--

---

CI2 H

Q

)

8 8 .8 0 V

l

s:: c..... H

"0 .(

CU C

U,(I)

, ---

0»

Eo

0::l

a;CN

C

:e(l) e o.~ ~

CD ~

>

0 .a

jN

:::l

~

0... Q)

eel - 0 c Q

)

c.. 0 (J)

ee ~

- 0 (J) :::l

0.32

CD >

.

CD-a.. ~

~

co ..c

.... ­

Adrian~chommers

Elektronika tajemstvi zbavena

objevovat experimentovat

porozumet

/l. Kniha 4: Pokusy s optoelektronikou

2002

2

© Segment B.Y., Beek (Limburg), the Netherlands, 2001 Knihaje prekladem nemeckeho originalu "Elektronik - gar nicht schwer - Buch 4" (ISBN 3-928051-03-2) 1. ceske vydani 2002 Veskera prava vyhrazena

VfOHKA KNHlOVNA 1/ Ot OMOUr 1

UK Olomouc

111111111111111111111111111111111111111111111111 2650313471

I1 -~ ~ ~, b 4-Pfispevky uverejnene v teto knize, zejrnena vsechny state a clanky, stejne jako

navrhy, planky, vykresy a obrazky vcetne desek plosnych spoju, jsou autorsky chra­neny. Jejich rozmnozovani a sireni, a to i castecne, je zasadne mozne jen po pred­chozim pisemnem svoleni vydavatele.

Inforrnace v teto kni ze jsou zverejilovany bez ohledu na pripadnou patentovou ochranu. Ph sestavovani texru a vyobrazeni bylo postupovano s nejvetSi peclivosti. Presto nelze zcela vyloucit chyby. Nakladatelstvi, vydavatel ani autor nemohou za chybne udaje a jejich nasledky nest zadnou pravni odpovednost ani poskytovat ja­koukoliv zitruku. Za upozomeni na pripadne chyby bude vydavatel i autar vdecny.

Graficke zpracovani a sazba: BEN - technicka literatura, Praha Preklad: Miroslav Hrdina Jazykova uprava: Sarka Hrdinova Redigoval: Miroslav Hrdina Tisk: Malten s. r. 0

Vydalo nakladatelstvi HEL, ul. 26. dubna 208, 725 27 Ostrava - Plesna Naklad : 4000 rytisku

gO 9 5 - 6 -06- 2002 ISBN 80-86 167-04-6

3

Obsah

Predmluva ................................................................................... 5

Uvod ............................................................................................ 5 Systemy pro experimentovani ......................................................... ......... ..... 5 Meriel snury s krokodylky ................ .......... ..... ............. .. .. ...... ............ .. .. ...... 5 Nastrekova deska ................. ............................... .. .. ... ...... ...................... ... .... 6 Desky s rastrem otvoru a standardni desky Elektor ........ ... .. ..... ....... ....... .. .... 6 Desky ......... .............. ...... ................................................... .. .... ..... ... ....... .. ..... 7 Jezek ... ........... .......... .... ... ... ................................................ .................. .......... 7 Meriel pristroj ................................ .. .. .. ... .. ... ... .. ... ............... ....... .... ......... ...... 8 Napajeni ..... .......... ......... .. .. .... .. ......... .. ............................... ... .. ....... ... ... .. ........ 8 Soueastky ......... ........................ ... ....... .......... ... .. ... ........... .. .......... .......... ...... .. 8

1. Diody LED ............................................................................ 11 Mereni charakteristik ... ........ .. .. .. ......... .... ..... ...................... ................. .... .... 16 Opticke vlastnosti diod LED .............. ...... .. ............................................ .. ... 21 Jak vznika svetlo diody LED? ........ .. ...... .... ................ .... .......... .. .. .............. 23 Shmuti .......................................... ......................................... ....................... ... ......... 24

2. Zapojeni s diodami LED .... .. ................................................ 25 Rizeni diod LED ........................ .. ..... ... .............. .............. ...... ................ ..... 27 Logicke obvody s diodami LED .............. .. .............. .... .... .... .......... ............ . 30 Tester zarovek a poj istek ............................................................ ...... .. ......... 32 Diody LED u zdroju konstantniho proudu .... .. .. .... .... ........ .. .......... ...... ........ 36 Shmuti .... ..... .. ... ................. .. ; ............................................ ... ............ ...... ... .... ...... .... .. 36

3. Fotodiody a fototranzistory ................................................ 37 Zjist'ovani charakteristik ............................................................. ... .. ...... ..... 39 Chyby meren! pri pouzit! dvou pristroju ..... .. ............................ ....... ........... 41 Fototranzistory ............................................... ..... ... ........... ............ ......... ..... 42 Svetlocitlive polovodiee ............................... .. ..... .. ...... .... ......... .. ................. 46 Shmuti ................................. ............................................................... ......... .. ..... ... ... 50

4. Zapojeni s fotodiodami a fototranzistory .......................... 51 Citlivy osvitomer 51 Pokyny pro stavbu a cejchovani 52 Lux, clona a osvitove Cislo 56 Elektronicky merie doby otevreni zaverky 58 Logicke obvody s fotosenzory (optoelektronickymi eidly) 62 Shmuti 64

4 5

5. Solarni technika ................................................................... 65 Solami moduly 70 Prace se solamfmi c lanky 72 Solami zafizeni k ziskavan[ energie 73 Ova pi'iklady napajenf so lam[mi clanky 74 Solami radio 76 Shmuti ......... .............................. ................... ............. ... ... ... ............. .. .. ...... .. .. ........... 78

6. Svetelne zavory a hlasice pohybu ..................................... 79 Svete lna zavora ...... ............ .................. .......... ... ................ .......................... 79 Svetelne zavory k zachycovani digitaln[ch ve licin .. ..... ............... ............... 84 Infracerveny hlas ic pohybu .............................. ...... ................... ............ ...... 9 1 Shmuti ................................................................................................................ ...... 94

7. Optoelektronicky prenos signalu ................................ ....... 95 Oigitaln[ prenos signalu ............................ ....... ........... .. ........... ... .. ............ 95 Pfenos analogovych signalu .................. ........ .......... .. ............ .. .................... 98 Oigitalni prenos ana logovych signatu .............................................. ... ...... 103 PLL ...................................... .. ................................... ......................... ....... 107 Optoelektron icky vazebni c len ................ ......... .......... .. .. .... ......... ...... ........ 11 0 Svetlovody .......... ....... ......... .................. ..... ........ .. ... .. ........ ........ ....... ......... 115 Technika svetlovodu ........................................... ...... ...... .......... ... .. ........... 11 6 Analogovy pfenos sklenenym vlaknem ............................................... .... . 11 8 Shmuti .... .. .. ... .......................................... .. ... .......... ............................... ................. 121

8. Jine zdroje svetla ............................................................... 123 Laser ......................................... .. ..................... ................... ... ...... .............. 123 Laserova dioda ..................... .... ............... ......... ......... ......... ....................... 124 Vybojky pInene plynem ................ ...... ........ .... ........ ............... ....... ............ 125 Zarovky .... ... ...................... ... .. ........ ..... ..... ..... ......... ............................ ..... .. 131 Shmuti ..... .. ......... ....................... ... ............ .......................... .. ...... ........................... 134

9. Dalsi fotosenzory ............................................................... 135 Fotocitlive polovodice .... ........... ........... ... ........ ................. ........................ 135 Foto-FET ........................ ... ............ ............................ ............................. ... 135 Foto-tyri sto r a foto-tr iak 136 Fotocitlive integrovane obvody 137 Svetlocitlive odpory (LOR) 137 Priklad zapojeni: s[t'ova spinae[ jednotka 142 Pf[klad zapojeni: automaticky vystrazny blikac 143 Odpor LOR jako elektronicky potenciometr 144 Oalkovy spoustec 146 Shmuti 148

10. Displejova technika ............. ............................................ 149 Oispleje s diodami LED .................... .. ......................... ..... ..... ......... ..... .... . 149 Fluorescencnf displeje ..... ................... ... .................... .. ...... .... .. .................. 151 Oispleje s kapalnymi krystaly (LCD) ............................ ............. ...... ........ 152 Univerzalni cislicovy vo ltmetr ...... ................. .... .. ..... ... ....................... ...... 155 Shmuti ............... .... .. ............................ .. .. ... .............. ............... ... .. ..................... ..... 159

Dodatek ................. .................. ............................................ ... . 161 Pajen[ .... 161

Pajecka, cinova pajka 161

Pf[prava 161

Pajeni 161

Zaverecne upravy 162

Vypajeni 162

U tistenych spoju (desek): 162

Katalogove listy 163

L0271 167 Vlastnosti 167 BP 103 174

Vlastnosti ...................... ............... .................. ............. ....... .. .................. ... 174 Pojmya definice ........... .............................. ........ ............................ ...... .... 178 Oiody LED ............... .... ..... ... ... .. .... .................... ........... ............ ..... ............ 179 Fotodiody ..................................... ...... ................................... .................... 180 Fototranzistory ......... .... .. ...... ...... ...... ............. ... ... ..... ...... .............. ............. 181 Fotoodpory ......................... ....... ... .... ...................... .......... ......................... 182 Sedmisegmentove displeje LED ......... ... .... ... .... .. ....................... ............... 182 Optoelektron ickevazebni cleny .......... .............. .. .... .. .... ........ ..................... 183 Oesky tistenych spoju ......................................................... ...... ................ 184

Rejstrik .................................................................................... 186

6 7

Predmluva Optoelektronika pati'i k nejmladsim odvetvim elektroniky, aekoliv - pocitame-li

k ni i zarovku - jeji koreny vezi jiz v detsh!m veku elektrotechniky. Princip zarov­ky byl vynalezen roku 1854 Heinrichem Goebelem a Thomas A. Edison v roce 1878 vyvinul prvni prakticky pouzitelny a komercne uspesny vzorek. Prvni fotoe­lektricky jev, zmena vodivosti selenu, byl objeven fyzikem Smithem.

Vznik prvnich "pravych" optoelektronickych soucastek vsak umoznil teprve rozvoj polovodicove techniky. Optoelektronika zacala davat 0 so be vedet v sedesatych letech barevnymi po}ovodicovymi svetYlky - sviticimi diodami LED.

V soucasne dobe se vsak nejrychlejsi vy-voj neodehrava na poli osvetlovaci tech­niky, nybri ve vyuziti optoelektroniky k pfenosu informace: kompaktni disky, ka­hely ze sklenenych vlaken, infracervena technika a v neprilis vzdatene budoucnosti se jiste dockame optickeho pocitaee pracuj iciho rychlosti svetla. Tato kniha je pnl­vodcem vsemi temito tematy, nikoli vsak pouze teoretickym, ale i obsahujicim ne­seetne vysoce nazorne pokusy a prakticka zapojenf. Opticke snimani, opticky pfenos signalu sklenenym vlaknem nebo volnym prostorem, dokonce i nejake opticke po­citani, to vse je moi no na jednoduche urovni prakticky vyzkouset.

, Uvod

Sysh~my pro experimentovani

Ti, kdo jiz znaji nekterou z knih fady "Elektronika tajemstvi zbavena", vedi, ie cxperimentovani a zkouseni v nich hraje dulezitou roli. Jednotlive svazky jsou sice sepsany tak, ie i bez vlastnich pokusu se propracujete k cili, jimz je pochopeni dektroniky, ale teprve pokusy Cini text nazomym a pine pochopitelnym.

V tomto dilu jsme se neupjali k zadnemu specialnimu experimentalnimu syste­11m, nebot' zaprve nase zkusenosti ukazuji, ze naroky Ctenaru s rozdilnymi pfedbez­llymi znalostmi jsou rovnez rozdilne, a za druhe navzajem odlisna zapojeni teto knihy take vymezuji odlisne pozadavky na jejich realizaci . V uvahu pi'ipada vice systemu pro provadeni pokusu:

Merici snury s krokodylky

Jsou levne a pfesne tim, co potrebujeme k nejjednodussim pokusum, napf. mefe­l1i soucastek. Nekde jsme pomoci techto siiur realne zobrazili zpusob zapojeni ex­perimentu.

8 9

Nastrckova deska

Nastrckova deska je opati'ena radami otvoru, pod nimiz se naehazeji kontaktni pole, ktera soucastky drzi a zaroven navzajem propojuji vice otvoru. Soucastky, dr:ity atd . je zapotrebi pouze zasunout. Na takove desee je zapojeni ryehle sestave­no, desku je mozoo opakovane pouzivat a rovnez soucastky jsou pozdeji znovu pine pouzitelne. Pro slozita zapojeni vsak je tato deska pfilis mala.

Obi: J Nas/rckova deska, s/andardni deska Elek/or a bei nG deska s ras/rem otvoni

Desky s rastrem otvoru a standardni desky Elektor

Standardni desky Elektor, osvedcene desky s rastrem otvorU, ktere je moino ob­jednat v nakladatelstvi Elektor. Veskere desky s rastrem otvoru, tedy desky s mno­ha otvory a medenymi vodivymi dnihami , poskytuji vyhody skutecnyeh elektroniekyeh desek, a siee umoznuji prostorove uspomou, stabilni a radnou stav­bu zapojeni; na druM strane jsou variabilni a nejsou omezeny najedno jedine zapo­jeni. Samozfejme je nutno pred pajenim troehu naplanovat, kam jednotlive soucastky nejryhodneji umistit. U vseeh zapojeni , ktera nepatfi do kategorie "naprosto jedno­duehyeh" ,jsme vytvofili navrh rozlozeni soucastek, kteryukazuje,jak na standard­ni desee soucastky usporadat. Zajiste je mozno pouzit i jine desky s rastry otvoru.

Usporadani otvoru a medenyeh vodivyeh drah je velmi podobne, takze navrhy je 111Ozno snadno pfenaset. Je vsak pfitom zapotfebi jiz troehu premyslet, takie pro­sim bezhlave nepajejte.

A jeste k pajeni: Kdo jeste nikdy nepajel, najde v dodatku strucne zasveeeni do /.aehazeni s pajeckou a pajkou.

Desky

Nakonee jsme do knihy zafadili fadu skutecnyeh, pro praxi navrzenyeh zapojeni, ktera exemplame reprezentuji aplikaei optoelektroniky. Pro tato zapojeni uvadime vlastni navrhy desek (klise). Pomoci nieh si muzete desky sami vyrobit nebo si je dat vyrobit v nejake laboratori. Navody i ehemikalie pro fotoehemieky nebo ciste chemieky zpusob vyroby byste meli obdrzet ve speeializovanyeh obehodeeh.

Jezek

Exotiekou variantu realizaee ukazuje oblC 2: je to "jezek" . Tento a dalsi podobne pojmy poehazeji z laboratomiho zargonu, znamenaji volne pajeni ph vyvoji zapo­jeni. Nevypada zrovna vzorove, kdo si vsak mysli, ze se autor zblaznil, ten se myli: nejen mezi amaterskymi elektroniky, ale i v polo a zeela profesionalnich vyvojo­vyeh laboratofieh se tato metoda praktikuje a jeji obhajei tvrdi, ze takto funguji

( ) b lc 2 " Jeiek" - poca/ek mnoha zapojeni

10 11

zapojenf nejlepe. Fotografie mozna dokazuje, ze cast zapojenf v teto knize vznikla pnive z takoveho jeZka.

Merici pristroj

Viceucelovy meficf pristroj (Multimetr) je pro vetSinu pokusu nezbytny. Poza­davky na presnost nejsou vetsinou pfilis vysoke; kdo disponuje jen malym rozpoc­tem, vystaCi (pfijistem omezeni ohledne presnosti) s levnejsfm ruckovym pfistrojem. Vhodnejsi je vsak si porfdit lepsi pristroj , napf. kvalitnejsi ruckovy pnstroj nebo cislicovy voltmetr ve vyssi, shora neomezene cenove tffde. Pro jaky pfistroj se rozhodnete, zavisi pfirozene i na vasich osobnich ambicfch. Kdo si je jist, ze se pozdeji bude dale elektronikou zabyvat, mel by investovat do dobreho pristroje, ktery bude zcela j iste dfive nebo pozdej i potrebovat.

