит из ИК-светодиода, фотодиода, потенциометра, операционного усилителя и светодиода. ИК-светодиод излучает инфракрасный свет. Фотодиод определяет инфракрасный свет. В качестве компаратора напряжения используется IC Op - Amp. Потенциометр используется для калибровки выходного сигнала датчика в соответствии с требованиями. Когда свет, излучаемый ИК-светодиодом, падает на фотодиод после удара объекта, сопротивление фотодиода падает с огромного значения. Один из входных сигналов операционного усилителя находится на пороговом значении, установленном потенциометром. Другой вход для ОУ - от резистора фотодиода. Когда падающее излучение больше на фотодиоде, падение напряжения на резисторе будет высоким. В ИС сравниваются как пороговое напряжение, так и напряжение на резисторе. Если напряжение на ряду резисторов до фотодиода больше, чем напряжение порогового напряжения, выход IC Op-Amp высок. Поскольку выходной сигнал микросхемы подключен к светодиоду, он загорается. Пороговое напряжение можно отрегулировать, настроив потенциометр в зависимости от условий окружающей среды. Позиционирование ИК-светодиода и ИК-приемника является важным фактором. Когда ИК-светодиод удерживается непосредственно перед ИК-приемником, эта настройка называется прямым падением. В этом случае почти все излучение от ИК-светодиода попадет на ИК-приемник. Следовательно, между инфракрасным передатчиком и приемником имеется линия прямой видимости. Если объект попадает в эту линию, он препятствует тому, чтобы излучение попало в приемник либо отражением излучения, либо поглощением излучения.
Чтобы избежать отражений от окружающих предметов, кроме объекта, необходимо как правильно прикрепить ИК-передатчик и ИК-приемник. Обычно корпус выполнен из пластика и окрашен в черный цвет.
