Svetlobni sprejemnik
Za sprejem svetlobe uporabljamo fotoupor (LDR), fototranzistor ali fotodiodo. Izbira je kompromis med občutljivostjo, hitrostjo, linearnostjo, velikostjo toka in ceno.
| Element | Prednost | Omejitev | Primer uporabe |
|---|---|---|---|
| LDR | velika sprememba upornosti, preprosta vezava | počasen odziv, slabša ponovljivost | merjenje osvetljenosti |
| Fototranzistor | večji izhodni tok in dobra občutljivost | počasnejši in manj linearen od fotodiode | svetlobna vrata, daljinski senzor |
| Fotodioda | hiter odziv, primerna za hitre prenose | majhen tok, potrebuje ojačevalno oziroma pretvorniško vezje | optične komunikacije, merilni sistemi |
Table: Element. {#tbl:svetlobni_senzorji}
Pri izbiri ne zadošča primerjava nazivnega toka. Preverimo spektralno občutljivost, temni tok, dovoljeno zaporno napetost, odzivni čas, kapacitivnost spoja in območje osvetljenosti v podatkovnem listu.
Delilnik z LDR
Najpreprostejši svetlobni senzor je napetostni delilnik. Če je izhodna napetost merjena na referenčnem uporu $R_R$, velja:
\[U_\mathrm{iz}=U_C\frac{R_R}{R_R+R_\mathrm{LDR}}.\]LDR ima pri večji osvetljenosti manjšo upornost, zato se pri tej vezavi $U_\mathrm{iz}$ povečuje. Če želimo obratno delovanje, zamenjamo položaj LDR in $R_R$.
Za največjo spremembo izhodne napetosti med dvema skrajnima stanjema LDR, z upornostma $R_1$ in $R_2$, je dobra začetna izbira:
\[R_R\approx\sqrt{R_1R_2}.\]To je geometrična sredina območja upornosti. V praksi vrednost nato prilagodimo glede na zahtevano mejno osvetljenost, vhodno upornost naslednjega vezja in šum. Vhodna upornost merilnika ali krmilnika je vzporedno vezana z $R_R$ in lahko opazno spremeni rezultat.
Pri neposrednem priklopu na digitalni vhod ne smemo računati samo na nazivno preklopno napetost. Napetosti v nedoločenem območju med logično 0 in 1 lahko povzročijo nepredvidljivo stanje ali večkratno preklapljanje. Za zanesljiv sistem uporabimo komparator s histerezo.
{#fig:ldr-delilnik}
Fotodioda in fototranzistor
Fotodiodo pri merjenju svetlobe običajno uporabimo v zaporni smeri. Osvetlitev ustvari tok, ki je približno sorazmeren osvetljenosti v izbranem območju. Fotodiodni tok je majhen, zato je napetost $U_R$ na navadnem uporu pogosto neprimerna za neposreden digitalni vhod.
Fototranzistor deluje podobno kot fotodioda, vendar njegov tok krmili še tranzistorski tok. Zato dobimo večji tok, vendar praviloma počasnejši odziv in večjo odvisnost od temperature ter primerka elementa.
Fotodiodo in fototranzistor izberemo zlasti takrat, ko želimo, da se izhodni signal v določenem območju spreminja približno sorazmerno z osvetljenostjo. Takšna linearnost je pomembna v senzorski tehniki, kadar želimo poleg zaznave prisotnosti svetlobe tudi meriti njeno intenzivnost. Fotodioda je praviloma bolj linearna, medtem ko fototranzistor zaradi notranjega ojačenja zagotavlja večji odziv, vendar je njegov odziv običajno manj linearen. Dejanska linearnost je odvisna od delovnega območja senzorja in uporabljene vezave.
Izhodni signal fototranzistorja ali fotodiode pogosto še ni primeren za neposredno uporabo v nadaljnji elektroniki. Potrebujemo ustrezno ojačevalno oziroma signalno-obdelovalno vezje. Eno od možnosti za fotodiodo — tokovno-napetostni pretvornik — obravnavamo v naslednjem podpoglavju 1.6 Analogni optični prenos.
Fototranzistor kot sprejemni element je vključen tudi v celotni KiCadov projekt optične komunikacije; glavna shema prikazuje povezavo sprejemnika z vhodom 74HC7014 in krmilnikom Arduino Nano.