Napajeni

Pokusy a zapojeni jsou uspofadany tak, ze pracuji s napajecim napetfm 4,5 nebo 9 Y. Hodf se tedy jedna nebo dye do serie zapojene pioche baterie. Trvaly provoz s bateriemi je vsak natdadny, zejmena u obvodu s vysilaci svetia (kapitola 6 a 7), ktere spotfebovavajf dost proudu. Jako nejlevnejsi varianta se nabizi akumulatory, napf. nikl-kadmiove (NiCd), ktere jsou dnes cenove vYhodne. V tom pripade se pracuje se seriovym zapojenim ctyr (4,8 V), pfip. osmi (9 ,6 V) clanku. Bezpochyby je vsak pro napajeni nejvhodnejsi maly laboratornf zdroj napajeny ze site. Protoze vetSina zapojeni bude potfebovat napeti maxi maine 10 V a proudy pod I A, nejsou to nijak vysoke pozadavky. Presto vsak takovy sit'ovy pfistroj neco stoji. Take zde plati to , co jiz bylo feceno na tema meficfho pfistroje: trvale se neni mozno obejit bez dobreho sft'oveho pfistroje .

Soucastky

Kdo zna ostatni knihy teto fady nebo ere j ine knihy a casopisy 0 elektronice, ten jiz zna zpusob zapisu elektrickych hodnot soucastek. V nem pismeno oznacujicf desitkovou mocninu stoji na miste desetinne carky. Zapis vypada napfiklad takto:

4k7 ~ 4,7 kD IM5 ~ 1,5 MD 2p7 ~ 2,7 pF 8n2 ~ 8,2 nF

4/-17 ~ 4,7/-1F ale take:

33 k ~ 33 kD 22 /-1 ~ 22/-1F

Tento zpusob zapisu rna dva duvody: zaprve lepe zap ada do schemat, napt. do symbolu odporU, a za druhe odstraiiuje rozhodovani mezi desetinnou teckou a car­kou, coz je zejmena dulezite v literature, ktera rna mit mezinarodni platnost.

Pri vyberu a vyvoj i obvodu pro tuto knihu jsme dbali pfedevsim na to, aby byly pouzivany snadno dostupne soucastky. Neni to vzdy snadne, protoze nektere elek­lroopticke soucastky jsou nove a na trhu amaterske elektroniky se nestaCily jeste prosadit. Az na nekolik vyjimek, k nimz patff opticke polovodice fady SF a integro­vany obvod infracerveneho pfijfmace SL 486, jsou vsechny komponenty k dostani za pi'izn ive ceny v kazdem ponekud lepe zasobenem obchode s elektronikou. Vyse uvedene specialni soucastky si muzete objednat v odbornem zasilkovem obchode.

12 13

1. Diody LED Diody LED ucinily optoelektroniku popuhimi. "Light Emitting Diodes", tedy

male diody emitujici (vyzai'ujici) zelene, cervene nebo zlute sverlo, pusobi ovsem Ilcjen modeme, ale jsou i technicky snadno zvi<idnutelne, protoze to jsou temer Ilonnalni diody. Jejich schematicky symbol se odlisuje pouze dvema sipkami, ktere (lznacuji vysilane svetio.

h"! ()br. 1.1 V proudovem obl'odu s pevnym naperim potPebuje dioda LED pl'edfadny odpor

Na obl~ 1.1 je jiz jedna LED zapojena v jednoducMm obvodu se zdrojem napeti .'i Va predradnym odporem. Predradny odpor je nezbytny , protoze LED jsou zapo­jcny vzdy v propustnem smeru. Je-li pfepolovana do zavemeho smeru, netece ji zadny proud a tudiz nesviti (ale hroziji nebezpeci zniceni) . V propustnem smeru na III klesa napeti na 1,2-2,8 V podle barvy svetla a typu LED. Toto propustne napeti je tedy znacne vyssi nd u usmeri'lovacich diod (kfemikove diody: 0,7 V, germani­(lVe diody: 0,4 V) . Barva svetla zavisi na materialu polovodice a jeho zpracovani (dotovani) , nikoliv na barye umele hmoty, ve ktere je polovodic zalit}'.

'IL/b. 1.1

Barva .U D IV] Typ

Infracervena 1,2- 1,5 GaAs Cervemi 1,4-1,8 GaAsP Ziuta 2,0-2,5 GaAsP Zelena 2,0-2,8 GaP

Propustne napeti nekterych LED zavisi na materialu polovodice, pffp. barye svetla

Dale obI". 1.1 ukazuje, jak se pozna anoda (plus - kladny pol diody LED v pro­pustnem smeru; cerna sipka v symbolu) a katoda (minus - zapomy pol; tiusta cara), U slcutecne diody se katoda pozna podle zplosteleho krytu a kratsi nozky. Pro jisto­lu je lepe se na diodu pred zapajenim podivat proti svetlu; katoda se pozna podle ( irsiho talifku. Protoze propustne napeti je individualni velicinou kazdeho exem­

14

plMe LED, neni mozno LED napajet pevnym napajecim napetlm. I maly rozdil mezi napajecim a propustnym napetim by zcela diodu pretizil (napajeci napeti vetsi nez propustne) nebo by nestaeil k rozsvfceni (napajeci napeti mensi nez propustne). Proto se napajeci napeti vzdy voli vyssf a rozdil napeti se zachytf na predfadnem odporu. Tento odpor zarovdi urcuje proud, ktery diodou LED teee. Na tomto prou­du zase zav is! jas, kterym dioda svitI. Napr. dioda LED na able 1.1 rna pracovat ph 5 V s proudem 20 rnA. 20 rnA je jii dobra prumerna hodnota pro indikaeni LED, pri kterem jiz tyto sviti skuteene jasne. Pouzijeme-li cervenou LED, muzeme vy­chazet z propustneho napeti asi 1,6 V. Na predi'adnem odporu tedy mus! vzniknout ubytek napeti rovny rozdilu mezi napajecim napetim a napetim 1,6 V:

5 V ­ 1,6 V = 3,4 V.

Tento ubytek napeti bude vyvolan proudem LED - nasem pfipade pozadujeme 20 rnA. Pozadovanou hodnotu odporu vypoCteme podle Ohmova zakona:

3,4 V = 1700. 20 rnA

Ve schematu je uvedeno 180 0 , coz je nejblizsi hod nota v normovane fade . K vyzkouseni je mozno namisto zdroje napeti 5 V pouzit baterie 4,5 V.

Tento jednoduchy poeetnf priklad nazome ukazuje, jak jednoduse se obvody s diodami LED dimenzujf. Jiz bylo feeeno, ze proud diody LED je ureen pfedrad­nym odporem, ale neni to pfesne; propustne napeti ureuje napeti na odporu a tim proud v obvodu. (Krome toho hraje pi'irozene svou roli i napajeci napeti). Ruzna napeti a proudy diod LED ruznych barev budou zjist'ovany v nasledujicim pokusu.

Obvod odpovida abr. 1.1, pouze k diode LED je do serie pfipojen ampermetr a paralelne voltmetr. (Mate-Ii k dispozicijenjeden pfistroj, muzete mereni stridat). Do obvodu budete postupne vkladat cervenou, zlutou a zelenou LED. Podle vyse uvedeneho rozboru ocekavame, ze proud LED je tim mensi, eim vetsi je jeji pro­pustne napetf.

Rozdily v intenzite svetla vsak nemohou byt odvozovany z rUznosti proudu, ne­bot' rUzne polovodive materialy vykazuji rUzny zisk svetla (ueinnost) a za druhe lidske oko vnima ruzne barvy svetla s rUznou citlivostf.

Pfi navrhovani obvodu sLED je nutno pamatovat na par vecf. Diody LED je mozno zapojovat do serie, nikoliv vsak paralelne. Pfi seriovem zapojeni proteka vsemi diodami stejny proud, pficemz propustna napeti se seeitajf. Toto zapojeni se uplatni, maji-li by! LED pouzity k osvetlovacim ueelum, napf. k osvetleni stupnice. Svetelny zisk jedne LED je prece jen maly s vyjimkou specialnich diod LED s vysokou ucinnostf.

15

ruzne barvy

Obi: 1.2 Proud a napeti rLlznych diad LED

18

efekt Ize jasne pozorovat, kdyz se ti'i rUznobarevne diody z pokusneho obvodu na obi: 1.3 zapoji misto do serie paralelne. Napeti na diodilch se snlii na 4,5 V. Rozsvi­ti se jen cerveml LED, protoze jeji propustne napeti je podstatne nizsi nez u ostat­nieh . Jestlize cervenou LED vyradime, rozsviti se s nejvyssi pravdepodobnosti zeleml i zluta, avsak je na prvni pohled zfejmy rozdil v jasu zpusobeny rUzne velkymi proudy, ktere jimi protekaji. To je jiz dusledek rozptylu hodnotjednotlivyeh exem­plaru (castecne Ize potlacit zvetsenim pi'edfadneho odporu).

Rl

LED 1 -.:L eO

- .~.-.- ,zelenaI

Obl~ 1.5 V lomlo paralel111m zapojel1i se rozsvfti jen cervenG LED

Mereni charakteristik

Chceme-li pi'esne znat vztah napeti a proudu diody LED, musime zmerit jeji charakteristiku. To l1ilm umozni jednoduche pokusne zapojeni.

Jsou zapotfebi dva mei'ici pfistroje k mei'eni napeti a proudu. K valitnejsi pi'istroj se pouzije jako voltmetr zapojeny paralelne sLED. Mame-li k dispozici pouze jeden pfistroj, je nutno jej sti'idave pfepojovat na mereni proudu a napeti. Misto baterie a potenciometruje mozno take pouzit regulovatelny si1'ovy zdroj a pfedfadny odpor 100 Q. Potenciometr nebo sifory zdroj nastavujeme tak, abychom dostavali cele hod­noty proudu LED: 5 rnA - lOrnA ­ 20 mA ­ ... 50 rnA a pro kazdou z nich pfecteme

Teslovana LED I Napeti ~

:~

(rozsahy: 2 Vss. 5 Vss vysokoohmovY vstup)

-=­~

I (Rozsah : 50mAss)

Mehci obvod ke zjiSleni charakleriSlik diody LED

19

hodnotu napeti. Ziskane udaje preneseme do souiadnicove soustavy a body jednotli­vych mefeni spojime kfivkou. Kdyz do grafu zaneseme soubory namefenych hodnot od diod ruznych barev, vidime, ze se hodnoty rUzl1yeh typu v iadnem pffpade nepfe­kryvaji. Aby bylo mozno na grafu neeo rozeznat a eharakteristiky neutikaly daleko Ilahoru, je vodorovna osa roztazena, pficemi oblast 0-0,9 V je "pfeskocena". S takto scstavenym mericim obvodemje mozl1o prokazat i dalsijev: intenzita sviceni LED je primo umema proudu. K tomu potrebujeme osvitomer (expozimetr pouzivany ph lotografovani, casto zabudovany primo v kamefe nebo neco podobneho). Osvitomer se z co nejkratsi vzdalenosti zamefi pfimo na LED. Nejlepsi je zatemnit mistnost, aby sc pi'edeslo chybe mefeni zpusobene okolnim svetlem.

Zjist'uji se svetelne hodnoty (pfip. hodnoty clony nebo doby expozice na expozi­l11etru) pi'i rUznych hodnotach proudu. Proudy odjednoho mefeni k druhemu zdvoj­Il asobujeme. Tabulka s nasimi namefenymi hodnotami ukazuje, ie svetelna hodnota

5·T'------4r--~~

140

I "0 :::> J. e

CL

20

"

infraeer'vena

o y1.0 1.S 2C 2.5 J.O

Napeti (V) ------+

('Izaraklerisliky proud ­ napeli diod LED ruznych barev; ('ervena dioda je vysokmiCinnostn[ LED

~= Foto-osvitomer I

Mel'en[ sv[tivosti pOl1loci osvitomeru

Proud (rozsah: 50 mAss)

(/,,\~ -. l;? -'.,-' < ,~

20

se pri kazdem zdvojnasobeni proudu zvysi 0 jeden stupen. (Indikovane hodnoty clony nebo expozice se zvysuji/snizuji rovnez 0 jeden stupei'i). Jeden stupei'i svetel­ne hodnoty (clony, expozice) odpovida zdvojnasobeni name rene svitivosti - coz se melo prokazat.

Proud LED [mA] 5 10 20 40 Svetelna hodnota 5 678

Je vsak mozno zcela bez problemu paralelne spojit i nekolik seriovych zapojeni veetne pfedradnych odporu. Nabizi se to napr. jako varianta k seriovemu zapojeni osmi LED, kdyz nemame k dispozici napeti 24 V: je to paraleln[ spojeni dvou etve­ric seriove zapojenych diod LED a predradneho odporu pi'ipojene na 12 V.

Obr. 1.6 Spolerne s predradnym odp orem Ize diody nebo serie diod LED spojovat para/elne

Na rozdil od kfemikovych diod zav[raj [ se diody LED jen ve lmi spatne. Nejvyssi pfipustne zaverne napeti se pohybuje okolo 3-5 V. Je proto zadouci se vyhnout jejich provozovani v zavernem stavu. Ma-Ii LED pracovat se stfidavym napetim, zkratuji se pulvlny predstavujici zaverne napeti nejlepe antiparalelne zapojenou kfemikovou diodou.

Rl

1N4148

Obl~ 1. 7 Dioda LED phpojenri ke stfidavemu napeti: kfemikovri dioda zkratuje zriporne pulvlny

21

Aekoliv na vodive kfemikove diode zustava jeste 0,7 V, nemuze to zavrenou I,ED poskodit. Nezbytny predfadny odpor omezuje take propustny proud diody. I'omod druhe diody LED namisto kfemikove diody je moino vyuzit obe pulvlny k vyrobe svetla.

Obr. 1.8 Dve antiparalelne zapojene diody LED vyrribeji svetlo stNdave pl' i /wi de p!ilvlne

Diody LED maji enormne velkou zivotnost, podstatne delsi nez srovnatelne za­rnvky. Pracuje-Ii dioda LED se 40 % sveho maximalniho proudu, einijeji zivotnost asi I milion hodin, C02 je nepretrzite 114 let. Po teta dobe neni jeste v zadnem pi'ipade k nepotrebe, pouze jeji svetelny zisk je jiz jen polovieni. Zivotnost diody I ,ED zavisi velmi vyrazne na pracovnim proudu : eim vetsi je proud, tim vetsi vy­k~n se v n[ men[ na teplo a tim dflve je opotrebovana.

l 00~

r .. ~' r.: 090

""" Q)

:(0

~

80

10 I I I I 10' 101 103 10' ,oS

Definice: Zivolnosl =pokles vykonu na 50 % Cas [hod] -----+

( )hr. 1.9 Svetelny zisk diody LED casem pomalu klesri

Graf na obr. 1.9 ukazuje pokles svetelneho zisku pine zatizene diody LED. Ph lI1alem zatizeni klesa kfivka pomaleji. Proto je vhodne nastavit proud LED tak, aby ph dostateenem jasu byla zajistena pohdovana zivostnost.

22 23

Jinakje tomu pri takzvanem impulznim provozu, kdy LED nepracuje s konstant­nim stejnosmemym proudem, nybri s kratkymi proudovymi impulzy. Na ob/~ 1.10 je videt, ze zapojeni diody LED sice zustava stejne, ale hodnota predfadneho odpo­ru je podstatne mens!.

I~ ~::~~~~

Ob,: 1.10 Dioda LED v impu/znim provozll

Napajeci napeti (zde 5 V) je pfipojeno jen asi po ctvrtinu casu, proto muze proud LED cinit ctyfnasobek normalu, napr. 80 mA namisto 20 mA. Protoze se celkove ztratove teplo pfitom nezrysi, muze LED pracovat v tomto rezimu prakticky bez ujmy na zivotnosti. Je-Ji kmitocet impulzli dostatecne vysoky (vice nez asi 24 Hz), vnima lidske oko sviceni diody jako nepi'erusovane. Toho se vyuziva u takzvaneho multiplexniho rezimu (MUX) cislicorych displeju se znamymi hranarymi sedmiseg­mentorymi cislicemi. Kazdy segment vlastne tvoi'i jedna dioda LED. V multiplex­nim rezimu provozu se segmenty nebudi soucasne, nybri za seboujdoucimi, cyklicky se opakujicimi budicimi impulzy jednotlivych segmenru. Pokud je kmitocet multi­plexovani dostatecne vysoky, pozorovatel nepozna, ze ve skutecnosti sviti vzdy jen jeden segment. Teclmicky piinasi tato metoda zejmena u vicemistnych displeju ry­hody, 0 ktelych bude fee pozdeji. Cim kratSi je trvani impulzli, tim delsi je mezera mezi nimi a tim vyssi muze byt proud LED (presneji spickovy proud LED, nebot' stredni hodnota proudu se nezrysi). Tudiz i kmitocet impulzli nesmi byt prilis vyso­kY, aby se maly polovodic diody LED nadmeme nezahlival. Jake proudy jsou v za­vislosti na deice a kmitoctu impulzli pi'ipustne, ukazuje graf na obr. 1.11.

~ 10 §lD±lIElH1lE~t i'i--.i I "t~

fill I lili i I i

Ob,: 1.11 Proud impulzu (svis/G osa) Q~IIIIIIIII~111 v ZGvisloSli l1a deice impulzu (I; vodorovnG osa) a kmilocel 0,1 1! IIII rID

10'5 10-4 10-3 10"2 10-1 10° 10' impulzllf (jednotliwi khvky) _--+~I(S)

()pticke vlastnosti diod LED

Bezne se prodavaji jen cervene, zlute, zelene a infracervene (vysilajici neviditel­IIC zareni) diody LED. Modre LED se jiz dlouho zhotovuji v laboratomich podmin­k~'ICh, ale vyrobni metoda neni doposud zrala pro seriovou produkci. Diody LED isou stejne jako jine diody polovodici s prechodem PN, avsakjsou tvoreny slouce­Ilinami galia s fosforem, arsenem nebo jinymi prvky z pate skupiny periodicke ,';()ustavy chemickych prvku. Barva svetia zavisi na kombinaci techto prvku a doto­v~'ll1i (tj. procesu obohacovani dalsimi prvky k dosazeni pozadovanych vlastnosti polovodice - viz kniha I). Cervene a zlute LED jsou zalozeny na galiu, arsenu :1 losforu, zelene na galiu a fosforu, infracervene vetsinou na galiu a arsenu. Nasle­dujic1 tab. 1.2 prirazuje - podobne jako tab. 1.1 - jednotlive materialy k barvam svetla (resp. vlnorym delkam).

Materhll Vlnova delka [nanornetr = 10-9 rn) nrn

Barya Vyzarovany vykon [10-<i W]

IlW

Ucinnost I

0/0

( iaAs:Si ( iaAs:Zn ( ,aP {,aAsP (JaP (JaP

950 900 690 660 590 565

-

IR IR cervena cervena zluta zelena

400 50 180 15 4 8

-

4,00 0,50 1,00 0,10 0,02 0,04

'Iitb.1.2 Barvya vlnove dlilky v ZGvislosti na maleri6lu polovodice (za dvojteekou: dOlov6ni)

V optoelektronice neni barva svetia otazkou vkusu, nybri je posuzovana z tech­Ilickeho a fyziologickeho hlediska. Lidske oko je nejcitJivejsi na zelene svetlo. Pro­In je jako jasnejsi vnimano zelene svetio nez napr. svetlo cervene 0 stejne fyzikalni IIltenzite. Barevna citlivost oka je znazomena na obr. 1.12 (carkovane).

Diagram krome loho ukazuje rozdeleni (distribuce) intenzity ruznych diod LED Ii zavislosti na vlnove deice, tzn. s jakym jasem je ktera barva pfislusnou diodou Ilrodukovana. (Vlnova delka svetlaje fyzikalnim vyjadfenim barvy: cervene svetlo rna se svymi 600-750 nm nejdelsi vlnove delky, zlute a zelene svetlo obsazuje ve spektru stredni vlnove delky 500-600 nm a modre a fialove svetlo pak ty nejkratSi 170-500 nm. Delka vlny lidskym okem neviditelneho infracerveneho svetlaje del­~i nei 750 nm). Na grafu je videt, ze prubeh distribucni ki'ivky zelenych LED se shoduje se spektralni citlivost! oka nejvice. Ziute a jeste vice cervene svetlo je vni­

24 25 100 ,, \

\,, \,, \,r , \,, ,~ ,, \,15

0 I ,0.. , ,Oko'50 \ , Gap· \ GaAs

, , Zelena\,,, \

I I

I I

I

,,/" 400 500 600 700 800 900 1000

Delka vlny (nm)

Obr. 1.12 Spektralni citlivost oka a spektra/ni rozdiJ/eni intenzity svef/a niznych diod LED

millo podstatne slabeji, protoze jej ich distribueni kfivky intenzity emitovaneho svetla se s kfivkou citlivosti oka kryji jen easteene (jsou vuei sobe posunuty). V praxi se tyto silne rozdily opet easteene vyrovnavaji, protoze napf. eervene LED vykazuji podstatne vyssi ueinnost, tzn. ze ph stejnem elektrickem vstupnim vykonu zari s vyssi intenzitou. Tab. 1.2 ukazuje, ze infraeervene LED pracuji velmi efektivne, avsak jejich svetlo je pro nas neviditelne. (To, co u tzv. infraeervenych lampieek muzeme videt, je zbytek viditelneho eerveneho svetla). Infraeervene LED se hodi zejmena pro dalkove ovbidani.

Ob,~ 1.13 VyzQl'ovaci charakferisfikaje urcena /varem a umelou hmofou pouzdra

Ostatne intenzita svetia diody LED je umema proudu, dvojnasobny proud zna­I !lena dvojnasobnou intenzitu svetla atd. Tato lineami zavislost umoznuje analogo­v\; svetelny prenos, ale vice 0 tom pozdeji.

V neposledni fade se LED rozlisuji podle sii'ky sveho svetelneho kuzele. Bezne prodavane LED s vaIcovym, vpfedu do polokoule zakulacenym pouzdrem z eire Ilebo matne umele hmoty maji relativne sirokou vyzafovaci charakteristiku. Para­holicky tvarovana pouzdra emituji uzsi svazek paprsku a k ziskani smeroveho pa­Ilrsku se na eelni stranu pouzdra montuje eoeka.

.Iak vznika svetio diody LED?

K tomu si musime trochu pfipomenout, co se deje uvnitf krystalu polovodiee.

~ '" 0 i 0 0 0 ~ 0 I

0 1000 "'---' o <!l 0'0 0

o 0 0 I 0 eV pFechodove oblasti polovodice nellfra­lizllji volne naboje a vytva,'eji izolacni ~ l'J'stvll ....,...

VetSina polovodieovych soueastek se sklada ze dvou nebo vice komponenru, klere byly ziskany ze stejneho zakladnfho materialu (napf. kfemiku, gellllania nebo ;1I'senidu gaIia) rUznym dotovanim (cilenym pi'imichanim cizich atomu). Mluvime pak 0 krystalech typu P nebo N. Polovodivy pi'echod (dioda) vznika, kdyz se dosta­IIC do kontaktu krystal typu N s krystalem typu P. V obou krystalech jsou volne llosiee naboje: v oblasti N se nachazejijen lehce vazane elektrony (zapome naboje, proto N) a v oblasti P volna mista (diry) pro elektrony, ktera se rovnez mohou pohybovat, a proto je mozno povazovat je za pohyblive kladne naboje. V oblasti prechodu obsazuji volne elektrony z oblasti N volne diry v oblasti P, takze tamjiz /cldne volne nosiee naboje nezbudou a vznika hradlova vrstva.

Phlozime-li napeti v "propustnem smeru", tedy plus na P a minus na N, "natlaei se" do pfechodove oblasti dalsi naboje. Dojde v ni k opakovanemu vyrovnavani lI<:\boju: volne elektrony obsazuji volne dfry nebojinak reeeno zapome naboje neut­laIizuji kladne.

Ph takovem vyrovnav{ll1i naboju - v odbornem jazyce rekombinaci - zustava male mnozstvi energie volne. NOllllalne tato energie opousti polovodie ve forme Icpla. Teplo je z fyzikalniho hlediska dlouhovlnne elektromagneticke zaren!.

Vhodnym dotovanim je mozno dosahnout toho, aby se ph rekombinaci uvolnilo Irochu kratkovlnneho zareni, tedy svetla. Takto dotovany polovodieovy pfechod je vlastne dioda LED. Tento rekombinaeni proces probiha nepfetrzite, protoze napet'o­

26 N

0 <1) ie e e• 0 I ~ 0 I €I 0 0 I>-=---<

o 0 0 10 0

Phloienrm napeti V propustnem smeru dojde V oblasli pl'echodu k opakovane rekombil1Gci 110­boju NaP; lim pl~es pFechod zacne prolekal proud

0°0 1 0 0 ' " ,

vy zdroj stale dodava elektrony do krystalu N a odebira je z krystalu P. Vysledkem je trvaly svit LED, pokud prochazi proud. Tento model objasnuje dalsi dye skutecnosti: zaprve, ze barva svetla diody LED zavisi na zakladnim materialu a dotovani. V nem pak existuje prakticky jen jedina barva svet!a, protoze rekombinacni dej (ph kterem vznika svetlo) je vzdy stejny, a proto pokazde uvoliluje stejne kvantum energie. Na tomto energetickem kvantu zavisi barva svetla (pi'esneji vlnova delka). Za druhe je jasne, proc je intenzita svetia diody LED umema proudu. eim vetSi proud tece, tim vice elektronu se rekombinuje a tim casteji se uvolnuje zminene kvantum energie. Tok energie roste, Coz odpovida rostoucimu svetelnemu toku.

Shrnuti

.:. Svetlo diody LED je projevem uvolnovani energie pri urcite rekombinaci v polovodicovem prechodu diody LED .

•:. V proudovem obvodu s pevnym napetim vyzaduje dioda LED pi'edfadny od­por.

.:. V propustnem smeru dochazi na diode LED k ubytku napeti 1,2-2,8 V v za­vislosti na barye svetla a typu LED.

•:. Diody LED je mozno spojovat seriove, nikoliv vsak paralelne. .:. Nejvyssi pfipustne zaveme napeti se pohybuje mezi 3- 5 V. Provozu v zaver­

nem smeru je zahodno se vyhnout. .:. Svetelny zisk diody LED behem provozu pomalu klesa . • :. V impulznim provozu muze LED pracovat s vyssimi spickovymi proudy.

27

2" Zapojeni s diodami LED Zapojeni s diodami LED jsou, jak jiz bylo pfedvedeno, mimofadne jednoducha.

.Ie zapotfebi pouze zajistit, aby byl omezen proud a aby se dioda pokud mozno ;.ledostala do zavemeho stavu, tedy aby se neobratila polarita.

Tyto dva pozadavky urcuji take naroky na soucastky nasledujici testovaci zastrc­ky do zasuvky pro automobi lovy pi'ives u auta s taznym zai'izenim, na ktere je demonstrovano dimenzovanf. Tato zasuvka napaji elektrickym proudem brzdova, koncova a smerova svetia a rovnez osvetleni poznavaci znacky pfipojeneJlO pfive­suo DelSi kabe! spojuje zapojeni se sedmipolovou zastrckou, takze pfipojovaci za­suvku je mozno testovat z mista i'idice.

Mezi kazdym ze sesti proudovych kontaktu a zapomym kontaktem 3l (minus) se l1achazi stejne zapojeni: dioda LED, predradny odpor, ktery nastavuje proud dio­dou LED na 30 rnA a kfemikova (Si) dioda IN4l48. Kdyby napf. pri chybe kabe­laze byl zaporny vodic (minus) zamenen s jinym vodicem, mohlo by se na pfislusnou LED dostat 12 V v zavemem smeru. Tomu zabranuje v serii zapojena kfemikova dioda. Vyjimecne zde neni zapojena antiparalelne , aby se ph chybe v kabelazi za­lI1ezilo vzniku zpetneho proudu pres antiparalelni diodu. Pi'i pi'epolovani do zaver­l1eho smeru dojde mezi LED a diodou Si k rozdeleni napeti l2 V, pi'icemz dioda Si diky svemu podstatne vyssimu zavememu odporu pfevezme pi'evaznou cast napeti <I tim chnini diodu LED. Protoze v tomto zapojeni na diode LED pi'ecejen zustane cast zavemeho napeti, dava se obecne pfednost antiparalelnimu zapojeni.

Obr. 2. 1

D1 02 03

'l ~ ~ 04

~ o~ /'

D6

'l

r--I­ - --I----I----I--- 1----1-- -1---' I

vvwwwvw l I 58L 58R L R 54 549 31 I •L ____ _____ ____ ___________ .J

01 ... 06 = LED cervena 07 ... 012 = 1N4148 R 1 ... R6 = 390 !1 (viz text)

TOIO tesrovacf zapojeni pro ZOSUVJ..7A phvesu obsahuje pfedFadne odpory a ochranne diody

28

Pro zal'izeni s napajenim 6 nebo 24 V musi byt predi'adne odpory pfislusne zmen­seny nebo zvetSeny. Pridavna krokosvorka je urcena pro zarizeni, ktera nepi'ivadeji minus pres kontakt 31, nybrz pres kovovy kryt zastrcky a zasuvky. Odpory a polo­vodice se jednoduse zapajeji do male desticky s rastrem otvoru. K popisu vyznamu jednotlivych LED je mozno pouzit pfifazeni svorek a funkci z tab. 2. J.

Oznaceni Funkce kontaktu

DIN 58L 58R L R 54 54g 31

Tab. 2.1

549 -­

54 ­58L-­

31 ---­

R ­58R ----

Oble 2.2

Leve koncove svetlo Prave koncove svetlo , osvetleni poznavaci znacky Leve smerove svetlo Prave smerove svetlo Brzdova svetla Magneticky ventil pro parkovaci brzdu nebo osvetleni privesu Kostra

Funkce jednotlivych kontaktti

58l

K osazeni normalizovane zaSlrC/cy. Je prakticke zastrcku a desticku umistit oddelene a spojit je doslateene dlouhym kabe/em

29

Obr. 2.2 (pokracovani)

I~izeni diod LED

Ph pouziti LED jako displeje signalu je jen zridkakdy k dispozici vhodny prou­dovy signal 0 intenzite nekolika desitek mAo Obvykle je nutno pred LED vradit maly budici obvod. Takove zapojeni je znazorneno na obi: 2.3.

EQ BCS47 nebo jiny

Obr. 2.3 Buzeni diody LED tranzistorem se spoleenym emitorem

V jiz znamych obvodech sLED je navic zarazen tranzistor NPN. Je zavreny, pokud na vstupu zapojeni neni zadne napeti. Ph napeti vyssim nez asi 0,8 V zacina I ,ED svitit, nebot' vstupni napetije jiz vyssi nez propustne napeti baze-emitor a tece proud do baze. Po zesileni tranzistorem vznika proud emitor-kolektor tekouci /. napet'oveho zdroje pres diodu LED. Tento proud diodou je ph vstupnim napeti 0,8 V jeste dosti maly, ale asi ph 1,3 V dosahuje sveho maxima, ktere je urceno (ldporem R 1. Ph vypoctu proudu LED se musi pouzit na zacatku objasnene vzorce, pfitom vsak je nutno zakalkulovat i ilbytek napeti na tranzistoru cinici asi 0,4 V. .It:ste vyssi vstupni napeti ziistavaji bez ucinku. Konkretne: pri napajecim napeti <) Va cervene LED (1,6 V) dochazi na LED a tranzistoru k ubytku asi 2 V. Na odpor pak zbYvaji asi 3 V, coz dava proud asi 17 mAo Vstupni napeti ridi proud LED

30

pouze v rozsahu asi 0,6-1,3 V. Ma-Ii se tento rozsah jeste zmensit, napi'. kdyz je nutno LED bez pfechodu zapinat a vypinat, zmensi se odpor R2. Pak dioda LED dosahuje sveho maximalniho jasu jiz pri mensim vstupnim napeti. Avsak tece vetsi vstupni proud, kdyz vstupni napeti prekroei napeti poti'ebne k plnemu jasu LED. Naproti tomu vyssi vstupni odpor zvysuje prah mezi uplnym zapnutim a vypnutim diody LED, zato je vstup vysokoohmickY.

E ~-lk-:O R2

~----BC547 nebo jiny

R1

Obr 2.4 KolektoroVii zapojeni dovoluje Ndit proud LED

Chceme-Ii proud LED nejen zapinat a vypinat, nybrZ plynule i'idit, je lepsi zapo­jeni z ob/~ 2.4.

Protoze napeti mezi bazi a emitorem tranzistoru v otevrenem stavu je trvale asi 0,7 V, je napeti na odporu Rl, vzdy rovno vstupnimu napeti minus tech to 0,7 V. Napeti na odporu RI je tedy fizeno vstupnim napetim. To plati i pro proud tekouci timto odporem, nebot' ten musi podle Ohmova zakona sledovat napeti. Proud od­porem Rl je vsak zaroven proudem tekoucim tranzistorem a tim i diodou LED. Zaver: vstupni napeti ridi proud LED, tedy ijejijas. Vstupni napeti nesmi byt nizsi nd 0,7 V - jinak se zavfe dioda baze-emitor - ani vyssi nez napajeci napeti minus propustne napeti diody LED, v nasem pfikladu tedy asi 3 V. Pak by totiz bazove napeti bylo vyssi nd kolektorove napeti a netekl by zadny kolektorovy proud. Aby se takovemu vymizeni proudu LED zabranilo, zafazuje se do bazoveho pfivodu odpor. Pak zapojeni snese vstupni napet, rovnajici se napajecimu napeti a dokonce i trochu vyssi.

Obmenou dvou odporU a diody LED se daji sestavit dalsi zapojeni sjinymi vlast­nostmi. Uspofadani na ob/~ 2.5 se podoba zapojeni z ob/~ 2.3.

Principialne funguji obe zapojeni stejne, avsak prah zapnuti lezi v ob/~ 2.5 znaene vyse. Teprve kdyz je vstupni napeti vyssi nez prahove napeti rovnajici se souetu napeti pfechodu baze-emitor a napeti na LED, tedy u zlute svitici LED pi'esne 3 V, tranzistor diodu LED zapne. Take u tohoto zapojeni je pfechod mezi zapnutim a vypnutim maly, takze je vhodne jako spinae.

U kolektoroveho zapojeni z obr. 2.4 je rovnez mozno zapojit diodu LED do emi­toroveho obvodu.

EQ

()In~ 2.5

BC547 nebo jiny

Je-Ii LED zapojena v emitoro­vem obvodu, zvysuje se prahove naper! vybuzeni

EO

Ob/~ 2.6

31

BC547 nebo jiny

Take zde leii prah zapnulf ryse nei u jednoducheho kolektoroveho zapojenf

Prah zapnuti v ob/~ 2. 61di rovnez 0 prahove napeti LED vyse, v pfikladu se zlutou I,ED to tedy je take asi 3 V. Jestlize vstupni napeti ten to prah pfekroei, fidi proud LED opet spojite. V tomto uspoi'adani muze vstupni naperi dosahnout hodnoty napajeciho napeti i bez bazoveho pfedfadneho odporu, avsak nesmi je pi'ekrocit.

V nasledujicim zapojeni na obr. 2.7 je funkce pfesne opacmi: neni-li na vstupu ;radne napeti, dioda LED sviti, pfekroCi-1i vstupni napeti hodnotu 0,6 V, zhasne. V prvnim pfipade neteee mezi kolektorem a emitorem tranzistoru zadny proud, je lcdy mozno si jej "odmyslet", a zUstava pouze LED s pfedfadnym odporem Rl. .lcstlize naopak vstupni signal stoupne, teee proud tranzistorem. Do j iste miry tento Iranzistor pi'evezme proud dosud tekouci diodou LED a ta zhasne. A zhasne uplne, Ilcbot' napeti kolektor-emitor zcela otevfeneho tranzistoruje vyrazne nizsi nez pra­hove napeti LED, ktere je nejmene 1,6 V (cervena LED).

EO

()/ne 2.7 Timlo emitorovym zapojenfm se LED vypinQ

Podobne jako emitorove zapojeni z ob/~ 2.3 vykazuje toto zapojeni vyraznou spinacilvypinaci charakteristiku. Pfechod se da menit odporem R2, jak jiz bylo objasneno.

Zkombinujeme-Ii zapojeni z obr. 2.6 a obr. 2.7, dostaneme pfepinac diod LED.

32

EO

Obr. 2.8 Kombinaci zapojeni z obI: 2.6 a obI: 2.7 je moino prep[nat dye LED

Bez vstupniho napeti sviti LED2, jak bylo popsano, se vstupnim napetim zhasne a rozsviti se LED1, protoze proud zacne protekat tranzistorem. Na kolektoru tran­zistoru je nyni soueet prahoveho napeti LED1 , zde asi 1,6 V, a napeti kolektor­emitor 0,4 V. Soucet cini asi 2 V a moh! by i stacit, aby LED2 slabe svitila. Aby se tomu zabranilo, zapoji se do serie s LED2 ki'emikova dioda. Pak touto vetvi zapo­jeni tece proud teprve tehdy, je-li prekroeen soueet prahoveho napeti LED a spina­ciho napetl diody Si, tedy u zelene LED asi 3 V. Zameni-Ii se v tomto zapojeni LED diodou jine barvy, musi se pi'ipadne do serie s LED2 pi'idat jeste jedna nebo dye dalsi ki'emikove diody (nebo staci dye eervene LED v serii).

Logicke obvody s diodami LED

Dosud uvedena zapojeni mohou byt vybavena i vice vstupy. Obr. 2.9 ukazuje kolektorove zapojeni se dvema vstupy.

Obr. 2.9

E10 02 I

E200-*~i I

_J

01,02, ... = 1N414B

BC547 nebo jiny

Tato varianta kolektoroveho zapojeni realizuje funkci logickeho souCinu (AND)

33

Jsou-li oba vstupy nepi'ipojeny (napnlzdno), zajist'uje odpor R2 dostatecny bazo­vy proud a LED sviti. Totez plati, je-li na obou vstupech napeti vyssi nd asi 3 V (cervena LED: asi 2,2 V). Pak jsou obe diody D1 a D2 polarizovany v zavernem smeru a vstupy do jiste miry odpojeny. Prilozi-li se jeden nebo oba vstupy pol minus (zem) , netece jiz proud z odporu R2 do baze, nybrz k minus polu. Proto L:mitorovy proud zmizi a LED zhasne. Vylouei-li se bezvyznamny stay, kdy oba vstupy jsou nepripojeny, da se funkce tohoto zapojeni shrnout misledovne: dioda I ~ED sviti pouze tehdy, je-li na E1 i E2 zaporne napeti.

FunkceAND byla jiz podrobne popsana v knize 3 teto i'ady, protoze je to jedna ze f.akladnich operaci realizovanych technikou logickych obvodu. Logickymi (nebo Cislicovymi, digitalnimi) obvody se rozumi zapojeni, v nichz se vyskytuji jen dye napeti, nejcasteji 0 V a 5 V. (Tyto dye napet'ove urovne reprezentuji cisia nula <I jedna, pomoci nichz je mozno poeitat a vyvozovat logicke zavery, coz je napi'. Ilodstatou Cislicovych poeitacu).

V cislicove technice se sotva uplatni zapojeni z ob/~ 2.9, protoze se v ni dnes Ilouzivaji jiz hotove integrovane obvody obsahujici vsechny tyto logicke obvody (nap!'. hradla) . Uvedenou logickou funkci AND by bylo mozno realizovat nap!'. hradlem AND integrovaneho obvodu 7408.

+15V

E10

E20

Obr. 2.10 Beine doslupnymi hradly realizovanymi v techno!ogii TTL je lake moino pN­mo budi! diody LED

Pi'i pouziti takzvanych hrade! TTL je mozno diodu LED pfipojit primo na vy­slup, protoze interni odpor (znazorneny carkovane, neni soueasti symbolu hradla) sc postara 0 omezen! proudu. Krome toho je mozno stejnou funkci realizovat i easteji pouzivanym zapojenim podle Ob7~ 2.11 s hradlem NAND, napi'. z integrovaneho nbvodu 7400.

E10

E20 Ohr. 2.11 Phpojime-li LED na plus, musE se zapojit i predradny odpor

34

Integrovany obvod pfipojuje vystup pomoci interniho tranzistoru na minus . Pro­to je zde nezbytny predi'adny odpor. Vyhoda spociva v tom, ze se zahriva externi odpor a ne interni odpor integrovaneho obvodu. Protoze funkce LED v tomto zapo­jenije obnicena - sviti, kdyz na vystupu neni zadne napeti - byl pouzit logicky clen NAND namisto AND. Tento clen na sVlij vystup pfivadi jiz obracenou (inverzni) logickou funkci, ktera se rusi s obracenou funkci zapojeni LED. Rodina Cislico­vych integrovanych obvodu TTL obsahuje nekolik specialnich typu pro buzeni diod (a displeju) LED.

Tester zarovek a pojistek

Ob/~ 2.12 Leva ruka se dotjkti posfral1niho konfakfu fesferll, prava pouzdra zkousene pojisfky

Po predstaveni rady budicich obvodu pro diody LED nebo Ii budicu, ktere je mozno pouzit jako samostatne jednotky v jinych zapojenkh, uvedeme j este jedno uplne za­pojeni. Odstraiiuje stary problem: testujeme-Ii zarovku nebo pojistku, zda neni preru­sena, musime drZet mefici hroty, me[ici pfistroj a mereny objekt, k cemuz bychom potrebovali nejmene tri ruce. Zde predstavovany testovaci pristroj se obsluhuje dve­ma rukama, nebot' nema zadne testovaci snury, nybrz dye kontaktni plosky. Testova­ny objekt se nevklada mezi tyto plosky, coz u malych zarovieek neni snadne, ale staei sejednim zjeho kontakm dotknoutj edne plosky. Obvod se uzavira pres ruce testuji­ciho: v jedne ruce ddi krabieku pfistroje tak, ze se dotYka druhe kontaktni plosky, v druhe ruce pak testovany objekt tak, aby se dotYkal jeho druheho kontaktu.

35

Pfitom odporem kuze (povrchu tela) teee nepatrny, zcela neskodny proud. Zapo­jeni testeruje obzvlast' citlivy budici obvod, ktery reaguje na tyto nepatrne proudy.

,,

DRV 1__ ­

()b /~ 2.13 Zapojeni fes feru je modijikovGne emiforove zapojenl

Zakladem zapojeni na obl~ 2. J3 je kolektorove zapojeni z obl~ 2.5. Bazovy proud tranzistoru T2 je dodivan dalsim tranzistorovym stupnem s Tl. V Tl normalne Ileteee zadny bazory proud, nebot' bazeje pres odpory Rl a R2 pripojena na minus pol. R2 je vsak podstatne vetsi, talde nepatrny proud velmi velkym odporem Ryje iiz bazovym proudem tranzistoru Tl. Odporem Ryje zde odpor povrchu tela mezi llbema rukama. Tento proud je tranzistorem Tl zesi len a co by emitorovy proud Tl Ieee do baze tranzistoru T2 . Diky zesileni Tl staCi k otevreni T2.

Obi: 2.14 Soucaslky pOfFebujf jen kousek sfandardni desficky

K postaveni zapojeni staei kousek destieky s rastrem otvOrl!. Na obi: 2. J4 je mozne lIspofadani soueastek. Obe kontaktni plosky testeru se zhotovi ze zbytku (1 x 1 cm) plosnych spoju. Povrchovou medenou vrstvu je vhodne pocinovat, aby se zabran i­10 jeji korozi.

Oiody LED u zdroju konstantniho proudu

Teoreticky je mozno LED pfipojit primo na zdroj napeti. Ten pak musi vytvaret presne propustne napeti diody LED. Male zmeny napajeciho napeti nebo teplotne

36

zavish~ho propustneho napeti diody LED by vsak vedlo k prudkemu vzestupu nebo poklesu proudu tekouciho touto diodou . Pfedfadny odpor, ktery rna zabranit temto prudkym vykyvum proudu, tedy ma proudove stabilizujici funkci. Pfi velkych zmenach napaj eciho napeti ovsem kolisa i proud diodou a tim i intenzita jejiho svetla. Tomuje mozno zabranit elektronickym zdrojem proudu.

BC547 nebo jiny

1N4148

1N4148

Obi: 2. 15 Diky zdroji konstantniho proudu s tranzistorem TI muie LED pracovat ve vell71 i sirokem rozsahu napajecfho napeti

Konstantni proud tece jak diodou LED, tak take emitororym odporem R I. Na nem musi by-t podle Ohmova zakona konstantni napeti. Ye skutecnosti tranzistor stabilizu­je napeti na R 1, tim nepfimo i proud . Na bazi vladne stabilni napeti asi 1,2 Y, protoze prahova napeti obou diod D I a D2 jsou konstantni. Na diode baze-emitor dochazi k ubytku asi 0,6 Y, rovnez stabilnimu, takze na odpor zbyva stabilnich 0,6 V. Proto je i proud odporem R I, tedy tranzistorem i diodou LED rovnez konstantni.

YeliCiny v tomto jednoduchem zapojeni sice naprosto konstantni nejsou, ale je­jich zavislost na napajecim napeti je skutecne nepatma. Proud diodou LED se da pomoci Rl vypocitat pod Ie vzorce

1= 0,6 Y RI '

k vypoctu potfebneho odporu ph pozadovanem proudu LED tento vzorec prevede­me na tvar

RI = 0,6 Y I

(R v n, I v amperech). Seriove zapojeni diod DI a D2 je momo nahradit diodou LED. Jeji prahove

napeti 1,6 Y (cervena) je sice 0 neco vetSi, coz ale muzeme vykompenzovat zvyse­nim hodnoty odporu R I.

37

Odpor R2 je dimenzovan na mens! hodnotu , takZe LED2 take trochu sviti. Jeji jas vsak zavisi na napajecim napeti, zatimco LED I sviti stale stejne.

Existujijednoducha zapojeni proudovych zdroju, asi nejjednodussi z nich ukazu­je obr 2.17: je to pouze jeden unipolami tranzistor FET.

BC547 nebo jiny

LED 2

Obi: 2. 16 K ziskani konstantniho napeti je moino pouiit i diodu LED

Obi: 2. 18 Charakteristika FET

<­.§. .9

r

5 .. . 15 V

LED 1 cervena

zelena zlula

Obi: 2. 17 FETjako zdroj konstantni­ho proudu pro diodu LED

BF245C

UOS = 15V

vJ = 25°C 20 i .........

10

Up ·5 -2,5 0

---.. UGS (V)

38

Ob/~ 2.19 Nas!avitelny zdroj kOl1ston!niho proudu s !ronzis!orem FET

5 ... 15 V

Funkci tohoto zapojenije mozno si objasnit podle charakteristik tranzistoru FET. ObIC 2. / 8 ukazuje vztah mezi proudem source-drain (viz kniha 1) a napetim gate­source u FETu: Cim se napeti hradla (gate) dostane nize do zapornych hodnot, tim mensi proud odteka kolektorem (drain).

V nasem zapojeni j e napeti hradla nula, nebot' gate a source j sou spojeny. Proud se da odecist v pruseCiku kfivky se svislou osou soufadnic, zde je to asi 17 rnA. Nevyhodou tohoto zapojenije, ze tento prusecik zavisi na typu a konkretnim exem­plari FETu. Potiebujeme-Ii urcity proud, musime vhodny FET vybrat testerem z vetsiho poctu FET.

Misto toho muzeme do obvodu zafadit potenciometricky trimr. Ten zajist'uj e, ze naped hradla (gate) bude podle nastaveni potenciometru vice c i mene niiSi nez napeti emitoru (source). Tim pracovni bod "klouze" po charakteristice vice ci mene dolu. Trimrem se tedy da nastavit proud LED . V grafu je odpor potenciometru znazornenjako pfimka vychazejici z nuloveho bodu,jejiz sklon zavisi na nastaveni potenciometru. Prusecik kfivky (charakteristiky) s primkou aktualni hodnoty po­tenciometruj e pracovni bod urcujici proud diodou LED .

Shrnuti

.:. V obvodech sLED je nutno se postarat 0 omezeni proudu diodou LED. • :. Tranzistorem v emitorovem zapojeni j e mozno zapinat a vypinat diodu LED. .:. Kolektorove zapojeni tranzistoru dovoluje fidit proud LED a tim i j eji jas. • :. Je mozno diody LED ovladat primo logickymi cleny (napr. fady 74xx), lepsi

je ale pouzit specialni integrovane budice nebo integrovane obvody s budicim vystupem .

• :. K pfizpusobeni LED menicimu se napajecimu napeti slouzi obvod zdroje proudu.

39

3. Fotodiody a fototranzistory Fotocitlive polovodice dnes pati'i k nejpouzivanej sim cidlum svetla. Oproti vetsi­

11 6 jinych svetlocitlivych soucastek maji ve lmi kratkou dobu nabehu a poklesu. I:otodiody svym principem spocivaji na prechodu PN stejne jako normalni diody. Illokuji nebo vedou proud - podle polarity prilozeneho napeti , avsak jen ve tme, l1ebo!' polovodic a pouzdro jsou konstruovany tak, ze vnejsi svetlo se muze dostat do hradlove vrstvy mezi oblasti PaN. V ni ma dopad svetla dva ucinky: nachazi-li se fotodioda v zavrenem stavu (plus na katode N a minus na anode P), zavisi zaver­11)' proud na intenzite svet la. Vlastne by diodou v zavernem smeru nemel protekat vubec zadny proud, ale ve skutecnosti ji presto tecou nepatme proudy, ktere se Il ormaine zanedbilvaji. U fotodiody roste tento zilvemy proud s pfibyvajici intenzi­lou osvetleni a muze proto slouzit jako merena velicina. Pro zavemy rezim pnice je vzdy zapotrebi zaporne predpeti.

Jestlize naproti tomu nepfilozime na diodu zadne predpeti, chova se pri osviceni jako zdroj proudu (pfesneji: jako menic energie, ktery meni energii svetla na elek­Irickou energii). Tuto energii, i kdyz nepatmou, je mozno (co by napeti) nap!". pou­;l it k buzeni meficich zesilovacu. Casto se ten to druh provozu nazYva chod naprazdno, lI ebot' bez zatizeni j sou zmeny napeti vyvo lane zmenami osviceni maximalni. Na­proti tomu se prace v zavemem stavu take nazyva chod nakratko . Tento zkrat je vsak mozny jen teoreticky. V praxi neni mozno nechat diodu pracovat ani absolut­li e naprazdno (bez zateze), ani absolutne nakratko (ve zkratu), nybrz je vzdy zapo­jena do nej aketlO obvodu s velmi vysokym, nebo velmi nizkym vstupnim odporem.

Pro objasneni techto rozdilnych funkcnich principu je na Oble 3.1 zobrazeno, j ak sc obe konfigurace pfipoji k zesilovacimu stupni.

()br 3.1

a)

1 z<lverny proud

- ---< • b) zesilovac proudu

'O<""fOd;'¢--o• proud dioctoul b

Fotodioda v chodu nakratko (a) a v chodu naprtizdno (b)

40

Na obr. 3.1aje schema konfigurace naknitko. Seriove zapojeni s fotodiodou po­larizovanou v zavernem smeru a odporem leii mezi obema poly napet'oveho zdro­je. Proud v tomto seriovem zapojeni zavisi na osviceni fotodiody ("idealni" zesilovaei stupen neodebira zadny proud). Tento proud vyvolava ubytek napeti na odporu. Tento ubytek, ktery tedy rovnez zavisi na osviceni diody, zesilovae zesili.

Na obr 3.1b pusobi fotodioda jako zdroj napeti, ktere vyvolava proud prochaze­jici vstupnim obvodem zesilovaee (zde se na rozdil od konfigurace lajedna 0 zesi­lovae proudu). Tento proud se co by mira osviceni zesiluje.

V minulosti se v pfipadech, kdy fotodioda (drive selenova namisto dnesni kfemi­kove) pracovala naprazdno, mluvilo 0 fotoelementu.

Obrat'me se nyni k fotodiodam v praxi. Ob'e 3.2 ukazuje oba pracovni rezimy na charakteristikach diod (proud diody ve vztahu k napett). Horni kfivka (Id) je klasic­ka zaverna charakteristika, ktera charakterizuje naprostou tmu kolem diody. Jestii­ze se intenzita svetia B postupne zvysuje, charakteristika klesa. Plocha cast ki'ivky v levem dolnim kvadrantu se posunuje dohl, tzn., ze proud v zavernem smeru se zvetsuje. Zaverny proud je na zavernem napeti temer nezavislY. Kiivlcy protinaji svislou osu proudu tim nize, eim je osvetieni intenzivnejsi. Protoze na teto ose je napeti vzdy nulove, vladnou zde podminky zkratu a zkratovy proud je umerny svetiu dopadajieimu na diodu.

Pruseciky s vodorovnou osou znazoriiuji chod naprazdno. Zde je proud nulovy a prahove napeti se meni pod Ie dopadajieiho svetla. V praxi nelezi pracovni body

Obr. 3.2

j+1

< k 1rrfId I . ... IpI I Bl =kanlle"1 \ . J l(

IPzl 82=konstanl \ /::A #

I B3 = konst.nl "~ .J Ip3 "

Charakteristiky proud-napetijotodiody ph rUzmim osviceni. S rostouci inten­zilou dopadajiciho svetla se charakteristika propada, zaverny, pfip. zkratovy proud klesa do zaporl1li oblasti, jeho absolutni hodnota tedy roste

41

na osach soui'adnic, protoze, j ak j iz bylo uvedeno, chod Ciste naprazdno, pfip. na­kratko neni realizovatelny. Realne pracovni body naknitko leii na vodorovnych vetvich kfivek v levem dolnim kvadrantu, reaine pracovni body naprazdno na ohy­hech kfivek vpravo dole. Poloha pracovnich bodu v ruznych kvadrantech take uka­wje, ze fotodioda v rezimu nakrMko je pasivni soucastkou - spotrebovava c:lektrickou energii, pochazejiei z napajeeiho zdroje, zatimco v rezimu naprazdno se chova aktivne, elektrickou energii totiz odevzdava.

Zatimco proud nakratko je pfimo umerny osviceni,je zavislost napeti naprazdno na osviceni logaritmicka. Obr 3.3 ukazuje ruzne charakteristiky.

Obr. 3.3

;;­s -' ::>

r

BOOTi----~~------------~------~~--__,

----- mW/cm'

to

~ S

i

Zkratovy proud jotodiody v zavernem smeru je pl'i1110 £ll11erny intenzite os vet­leni, napeti naprazdno v reiimu jotoelementu je zavisle logaritmicky

Zjist'ovani charakteristik

Nasledujieim pokusem by mely byt zjist'ovany vetve charakteristik fotodiody pracuj iei v zapojeni nakratko. Provoz nab·atko je diky vyse zminene linearni zavis­losti na osviceni casto vyuzivan.

~ Ol)!: 3.4 j\lJeI~en i proudu

a napetijotodiody

42 43

Napajeci napeti 9 V se pfivede na fotodiodu pres odpor. V obvodu je zapojen citlivy (mikro)amperrnetr. Napeti se meri na diode a ampermetru zapojenych v se­rii. Dioda se osvetli konstantnim, ne prilis slabym svetlem, napf. zarovkou 60 W ze vzdaJenosti 0,3-1 m. Ph pouziti sit'oveho napajeciho zdroje je mozno napajeci na­peti zvysit az na 20 V. Provede se nekolik serif mereni ph ruznych vzdalenostech od zdroje svetla. V kazde serii se napeti postupne nastavuje na nekolik ruznych hod­not. Proudy maji jen nekolik mikroamperu, proto je nutno je odeeitat co nejpresne­ji. Zaneseme-li rady namerenych hod not do grafu (podobne jako na obl~ 3.2), ziskame z kazde l'ady jednu mime smerem nahoru zahnutou kfivku.

Zdroj svetia

Vzdalenost

Napeti Proud fotodiodou

OV

5V

10 V

15 V

20 V L­ -

Tab. 3.1 Tabulka pro zapsani namiil'enych hodnot ze zapojeni 4

Ampermetr zpusobuje ph mel'eni napeti chybu, ale taje bezvyznamna (viz doda­tek).

K mereni vztahu mezi dopadajicim svetlem a zavernym proudem fotodiody je nutno na fotodiodu namibt prom6my zdroj svetla, nejlepe diodu LED,jejiz proud se da nastavovat. 1ak bylo vysvetleno v predchazejici kapitole, je svetlo vydavane diodou LED primo umerne proudu, ktery ji proteka. Pro tento ucelje moi no LED a fotodiodu uzavl'it do svetlotesneho pouzdra. 1ednodussi vsakje nasledujici rese­ni: je momo pouzit vazebni clen skladajici se z diody LED a fototranzistoru, ktere jsou namireny na sebe. Timto vazebnim clenem (svetelnou zavorou) stejne jako fototranzistorem se budeme zabyvat pozdej i. Zde jej jednoduse pouzijeme jako nahradu LED a fotodiody. Obl~ 3.5 ukazuje, jakje LED a tranzistor zapojen.

Misto svepomocne zhotoveneho vazebniho clenu nebo uvedeneho typu CNY 37 (pfip. CNY 17) je mozno pouzit i j iny vazebni clen. Pri pokusech je nutno jej chra­nit pl'ed vlivem okolniho svetla. Meri se ph malych proudech LED (1-5 mA), pro­toze fototranzistor dava podstatne vyssi proudy l1eZ fotodioda (ale jinak se chova stejne) . Daji se mnohem Jepe mel'it, ale tranzistor se rychle dostava do stavu nasy­ceni (konec zesileni proudu), kdy se nezav isle na osviceni proud fototranzistorem jiz dale nezvysuje. (Tento jev zavisi take na kvalite ampennetru: elm mensi je jeho

vnitmi odpor, tim vice proudu muze z tranzistoru "vyzdimat"). Vysledky mereni (pfip. jine mefici hodnoty) zapisete do tab. 3.2.

LED 11T1 : LED + BP103 CNY37

Obr. 3.5 Zapojenf ke zjiSt'o vani charakterislikjolodiody

Proud-LED 2,5 mA

Foto-proud

Tab. 3.2 A!fefici hodnoty: proud LED a odpovidajici namel'eny proudjotodiodou (pNp. jototranzistorem)

Chyby mereni pH pouziti dvou pfistroju

Ph mefeni podle obr. 3.4 vznika otazka, zda voltmetr pl'ipojit paralelne k mel'ene­mu objektu a ampermetru (viz obr. a) nebo jen k mel'enemu objektu (viz Obl~ b). I)ruhy zpusob by byllepsi z toho hlediska, ze by mereni nezahmovalo ubytek na­peti na ampermetru .

a) -I we b) ur: /)ve moina zapojeni ke zjiSt'ovani charakterislikjofodiod

Pak vsak vznika chyba mel'eni proudu: ampennetr mel'i soucet proudu mel'enym objektem a voltmetrem. 1e nutno si uvedomit, i e voltmetrem take teee urcitY, i kdyz Ilepatmy proud, zatimco zase na ampermetru dochazi k ureitemu, i kdyz take nepa­

44

tmemu ubytku napetf. Ktere usporadani je lepsi,je nutno posuzovat podle konkret­ni situace. Proc to tentokr<'tt byla konfigurace (a), se da prokazat vYpoctem.

Pouzijeme-li dobry ruekovy pristroj (50 ~A), musime pocitat s vnitfnim odpo­rem meticiho ustroj i 2 ko. Ph proudu napi'. I 0 ~Aje ubytek na ampermetru asi

U = 2 kD . 10 ~A = 20 m V.

To je ve srovnani s nekolikavoltovym napetim na fotodiode zanedbatelne. V opac­nem pfipade (b) by se proud voltmetrem, nekolik desitek ~A pficital k mericimu proudu fotodiody 0 hodnote nekolika malo rnA a vysledek mereni by se tim jiz zkreslil vice.

Merici hodnoty je mozno dale zanest do grafu na obr. 3.6. V nemjejiz zakreslena kfivka pochazejici z mereni naseho laboratorniho vzorku . Je to pfimka, ktera uka­zuje proud fotodiody a ten je primo umerny osviceni.

r <' .§.

o

2,0 I » _.

;f 1,0

Obi: 3.6

0,5

2 3 4 5

'LED (rnA) ~

Merenim zjislena charakterislikafotodiody (fototranzis toru). PNmka pfedsta­vuje linearni zavislost zavermiho proudufotodiody l1a osviceni

Fototranzistory

Zisk signalu u fotodiod je velmi maly, a proto se nabizi moznost sloueit fotodio­du se zesilovacfm prvkem. Nejjednodussi konstrukce je fototranzistor. Odpovida normalnimu kfemikovemu tranzistoru, avsak jeho pfechod baze-kolektor je kon­

45

:; truovan jako fotodioda, muze tedy na nej pfes prusvitne pouzdro dopadat svetlo. Protoze dioda baze-kolektor je normalne polarizovana v zavemem smeru, pracuje II fototranzistoru rovnez v zavemem rezimu. Jeji zaverny proud teee diodou baze­.;mitor do emitoru, pusobi tedy jako fidici proud tranzistoru pfivadeny do baze. Tento fidiei proud se zesili einitelem proudoveho zesileni tranzistoru aje k dispozici j ;ilw kolektorovy proud. V dusledku toho se da fototranzistor fidit dvema zpusoby: wetlem a fidieim proudem na pfivodu do baze. U nekterych fototranzistoru vsak Ileni baze vyvedena samostatnym vyvodem; tyto typy se uplatnuji jako fotodiody sc zvysenym vystupnim proudem. Maji vyhodu, ze bez dalsich vydaju na soueast­ky poskytuji podstatne vyssi proud zilvisly na osviceni. Proti tomu stoji nedostatek lototranzistoru: jsou (mimo jine kvuli kapacite baze-kolektor) znacne pomalejsi lIez fotodiody. To znamena, ze na zmeny intenzity osviceni nereaguji tak rychle .jako fotodiody. Zatimco fotodiodam stae[ k sepnuti typicld doba asi 1 ~IS, potrebuji Il)totranzistory asi 5 ~s. Specialni fotodiody PIN to zvladnou asi za 50 ns, nektere modely dokonce za mene neZ 1 ns. Protoze fototranzistory nejsou schopny rychle I.meny vubec sledovat, fikame, ze maji nizky mezni kmitoeet, pfip. sifku pasma. To lila u optoelektronickych obvodu pro pfenos dat, napf. po kabelech ze sklenenych vlaken, ve lky vyznam, protoze se zde pracuje s kmitoety v MHz a GHz pasmu. Pak :,c vhodnym zpusobem kombinuji rychle fotodiody se specialnimi vysokofrekvene­I1lmi zesilovaei . V mnohajednoduchych mei'ieich a pfenosovych ulohach vsak niz­ky mezni kmitocet (asi 200 kHz) fototranzistoru nehraje zadnou roli. Jejich obvody se casto rozsii'uji na fotoDarlingtonovo zapojeni.

Fotoproud fototranzistoru staei k buzeni mefieiho pfistroje. Jako mefici ustroji se hod! jednoduchy, levny mechanizmus s otoenou civkou. Na potenciometrech se l1astavi pozadovany indikacni rozsah, k ocejchovani stupnice v luxech nicmene poti'ebujeme kalibrovany luxmetr (neboli osvitomer ei expozimetr).

Fototranzistory a fotodiody (v rezimu nakratko) se chovaji jako zdroje proudu: j.;jich proud prakticky nezavisi na pfilozenem napeti, jak jsme zvykli u odporu, lIybrZ jen na intenzite dopadajieiho svetla (a u fototran zistoru s vyvedenou bazi jdte na proudu do baze). Na techto soueastkach tedy neni zadne vyuzitelne vystup­IIi napetf. Jako vystupn[ velieina se vyuziva bud' primo proud nebo se tento necha protekat odporem, ze ktereho se pak odebira mefiei napetf.

Pfedbezne se zminme, ze ijine klasicke polovodicove prvky, jako napf. tyristory :1 unipolami tranzistory FET, se daji vyrabet ve svetlocitlivem provedeni (fototyris­1m, fotoFET). Vyrabeji se rovnez cele integrovane obvody s fotofunkci. Zajimave jsou dale lavinove fotodiody, ktere na zaklade lavinoveho jevu v krystalu polovodi­cc vykazuji schopnost vnitfuiho zes ileni. Maximalni hodnoty zesilovaeiho cinitele sc pohybuji okoJo 200 ajejich sifka pasma dosahuje az 200 GHz.

Samozrejme je m02no fototranzistorem budit i "silnejsi" spotfebice, nez je citli­ve mefiei ustroji - a sice po pfidani dalsiho tranzistoru.

46

Jake vatiantu k experimentalnimu zapojeni na obI: 3. 7 ukazuje obI: 3.8 fototranzis­tor v Darlingtonove zapojeni. Pripomenme si: 0 Darlingtonovo zapojeni se jedna tehdy, kdyz emitorory proud tranzistoru teee do baze nasledujiciho tranzistoru a tam je zesilen. Toto zapojeni rna proudovy zesilovaci einitel, kter;' je soueinem proudo­vych zesilovacich einitelu obou tranzistoru, tedy velmi velkY. V nasem experimentftl­nim zapojeni teee mericim pfistrojem proud nekolika miliamperu. Toto zapojeni je tak citlive, ze cast fotoproudu ve smet1J baze - emitor druheho tranzistoru musi b:9t vedena vne tranzistoru pres potenci0111etr P2. I ph naproste tme teee fotodiodou nepa­trny zaverny proud (zpusobeny mimo jine teplem). Tento "proud za tmy" je rovnez zesilovan, pokud neni jako zde odveden. Misto tohoto potenciomett1J je mozno vy-

Obl~ 3. 7

Obl~ 3.8

m BP103

......T1

, ......

C E

B

~r~~-~-... :,--~+11 (Rozsah : 100iJAss125k 'OOk , -

o,,: - . , I

l ednoduchy osviromer s jororranzisrorem

BC547

I(Rozsah: 5 mA,,)l

~ I I I I

--'-­

U sporFebice s vyssim odberem proudu ­ zde mene citliveho meh C£ho phstroje - j e j oroproud nejdNve zes flen

47

,kouset potenciometr 0 co nejvetsi ohmicke hodnote i mezi bazi a emitorem fototran­I.istoru. Pomoci potenci0111etru PI je moino cejchovat mefici ustroji.

Smyslem tohoto zapojeni vsak neni za kazdou cenu vyuzit nahodne ziskany SmA 11J(~fici pristroj , nybrz ui<azat pfechod k nasledujicim zapojenim, jejichz spotrebiee potrebuji relativne velke proudy. Na obi: 3.9 je dioda LED, ktera sviti, kdyz na i()totranzistor dopada sverlo. las diody LED je primo umerny intenzite sverla dopa­d.ljiciho na fototranzistor, protoze mezi proudy tohoto zapojeni vladne proporcio­Iialita. Diky velkemu zesileni 111a toto zapojeni jiz vyrazne spinaci charakter. To plati zejmena tehdy, muze-li svetlo diody LED dopadat na fototranzistor. (Odpo­rem v emitorovem privodu T2, nad mistem pripojeni potenciometru, je mozno ten­10 efekt zrusit: ejhle, zpetna vazba!)

Na obi: 3.10 je koneene misto LED zapojeno rele. Rele zavadi do zapojeni praho­\I OU funkci: dosahne-li protekajici proud ureite intenzity, pritahne, kdyz proud po­k lesne, odpadne. V t0111tO zapojeni "Ufeity proud" odpovida "ureitemu svetlu dopadajicimu na fototranzistor". Proto je mozno toto zapojeni nazvat fotospinaeem.

l)i,,: 3.9 Zde j e dioda LED hzena inrenzilou svetla

"" -c-I )br. 3.10 Buzeni rele emitorovym sledovacem tvol'enym jotoDarlingtonovym zapojenim

48

Pri osvetleni fototranzistoru teee proud z plusu napajeni do baze druheho tranzis­toru. T2 se otevre a pres civku rele mMe protekat proud. Dioda polarizovana v zavemem smeru zkratuje napet'ovy impulz, ktery vznika samoindukci na vinuti rele ph jeho odpojeni. Tento impulz by mohl znieit tranzistory.

Svetlocitlive polovodice

VetSina polovodieu je svetlocitlivych. NormMne vsak jsou ph vyrobe svetlotes­ne uzavreny, proto neni moino teto vlastnosti vyuiit. Vyjimkou je pouzdro TO-3 vykonovych tranzistoru (starsfch typu), jako je 2N3055.

OtevFeny 2N3055 jako fotosnimac

Tato kovova pouzdrajsou uvnitr duta. Kdyz pouzdro opatme otevreme, svetlo se dostane ke krystalu - svepomoci vyrobeny fototranzistor je hotov. Ph odrezavani pilkou davejte pozor, abyste nezarizli do pouzdra pfilis hluboko a neznieili tim krystal polovodiee.

V experimentalnim zapojeni pracuje jako soumrakovy spinae. Ve tme neodebira fotosnimac zadny proud, tzn. ie odpor RI pfivadi do baze tranzistoru T2 proud. T2 se otevre a lampieka se rozsviti. Dopadne-li na odkrytovany tranzistor svetlo, teee fotoproud odporem RI do zeme. T2 zustane bez proudu a lampieka zhasne. Zapo­jeni baze tranzistoru neni nutne, na PI je moino upravovat spinaci chovani zapoje­ni.

Otevreny krystal bude asi sotva zvlast' odolny proti povetmostnim vlivum, a pro­to pro vaine minene aplikace radeji zvolfme skuteeny fotosnimae.

Druhym, svetlu pristupnym polovodieem je dioda LED. V podstate muieme i diodu LED pouiit jako fotodiodu, ale jeji citlivost je pomeme mala.

Proc je vlastne polovodie citlivy na svetlo? K tomu si musime jeste jednou kratce pfipomenout, co se odehrava uvnitf polovodicoveho krystalu (viz take vsuvku v kapitole 1).

V hradlove vrstve polovodieoveho pfechodu P-N obsazuji volne elektrony ob­lasti N volne diry v oblasti P, takie zde nezustanou iadne volne nosiee naboje.

o i O IV f 0 0.0 1 1 o I 0 0 I 0

® ®I O 0 10 0 o I 0 0 ! 0

~

----»­// hradlove vrstve polovodice se neulralizuji volne naboje

49

"[-iJoii-1i se polovodic napeti v zavernem smeru, odvedou se Z obou oblasti dalsi "olne naboje. Hradlova vrstva se rozsifi a pusobi jako izolator.

10 0 o 0 1 0 , 0 0 01 0

00 I' 0 0

000 , 0o I 0 0

l? .....

Lr.~ ./

I'l'i/ozenim napeti II zavernem smeru se rozsiFuje hradlova lwstva

Ale pohyblive naboje jsou vazany jen velmi slabe. Dopada-li na prechod svetlo, II volnuji se zapome naboje (elektrony) z kladnych der a putuji ke kladnemu polu pfipojeneho napet'oveho zdroje. Obratem se uvolnene diry znovu obsazuji dalsimi r lektrony prichazejicimi ze zapomeho polu. Timto tokem elektronu od zapomeho pMu do polovodiee a z polovodice ke kladnemu polu vznika proud. Energie svetel Ilych paprsku nepatme potlaeuje izolaeni ueinek hradlove vrstvy. Cim vice svetia 11;1 prechod dopada, tim casteji je tate izolace proraiena a tim vetsi proud proteka.

Cim se skuteeny fotocitlivy polovodic lisi od naseho pseudofototranzistoru, jsou Icchnicke detaily, ktere zlepsuji ueinek senzoru. Fotopolovodie je konstruovan tak, i.c hradlova vrstva leii tesne pod povrchem krystalu, aby svetlo na sve ceste k ni IIlrpelo co nejmensi ztraty. Take dotovani (obohaceni krystalu pfimesemi s pohyb­livymi nosiei naboje) je podfizeno ueelu. Vysoka citlivostna svetlo rna prioritu pr'ed vysokym zavemym napetim a vysokym proud em v propustnem smeru. To ale IIcni pfipad tranzistoru 2N3055, a proto se jako fototranzistor hodi nanejvys k na­:;i m pokusum.

50

Kdybyste chteli fototranzistor pfipojit radeji na zem, mul.ete poul.it nasledujici zcela rovnocenne zapojeni na obr. 3.11.

Jednoduchym trikem mul.ete fototranzistory a fotodiody (v zaverne polarizaci) dokonce poul.it pro praci se stfidavym proudem. Ctyri diody v mustkovem zapoje­ni zajistf, l.e tranzistor bude ph kal.de pulvlne spravne polarizovan ob,: 3.12.

Obi: 3 11

Rei ~ -~.

Darlingtol1ovo zapojeni 5 jed­11£111 jototral1zistorem a j ednim tranzis torem PNP

L-------{c"'!

Obl~ 3.12 Ve spoj eni 5 diodovym must­kem (Griitzovjm zapojenim) nnize j ototranzistor praco­vat i se stridavjl11 proudem

Zapojeni tohoto druhu je ul.itecne, kdyl. maj i byt stffda ve proudy spinany ridici elektronikou, anil. by byly oba obvodove celky elektricky spojeny. Ridici obvod budi diodu LED, jejil. svetelne impulzy jsou pfijimany fototranzistorem a pouzity ke spin{mi stfidaveho proudu. Toto usporadani se nazyva optoclen (opticky vazebni clen - bude mu venovana samostatna podkapitola).

Podobne jako u diod LED existuji Ctyfi varianty zapojeni pro buzeni tranzistoro­veho stupne s fototranzistorem.

Zapojeni na ob,~ 3.14a odpovida rizeni LED z obi: 3.9. Misto LED je zde vystup, ktery je zatel.ovan p/'ipojenym obvodem. Jedna se 0 emitorovy sledovac, jehol. vystupni napeti zavisi na velikosti fotoproudu, tzn. je primo umerne intenzite osvi­ceni. Vystupni napetije vsak nulove, pokud proud fototranzistoruje tak maly, ze na odporu Rl vznika mensi ubytek nei 0,6 V. Zapojeni na obi: 3.14b se chova zcela opacne: bez osviceni se fototranzistor zavira a tranzistor T2 se proudem baze te­koucim pres bazove odpory pine otevini. Na emitorovem vystupuje vysoke napeti. Klesa, kdyl. zacne dopadat svetlo na fototranzistor, ktery cast proudu dosud tekou­ciho bazovymi odpory svede do zeme. Je-li fototranzistor nasycen, tedy zcela ote­vfen,je na bazi T2 mene nel. 0,6 V a na vystupu tedy nula. Tato varianta zapojeni by mohla fidit automaticke osvetlovaci zafizeni, ktere navzdory promennemu denni­mu svetlu udrl.uje konstantni osvetleni. Cim vice denniho svetla fototranzistor za­chyti, tim mensije vystupni napeti. To je poul.ito jako regulacni velicina elektrickeho pfidavneho osvetleni.

Obi: 3.13

a)

c)

(J/J/: 3.14

Ridici

LED • 0­

Zapojel1i optoclel1u ke spindni stNdavych proudu: neexistuje zddne prime elektricke spoj eni mezi Hdici elektronikou a obvodel11 stNdaveho proudu

b)

• • d)

• •

51

Ctyfi varianty phpojeni jototranzistoru k normalnimu bipolarnimu tranzistoru

52

V obou poslednich variantach zapojeni je vystup na kolektoru, jehoz napeti ma, jak znamo, opacny prubeh nei em ito rove napeti. Ve variante ob,~ 3.14c otevira dopadaj iei sverlo oba tranzistory, takze ubytek naperi na kolektorovem odporu ros­teo Dusledkemje pokles vystupniho napeti; tato varianta logicky odpovida variante obr. 3.14b. A nakonec v zapojeni obr. 3.14d dopad svetla zmensuje bazovy proud tranzistoru T2 a tim zvysuje jeho kolektorove napetf. Vystupni napeti je tedy primo umerne intenzite osviceni.

U fotodiod a fototr anzistoru hraje pouzdro velmi duleiitou roli, nebot' rozhoduji­eim zpusobem urcuje chovani soucastky. Celo pruhledneho plastoveho pouzdra rna casto tvar cocky. V zavislosti na tomto tvaru a umisteni samotneho polovodice v bailce zaehycuje prvek svetlo z vice nebo mene sirokeho kuzeloviteho prostoru pfed soucastkou. Pfi zvysenyeh pozadaveich na optickou pfesnost se fotocitlivyi polovodic uzavfe do maleho kovoveho pouzdra se sklenenou cockou, jako napf. BP 13, ktery budeme pouzivat v mnoha nasich zapojenich.

Material pouzdra, pfip. cocky vykazuje u nekteryeh typu filtracni charakteristi­ku, napr. propousti jen infraeervene (rR) svetlo - pak je pouzdro (pro lidske oko) tmave sede nebo nepruhledne (BPW 41) - nebo filtruje svetlo na zpusob lidskeho oka (BP 104). Dale se vyrabi stale vice optiekych soucastek se zvlastnim tvarem pouzdra, ktere se hodi k napojeni na opticke vlakno. Pfitom zalezi na tom dostat eo nejviee svetla z vysilaee do vlakna nebo z vlakna do fotoeitliveho polovodiee.

Shnmti

.:. Fotodiody maji velmi kratkou dobu nabelm a dobehu . •:. V zavemem rezimu teee fotodiodou zavemy proud zavisly na dopadajieim

svetle (praee nakratko) . • :. V propustnem smeru (bez vnejs iho napeti) vyrabi fotodioda napeti zav isle na

svetlu (prace naprazdno). .:. Ph praci nakratko je fotodioda pasivnim prvkem, tzn. ze spotfebovava elek­

triekou energii, naprazdno pak meni energii svetla na elektrickou energii . • :. V rezimu nakratko pracuje fotodioda lineame (fotoproud je pfimo umemy

dopadajieimu svetlu) . • :. U fototranzistoru praeuje jeho fotodioda (preehod kolektor-baze) v reiimu

nakratko. .:. Fototranzistory se ehovaji mnohem setrvaeneji (jsou pomalejsi) nei fotodiody. .:. Materialy pouzder fotoeitlivych polovodicu rozhodujieim zpusobem ureujije­

jieh barevnou citlivost (filtraeni ueinek).

40 Zapojeni s fotodiodami a fototranzistory

53

Fotodiodya fototranzistory, nekdy souhmne nazYvane fotosenzory, fotosnimace Ilebo fo tocidla, se spolu s diodami LED casto pouzivaji k pfenosu informaei, nebot' oproti rovnez svetloeitlivym LDR (fotoodporum) jsou velmi ryehle. Kombinacemi I.ED ­ fotosenzor (stejne jako LDR) se budeme zabyvat v dalsich kapitolach. Zde ic uvedeno nelwlik zapojeni s fotosenzory "solo", ktere je mozno si postavit.

CRtIivy osvitomer

Jak snadne je sestrojit luxmetr, tedy mel'ic jasu, jsme jiz videli. Nyni se seznami­me s ponekud naroenejsim, ale zato eitlivejsim a univerza lnejs im zapojenim s lep­

simi moznostmi odeetu.

S l~ 9V

~0----0AB ! p...o~

~ ~:~

K'l BPW34

D 1,t;

~ ~

...

A1

Obi: 4.1 Citlivy osvitomer pro 1 ai 10 000 luxu

Operacni zesilovae, eozje vysoee hodnotny zesilovac realizovany integrovanym obvodem, zveda slaby signal fotodiody. Operacni zesi lovae, zkracene oznacovany Opamp (z anglickeho operational amplifier), ridi dva tranzistory s diodami LED. I'fi mereni se namifi fotodioda na mefeny objekt a otaCi se potenciometrem PI tak dlouho, az soueasne sviti obe LED. K tomu muze dojit jen pri urcite poloze poten­ciometru a prave toto nastaveni potenciometru udava hodnotu osvitu. Stupnice tedy

54 55

muze byt vytvofena na knofliku potenciometru. Tato metoda odectu sice neni tak pohodlna jako u ruckoveho pfistroje, avsak je mnohem levnejsi a pfedevsim mene citliva vuci otl'esum. Pri podrobnejsim rozboru zapojeni operacniho zesilovace zjis­time, ze se porovmivaji tato dye napeti: napeti na potenciometru s napetim na pfi­pojenem odporu RI-R4. Napeti na potenciometru se nastavuje rucne, napeti na odporu zavisi na proudu fotodiody a tudiz pfimo umerne najejim osviceni. Fotodi­oda pracuje nakrMko, coz je mozno poznat z toho, ze jeji katoda (tlusta bira) je spojena s plusem napajeni a tim je polarizovana v zavernem smeru. Protoze vstup operacniho zesilovace neodebira prakticky zadny proud, tece cely svetlem vyvola­ny fotoproud pl'ipojenym odporem, na nemz vytvafi zmineny ubytek napeti.

PokYltly pro stavbu a cejchov3ni

Osazovacf plan osvitomeru z ob/~ 4.1

Seznam soucastek k obr. 4.1 Kondenzatory:

Odpory: CI =220nF Polovodice:RI = 1,2 Mf.l

R2 = 150 kf.l 01 = BPW34, fotodioda R3 = 18 kf.l 02 = 5,6 V/400 mW, Zenerova dioda R4, RIO = 2,2 kf.l 03,04 = LEO, cervena R5 = 3,9 kf.l n, T2 = BC547B

R6, R9, RI2 = 10 kf.l rCI = CA3140, operacni zesilovac R7 = 10 Mf.l Krome toho: R8 = 390 f.l 8 I = tlacitko RI I = 680 f.l 82 = 4 x UM, prepinac PI = I kf.l, linear 9V baterie P2 = 10 kf.l, trimr rUzne drobnosti

Pl'i stavbe osvitomeru na standardni desce je nejlepe se fidit osazovacim planem. l'repinac, tlaCitko, diody LED, baterie a fotodioda se namontuji pfimo na kryt.

Optimalni montaz fotodiody zavisi na pouziti obvodu: chceme-li merit intenzitu osvetleni v co nejsirsim uhlu, umistime diodu v rovine povrchu pouzdra. Pak bude Illei'ici uhel diody skutecne velkY. Ve fotografovani to odpovida velmi sirokouhle­IllU objektivu, ktery se pouziva jen zfidka. Proto je zde vyhodnejsi namontovat l(ltodiodu na konec male trubicky, ktera zuzi jeji "uhel pohledu". eim je trubicka delsi, tim smeroveji pl'istroj pracuje. Cejchovani se musi provest az po definitivni Illontazi fotodiody.

Ph cejchovani zamirime vlastnorucne postaveny osvitomer a seriovy expozimetr !lebo kameru na arch sedeho kartonu osvetleny sluncem nebo umelym svetlem po­dobnym dennimu svet/u (nejlepe halogenovou lampou). Zmenou vzdalenosti mezi kartonem a zdrojem svetla je mozno menit svetelnou hodnotu svetla, ktere karton vydava. Nejlepe je zacit na R3 a nastavit osvitove cislo na 6. Kamera pak napf. pri !lastaveni citlivosti filmu 21 DIN ukazuje clonu 2,8 a cas 1/60 sek. Potenciometr PI sc vrM! do vychozi polohy a trilill P2 se nastavi tak, aby obe LED svitily. Ph cej­ci10vani by mela byt vzdalenost mezi fototranzistorem a lepenkoujen par centime­lrll, je tfeba zamezit st1num na lepence. V pfistim cejchovacim kroku se osvetleni l.am1fi tak, aby platilo osvitove cislo 7 (kamera nebo expozimetr: 21 DIN, 1160 sek, clona 4). Nastavi se potenciometr PIa bod na jeho stupnici, na ktery ukazuje znac­ka otocneho knofliku, se oznaci (osvitovym cislem nebo nasobkem jednicky). Tak pokracujeme s osvitovymi cisly 8, 9 atd, az potenciometr PI dosahne koncove po­lohy. Stejnym zpusobem se kalibruji dalsi mel'ici rozsahy, pl'icemz se vsak poloha potenciometrickeho trimru P2 j iz nemeni. Tak u potenciometru PI vzniknou 4 stup­!lice, pro kazdou polohu prepinace S2 jedna. Vzdalenosti mezi body stupnic nejsou [(vuli nevyhnutelnym tolerancim soucastek vzdy stejne. Ph pl'ilis velkych rozdi­iL:chje mozno vymenit odpory R I-R4 nebo je prizpusobit vhodnym seriovym nebo paralelnim pl'ipojenimjinych odporU nebo trimru. Fotodioda BPW 34 je sirokopas­1Il0va, tzn. ze registruje i infracervene svetlo. To u svetla se silnymi cervenymi slozkami vede ke zkreslenym vysledkum: (nonnalni) fotomaterial a lidske oko je !la infracervene svetlo necitlive. Mefime-li napf. kratce pfed zapadem slunce, vede io k podexponovani. Kdo nechce s temito omezenimi pocitat, muze pouzit barevne korigovanou fotodiodu typ BPW 21. Avsak i tento typ ma nevYhody. Zaprve je ii'ikrM drazsi a zadruhe jeji citlivost je desetkrM mensi. To je mozl1o kompenzovat !.desateronasobenim hodnot odporu RI-R4. Odpor RI = 12 MD musi byt tvoren vice odpory v serii. Protoze obvod s tak vysok,Ym odporem je nestabiIni, je nejlepsi lcj jednoduse vynechat.

56 5.6 V

-!. BPW34

Fotoproud

jMeFici napeti

Ob,: 4.2 Ph osviceni teee!ofodiodou proud Obi: 4.3 Oba odpory naslavuji v zovernem smeru: vy voltiva zesileni operaeniho ubyfek napefi na odporu zesilovaee na 1000

Jak tedy pracuje operacni zesilovac? Je nutno jej posuzovat spolecne s odpory R6 a R7 . Tyto odpory nastavuji zesileni obvodu s operacnim zesilovacem na 1000: 10MO: 10kO.

Operacni zesilovac nyni interne odecita od napeti na neinvertujicim vstupu (ozna­cenem znamenkem +) napeti pfed odporem R6 a tento rozdil 1000x zesiluje. Na vystupu OZ se nejdfive nachazi napet'ovy delic tvoreny odpory R9 a RIO, kterY snizuje vystupni napeti asi na 1/5 (2,2 kD ke 12,2 kO). Je-Ii tato pet ina vystupniho napeti vetsi nei asi 0,7 V, cozje prahove napetl tranzistoru T1 , pak se tento tranzis­tor otevre a jeho kolektorovym proudem se rozsviti dioda LED. RII je jii znamy pfedfadny odpor omezujicf proud diodou LED . Dioda D4 se nyni nerozsviti, nebof napeti mezi kolektorem a emitorem tranzistoru T I cini jen nekolik desetin voltu (saturacni napet!) a nestaci k otevfeni tranzistoru T2. Klesne-li napet[ na vystupu OZ asi pod 3 V, nestaCi j ii jeho petina za delicem na udrzen! tranzistoru T 1 v ote­vrenem stavu. Nicmene mall' proud tece od plusu napajeni diodou D3 a odporem R12 do baze tranzistoru T2. Tento proud sice nestaci rozsvitit diodu LED D3, ale otevfe tranzistor T2 a tim rozsviti diodu LED D4. Diody D3 a D4 tedy sviti stfida­ve, pouze pfesne v urcitem bodu pi'echodu mezi obema provoznimi stavy jsou ak­tivni obe diody. V tomto boduje vystupni napeti operacniho zesilovace presne 3 V, coi diky zesileni OZ odpovida rozdilu vstupnich napeti 3 m V. To znamemi, ze kdyz obe diody LED sviti,je napeti pfichazejici z potenciometru vzdy 0 pouhych 3 mY vetsi nei napet'ovy ubytek vyvolany fotoproudem. To dale znamena, ze stupnice potenciometru muze byt ocejchovana hodnotami fotoproudu nebo pfimo hodnota­mi osvetleni v luxech. Tab. 4.1 a tab. 4.2 davaji predstavu 0 hodnotach osvetieni.

Krome fotoproudu zavisi napeti na neinvertujicim vstupu OZ take na pfipoje­nych odporech R I- R4. eim vyssi je odpor, tim vyssi je ubytek napeti pri urcitem proudu a tim mensi fotoproud staci k vybuzeni operacniho zesilovace. Hodnota odporu tedy urcuje citlivost zapojeni. Hodnoty odporu jsou odstupoovany logarit­

57

111 icky. Kondenzator C I zapojeny paralelne k odporum vyhlazuje kolfsani ubytku Ilapeti vznikajici pri mereni umeleho svetla generovaneho stfidavym proudem.

Posledni detail zapojeni: aby fotoproud a napeti z potenciometru bylo nezavis\e 11<1 napeti baterie, lepe receno na stavu baterie, stabilizuje Zenerova dioda s pfed­radnym odporem napajeci napeti budici obe tyto obvodove veliciny na 5,6 V.

~D3

BC547

Obi: 4.4 Delie napeti zajiSt'uje, aby se asi ph' 3 V na vystupu operacniho ze­s ilovace ofevrel franzistor T 1

Priklady intenzity osvetJeni v kazdodennim zivote

Svetlo hvezdne oblohy za bezmesicne noci 0,1 Ix Noc za upli'iku 0,3 Ix Svicka ve vzdaJenosti I m 1 Ix Vecern! osvetleni ulic 20-40 Ix I(uchyne 250 Ix Pracoviste ve ~kole 500 Ix Pracoviste v kancelafi 750 Ix Osvetleni pro rysovani 1000 Ix Pracoviste zlatnika 2000 Ix Posmourny zimni den 3000 Ix Stiny za slunecl1(\ho zimniho dne 10 000 Ix f'osmourny letn! den 20000 Ix Jasny letni den 100000 Ix

lidi.4.1 Hodnoty OSVl§tlenf v beil1l!111 iivote

K ocejchovani osvitomeru potfebujeme vhodne referencni udaje. Nejjednodussi :Isi je sehnat si co nejpfesnejsi expozimetr nebo dobrou zrcadlovku s mefenim osvitu Jlcbo automatikou. Chcete-Ji mefici pfistroj pouzivat spise k rnefeni jasu, ocejchujte jcj v luxech (Ix), kdezto jako osvitomer v osvitorych Clslech. Tab. 4.2 ukazuje vztah Illczi temito dvema jednotkami a souvisYosl s fotografickYmi hodnotarni osvitu.

58 59

Tab. 1.2 dale uvadi priklady nastaveni fotoaparatu, nebot' osvitove Cislo se da realizovat ruznymi kombinacemi clony, doby expozice a citlivosti filmu (viz dale). Odpory RI - R4 jsou voleny tak, ze mericf rozsahy (stupnice PI) zacinaji osvitovy­mi cisly 3, 6, 9 a 12.

Lux, cion a a osvitove Cislo

Expozimetr pro fotografovani - prakticky vsechny moderni fotoaparity jsoujimi vybaveny - je stejny jako osvitomer pouzivany napt. k meieni a nastavovani opti­malniho osvetleni pracoviste. Osvitomery v zarizenich svetelne techniky jsou pro mereni intenzity osvetleni cejchovany v luxech (Ix). Plati

1m llx =1- '

2m

kde lumen (1m) je jednotka svetelneho vykonu; intenzita osvetleni je tedy svetelny vykon vztazeny k plose, na ktere se vyskytuje. Vyznam tohoto vztahuje moino si snadno objasnit na stale pouzivanejsich bodovych halogenovych svitilnach pro os vet­lovani obytnych prostoru. las plochy nebo objektu, ktery je z tohoto bodu osvetlo­van, je na jedne strane zav isly na vykonu zarovicky - cim vetsi elektricky vykon (ve watech) zarovieka premeni na svetlo, tim jasnejsi bude jeji svit. Intenzita osvet­leni (Ix) je tedy umerna svetelnemu vykonu (1m). Na druhe strane srovname-li ha­logenove bodove svetlo 0 vykonu napf. 25 W s nOimalni zarovkou 0 stejnem vykonu, dopadne :Hrovka spatne. To spociva hlavne v tom, ze hruskova baiika sve svetlo vyzafuje dokola temer vsemi smery. Osvetiuje pomerne velkou plochu mistnosti. Naproti tomu halogenovy bodovy zdroj soustred'uje sve svetlo do uzkeho svazku a ozafuje jen ohranieenou plochu. Na tuto plochu dopada cely svetelny vykon to­hoto zdroje, zatimco od nonnalni zarovky by obddela jen cast jejiho celkoveho vYkonu. Zaver: svete lny vykon je nutno posllzovat ve vztahu k plose, na kterou dopada. Proto je ve jmenovateli vyse uvedeneho vzorce velikost plochy osvetlova­ne svete lnym vykonem uvedenym v eitateli .

Proc se ph fotografovani nepouiiva stejne, skutecne exaktni definice "osviceni"? Filmovy material v nem pouziry a lidske oko nereaguji na intenzitu ovetleni propor­cionalne. Dve soucasne sviticf stejne silne zarovky, napf. 25 W davajici dohromady 50 W, nepusobi v zadnem pflpade dojmem dvojnasobneho osvetleni nezjedna zarov­ka. Filmovy material stejne jako lidske oko reaguje logmitmicky, tzn. cim je vice svetla, tim vetsiho vykonu je zapotfebi k dosazenf stejneho dojmu zvyseni osvetleni. Za tmave noci se nam zda svetlo kapesni baterky jasne, zatimco ve dne sotva pozna­me, zda sviti ci ne. U fotoaparitu se tato logaritmicki zavislost vyjadfuje nerovno­memym odstupnovanim doby expozice (otevreni zaverky) a clony: casy se mezi jednotlivymi stupni puli, elona se po kaidych dvou stupnich zdvojnasobuje.

11250 s - 11125 s - 1160 s - 1130 s - 1115 s ... 2 - 2,8 - 4 - 5,6 - 8 - 11 - 16 - 22 - 32 ...

Stupnice osvitovych cise l spojuje obe tyto stupnice, protoze kdyz zmenime clonu 1I cas vzajemne opacne 0 stejny pocet stupM, vysledek se nezmeni. elona 8 ph 1/60 s :1 elona 4 ph 11250 s propusti na film stejne mnozstvi svetla. Obema variantam prislu­~ i stejne osvitove cis lo 12 (pri 21 DIN). Jedno osvitove cislo predstavuje vsechny kombinace clony a casu se stejnym ucinkem. Cislice stupnice osvitoveho cisla sice postupuj i po 1, nicmene kazdy stupen predstavuje dvojnasobek svetelneho mnozstvi predchazejiciho stupne. Navic ph pfevodu osvitoveho C1sla na kombinaci elony a casu vstupuje do hry i citlivost filmu: vyse uvedeny pi'iklad odpovida osvitovemu cislu 13 pro film 0 citlivosti 17 DIN. l ednicka se musi pi'idat, protoze rna-Ii stejna elona a stejny cas staeit ke spravnemu osviceni mene citliveho fihnu, musi by! svetlo silnejsi. Nebo Ilaopak: ph osvitovem eisle 12 musi byt film 17 DIN exponovan casem 1160 s pri ( lone 5,6. Take stupn ice DIN citlivosti vyjadfuje logaritmickou citlivost: 3 stupne IHN odpovidaj i zdvojnasobeni citlivosti. Rovnez pouzivana stupnice ASA to svymi (' isly rovnez vyjadi'uje: 17 a 21 DIN odpovidaji 50 100 ASA.

Osvitove Lux(x) Clona" ~

cislo I I ,

9 1400 2,8 Zimni prosincory den pri zataiene obloze (900-3000 Ix)

10 2800 4 Zimni prosincory den pri jasne obloze (az 10000 Ix)

12 11000 8 Lemi cervnory den pli zatal'.ene obloze (4000-20 000 Ix)

13 22000 II

14 44000 16 Letni cervnovy den pri jasne obloze a slunecnim sv itu (al'. 100000 Ix)

15 88000 22

~ pri expozicni dobe 1/60 s a citlivosti filmu 21 DIN

·litb.4.2 Vefolografii obvykl6 osvilovci Cislo odpovidaj£ urCilym hodnotam osviceni v Ix

Eiektronicky meric doby otevreni z3verky

Dalsi aplikacf fototranzistoruje nasledujici pristroj pro mefeni doby otevreni za ­verky fotoaparatu (able 4.6). Sklada se v podstate ze svetelneho cidla, mefice casu :1 indikatoru. Cidlo je umisteno namisto filmu dovnitr aparatu a ph "fotografovani" I.droje svetla mefi dobu, po kterou je otevrena zaverka fotoaparatu. Tak je mozno Icstovat spravnou funkci zaverky.

Mericf funkce zapojeni byla realizovana nekolika integrovanymi obvody; zde se vsak budeme zabyvat jen senzorovou casti jako ilustracf pfipojeni fototranzistoru 11(1 cislicovy obvod.

60

Fototranzistor pracuje v zavrenem rezimu, protoze dioda kolektor-baze, ktenij e svetlocitlivym polovodicovym prechodem tranzistoru, je zapojena v zavernem smeru. Ve tme, tedy pokudje zaverka zavfena, netece zadny emitorovy proud ana R2 nedochazi k zadnemu ubytku napetf. Na vstupu hradla IC4 neni zadne napet!, coz tento integrovany obvod interpretuje jako logickou nulll. Kdyz se zaverka ote­vre, dopada svetlo pres objektiv fotoaparatu na T 1, tranzistorem teee proud a na R2 vznika ubytek napetf. Toto napeti hradlo interpretuje jako logickou jednicku. Od­por Rl ponekud sniiuje citlivost senzoru tim, ze svadi bazovy proud k emitoru mimo polovodieovy pfechod. Odkud pochazi bazovy proud? Proud v zavernem smeru zavisly na svetlu, ktery tece ve smeru kolektor-emitor tranzistoru Tl , je sku­teeny proud, jenz nonnalne jako zvenei pfivedeny bazovy proud tece z baze do emitoru a tim otevira tranzistor. Rl svadi cast tohoto proudu mimo prechod baze­emitor a timji cini neucinnou. Tento trik se pouziva,jakjiz bylo zmineno, k potla­ceni proudu za tmy. V popisovanem zapojeni vsakje pouzita mensi hodnota odporu R I nei by vyzadoval proud za tmy. R 1 tedy neutralizuje i proudy vyvolane urCiryffi slabym svetlem. Timto zpusobem snizil autor tohoto zapojeni citlivost cidla; zapo­jeni tak nereaguje na slabe rozptylene svetlo. Nasledujici integrovany obvod CMOS je Schmittuv klopny obvod. Tyto obvody se vyznaeuji dobre definovanymi zap ina­cimi a vypinacimi prahy, a proto se zde hodi lepe nei normalni hradla.

Dalsim obvodem se zde nebudeme podrobne zabyvat. ledna se v podstate 0 apli­kaci integrovaneho mefice casu (a kmitoctoveho eitace). Take neni nutno stavet hned cely pl'istroj k mereni do by otevreni zaverky, nybrz je mozno podrobne po­psany obvod (obr. 4.6) pouzit jako adapter k seriove vyrabenemu a prodavanemu kmitoctovemu merici casu. Dokonce je nekdy mozno integrovane hradlo vypustit a cidlo pfipojit primo na vstup meficiho pristroje.

Dalsi vazebni zapojeni fotodiod ukazuje able 4.8. Toto zapojeni odstranuje pro­blem, ktery se objevuje u mnoha optoelektronickych zafizeni, v nichz maji byt mereny nebo pfenaseny svetelne impulzy (napr. v optickych trasach pro prenos signalu). Pfirozene i umele svetlo okoli jiz velmi intenzivne budi cidlo, takze pro

Ob/~ 4.5 Napojenijototranzistoru na Cis­licovou elektroniku

FPT100

om, s

•

()~,C:C.,:­

()

" isIz n•• rOOD ~

~--~~

U -..,~ -,.

_ 0

'"<

- t ~tV"d

~g ~ n ~H+ CT n ..... NC,lo.-:::wl ~ ", -....J N

" ~I~ .,

~~

~ ()

~

0:0 "'~ '"o w .o 00

<

~ Vss

~ up / down

"-> Set

Z

tI' 10> ,-.." 10:> 110

~ 1.0' 10 Jc. .I 'll 1­ lo.C

~§A~ A

o~'" w

~

~ .-~ ~ +

:; N ~ <

~

o ":)

()I)J~ 4.6 Uplne schema zapojeni elektronickeho nuHice doby zQverky

zz ....,~

zz .oOl II II

fi::!.::j!

00 ~w

II II

~c 0, ~z

'" g W

61

, o Ol

, o '"

, o a>

....,

....,

'"o () ()

62

svetelne sign:ily zbyva jen velmi maly prostor pusobnosti. Tento jednoduehy ob­vod zesiluje fotoproud vyvolany pomalu se menicim svetlem jen velmi malo, za­tfmco rychle se menici svetelne impulzy hodne.

U zesilovaciho stupne s tranzistorem T I je duleiity zpetnovazebni odpor R2 (I MO). Pfivadi cast vystupniho signalu zpet z kolektoru do baze. Protoze baze a kolektor pracuji navzajem v opacnem smyslu, snizuje zpetna vazba zesileni ob­vodu: stoupajici kolektorove napeti zvetSuje bazovy proud a zmensuje kolektorovy proud a naopak. Kondenzator Cl zajist'uje, aby odpor R2 byl ucinny jen ph niz­

a)

b)

Ob,~ 4.7

Obi~ 4.8

i Jas

Svetlo okoli

r Jas

Svetlo okoli

1--

Cas-­

L-

Cas --

Meze vybuzeni obvodu Oblast buzeni

Meze vybuzeni obvodu Oblast buzeni

Zvetsena oblast buzeni

Oko/ni sver/o zuiuje oblast buzeni optoe/ektronickeho obvodu (aj. Sniienim zesileni pomal)lch svere/nych zmenje 1110ino ., dynal11ickj rozsah" rozsiht (b)

Toto zapojeni zabraiiuje, aby okolni svet/o zuiovalo ob/ast buzeni fotodiody

BPW104

R2

• + napr.l~ j

• I

---(Q)

63

kych lunitoCtech. Rychle se menici signaly nemuze sledovat, nebot' pri kazde zme­Ill: napeti se musi nabijet nebo vybijet a to vzdy trva nejakou dobu, ktera je pfilis dlouha pro ryehle impulzy a Cl je pro ne vlastne zkrate111 na zem. Jinak reeeno, R2 a C 1 tvofi dolni propust, ktera pro rychle impulzy cini zpetnou vazbu neucinnou. I(apacita Cl hraje rozhodujici roli. eim je vetS!, tim nizsi je mezni kmitocet, pod 11imz budou jiz signaly potlaceny. Ph 10 flF to je pro pravouhle impulzy 7 Hz, tzn. ;e signaly s nizsim opakovacim kmitoctemjiz budou potiaceny. Toto dimenzovani dobfe vyhovuje, kdyz v prirozenem svetle, ktere asi nikdy nekolisa s kmitoctem vyssim nei 7 Hz, maji byt prenaseny relativne pomale svetelne impulzy. Pri ume­lem svetle se Sit'OVY111 kmitoctem 50 Hz by mela byt pouzita kapacita nejvyse 1,5 flF. SpiSe vsak jeste mensi, protoze napr. svetlo zarivek rna vyssi harmonicke, tedy slozky s nasobky sit'oveho kmitoctu: 100 Hz, 150 Hz atd. SamozI'ejme se nesmi Ilouzit pfilis mala hodnota C 1, protoze by pak byly potlaceny i uzitecne kmitoCty. Nakonec je 1110zno vypustit i puvodni pracovni odpor, zde 100 kO, protoze sam lranzistor funguje jako vysokoohmicky pracovni odpor.

Logicke obvody s fotosenzory (optoelektronickymi cidly)

Dalsi schemata zapojeni ukazuji, jak je jednoduche zapojit fotosenzory tak, aby se jimi realizovaly logicke funkee. Ob,~ 4.9 ukazuje opticky logicky obvod OR (NEBO): Je-li Tl nebo T2 (nebo oba soucasne) osvetlen, proteka proud od + p61u Ilapajeni osvetlenym tranzistore111 (nebo obema) ana vystupu se objevi napeti od­Ilovidajici logieke "I ". (Podrobnosti 0 logickych obvodech se doctete v Knize 3: I'okusy s cislicovou teehnikou).

Samozfejme je mozno paralelne pripoj it dalsi fototranzistory, ktere rozsiTi logickou ILmkci 0 dalsi kanaly. Takovy fetezec optickYeh cidel se napf. pouziva ve vyrobe Ilapiru k hlidani: nad pasem papiru se nachazeji zdroje svetla, pod pasem Cidla. Pas Ilapiru zabraiiuje tomu, aby se svetio dostalo ze zdroju na cidla. Je-li papir poskozen (napf. natrzen nebo pretrzen), svetlo dopadne na nektere cidlo a zapojeni zareaguje.

Prohodime-li poziei odporu a senzorU, dostaneme logickou funkci NOR (nego­vane NEBO): Pri osvetlenijednoho nebo vice paralelne zapojenych fototranzistorU neni na vystupu zadne napeti, tedy tamje logicka ,,0".

Pro logicky obvod AND (A) museji byt fototranzistory zapojeny do serie. Pakje vystupni napeti "vytazeno" obema soucasne osvetlenymi tranzistory. Opac­

Ila funkce, NAND (negovana AND) vznikne opet zrcadlovym pfevracenim obvo­duo Pakje na vystupu napeti, kdyz anijeden z fototranzistorU neni osvetlen.

Opticka logika hraje v soucasnosti jen zfidka vyznamnou roli. To se neda ryehle (lnenit. Pozadavky na vypocetni rychlost modemich poCitacu stale stoupaji - az Icdnou narazi na meze maximalni rychlosti elektrickeho proudu v cipu. Pak budou ll1uset tok elektrickeho proudu (castecne) nahradit paprsky svetla.

Jiz dnes se v laboratofich zkouseji metody pocitani pomoci svetla.

64

ll 'Y=A+B

• (O,J

• Y=A+B

• (oj Obi: 4.9 Opfickj logickj obvod OR Obr. 4.10 Opfickj logick;; obvod NOR

l l • Y=A·B

o,J

Obi: 4.11 Optickj logickj obvod AND Obr. 4.12 Optickj !ogickj obvod NAND

Shrnuti

.:. U fototranzistoru a fotodiody vyvohiva pronikani svetla do polovodicoveho pi'echodu vznik volnych nosicu naboje, ktere pfedstavuji na svetle zav isly za­verny proud.

.:. Pi'i pouziti fotosenzoru je nutno brat v uvahu opticke vlastnosti pouzdra (fil­tracni a cockovy efekt).

.:. U optoelektronickych obvodu se senzory, na ktere krome urceneho svetelneho signalu dopada take svetlo okoli (napf. ph optickem pfenosu signalu prosto­rem), zuzuje okolni svetlo oblast vybuzeni. Snizenim zesileni pomalych sve­telnych zmen je momo rozsii'it "dynamicky rozsah".

.:. Paralelnimi a seriovymi zapojenimi s fototranzistory se daji realizovat logicke obvody.

.:. Pri zapojeni vice meficich pi'istroju v jednom proudovem obvodu je nutno zohlednit jejich vzajemne vlivy na vysledky jejich mereni.

65

5. Sohirni technika Puvodne vyvijena pro kosmickou techniku stala se solami technika zaj fmavou i pro

pozemske ziskavani energie, protoze vyuziva zivotnimu prosti'edf pfatelskY zelroj cnergie, a sice slunce. Ekonomicky efektivni pouzitf je zatim mozne jen v urcitYch pripadech, avsak mnohe rysledky ryzkumu slibuji brzkY prulom prave v tomto sme­Ill. K tomu ovsem museji dnesnf miklady asi 20 DMlWpeak klesnout na hodnotu ry­lazne pod 1 DM (hodnota Wpe3k , tedy maximalni rykon se vztahuje na intenzitu osviceni I kW/m2, coz je v nasich zemepisnych sii'kach jen zridkakdy dosahovana spickova liodnota). Nebot' spickove vykony dodavajf solami clanky jen za idealnich podmi­llek, a ty panuji jen maJokdy. Z vyrkonu pfesne 1,4 kW prumeme dodavaneho slun­L:cm ve forme zareni na I m2 zemskeho povrchu Ize dokonce na Sahafe vyuzit v prumeru jen asi 250 W. Zbytek je pohlcen zemskou atmosferou, pfipadne se na /cmsky povrch nedostane kvuli nepfiznivemu pocasi nebo stfidani dne a noci. V konecne bilanci modemi solami clanky pfemeni na elektrickY proud sotva vice nez 10 % teto dopadajici energie zaren!. Dnes se tedy uplatiluji pfedevsim v mistech, ktera Ize jen s obtizemi napojit na elektrickou rozvodnou sit', napf. u televiznich prevadecu na horach, na lodich, horskych chatach, ve venkovnich telesech mensiho vykonu, v kalkulackach nebo v digitalnich naramkorych hodinkach .

Take solami clanky jsou diody, a proto jsou srovnatelne s fotodiodami . Jejich icchnologicke parametry, pocinaje jejich tvarem - jsou velkoplosne a pioche - po dotovani necistotami jsou pfizpusobeny optimalnimu vynosu energie. Jejich cha­lal<teristika principialne odpovida charakteristice fotodiod.

()In: 5.1

Napeti citmku (U) -0 0.1 0.2 0,3 0.' 0.5 0.6

0

r -0 ,4 Odpor spotfebice = 1,3 fl

S .0.8 :0

"'" '" "";u '0 :0

e tL

·1.2

'1 ,6 " Odpor spot/ebice =0,36 fl

·2.0

·2,4

Body maximainiho vykonu

GraJukazuje vice charakteristikjednoho solarniho Clanku, ktere platf pro ruzne infenzity osvetleni

66

Na ob/~ 5.1 je znazomen jen 4. kvadrant charakteristiky, protoze ostatni oblasti (I . a 3. kvadrant)jsou pro solami provoz nezajimave. Charakteristika zahmuje vsech­ny mozne provozni stavy - fekneme pracovni body. laky proud ph jakem napeti bude solami clanek ve skutecnem provozu odevzdavat, urcuje pracovni bod clan­ku. Pracovni bod solamiho clanku se nachazi ve 4. kvadrantu grafu, a to znamena, ze napeti pri solarnim provozu ma stejny smer jako propustne napeti diody. Proud vsak tece v zapornem smeru, tedy obracene. To znamena: zatimco normalni, vodi­va dioda energii spotrebovava, solami clanek elektrickou energii odevzdava - pri stejne polarite napeti. Kde pracovni bod presne leii, zavisi na dvou veeech: zaprve na intenzite osvetleni, kterou se meni poloha platne charakteristiky, a za druhe na zatizeni solamiho clanku, ktere urcuje polohu praeovniho bodu na kfivce. Je-li za­tez nizkoohmicka, leii pracovni bod vice vlevo, blize osy y, protoze nizkoohmicka zeitez odebira i pfi malych napetich relativne velky proud. Naopak pri vysokooh­mickych zeitezich napeti stoupa, zatimco proud zase klesa. Maximum vykonu lezi v ohybu kfivky. Zde je jeste pokles napeti maly, prestoze jiz teee znacny proud (MPP: Maximum Power Point, bod maximalniho vYkonu). Optimalni bod MPP se urei tak, ze bude mezi osami x a y vymezovat pravy uhel s co nejvetsi plochou. Velikost teto plochy je totiz soucinem proudu a napeti pracovniho bodu a tudiz odpovida vzorci pro elektricky vykon

P = U.l.

Pfi malem osvetleni leii kfivka blfze osy x. Ploeha praveho uhluje mensi, tedy je mensi i vykon elanku.

Ne vzdy je k dispozici pole kl'ivek udavajicich vztah proudu a napeti (charakte­ristik). Je mozno si vsak ueinit obraz i z nekterych charakteristickych udaju. Maxi­malni dosazitelny proud 1m " je dan prusecikem kfivky s osou y (osou proudu,

Obr. 5.2

r ::::. OJ

"" c ·ro ;0

"0 OJ e

0..

NapiHi clanku (U)-.

Op/imalni bod MPP vymezuje maximalni vykon clanku ph urCi/em osve/leni

67

prcdstavujici soufadniei nuloveho napet!). Nazyva se proud nakreitko. Maximalni lIapeti clanku, napeti naprazdno, je dana pruseeikem kfivky s osou x (osou napeti, pi"cdstavujici soul'adnici nuloveho proudu). Proud a napeti optimalniilo bodu vy­Ill czuji maximalni vykon clanku. Tyto hodnoty museji byt udavany pro urcite, po­klld mozno smysluplne intenzity osvetleni. Obvykle se udaje vztahuji k osviceni vykonem I kW/m2• Take vynos elektrieke energie ve W /m 2 je pouzitelne meritko ~rovnani ruznych clanku. Pro prakticky provoz hraji dulezitou roli pfipustne teplo­Iy, protoze na prudkem slunci se solami clanek radne zahfeje. Mel by snest az \ 00 0c. Avsak pri vysokych teplotcieh se zhorsuji elektricke parametry clanku. Vein­!lost klesa asi 0 0,5 % na kazdy stupen teplotniho narustu. Jmenovite hodnoty se I.pravidla udavaji pro 20°C.

Jestlize nejsou k dispozici zadne udaje 0 so lamim clanku, je mozno eharakteris­liky zjistit jednoduehym meficim obvodem.

'> .•. , Zdroj svetla 5#;:::\\ ~

1­

u

Solarni Wmek

()IJ/~ 5.3 Mefici obvod ke zjWeni charak/eristik solarniho C/clI1ku

Tento mei'ici obvod je stejny jako mefici obvod pro fotodiodu v kapitole 6. Po­Icnciometr slouzijako nastavitelna umela zatez. Nejvhodnejsi hodnota jeho odporu 1.:lvisi na velikosti (a tudiz vykonu) elanku. Orientacni hodnoty: pro maly fez 0 plose lIekolika cm2 je optimalni 1 kO, pro uplny plMek 1 O. Pri mereni se clanek vystavi konstantnimu osviceni, napf. slunencnimu svetlu za bezoblacneho dne nebo svetlu sioini lampy. Po zmereni kfivky soi<imim clankem ponekud pootocime, takze jiz Ilebude natocen kolmo ke slunei. Timto zpusobem menime intenzitu osviceni. Pri pouziti umeleho svetla menime vzdalenost mezi clankem a zdrojem svetla. Pro \(azdou kl'ivku poteneiometr postupne prestavujeme a v kazde poloze zmefime hod­IlotU proudu a napeti. Napeti naprazdno se zmeri pri rozpojeni proudoveilo obvodu. \' 1'0 zmereni "temer zhatu" je mozno potenciometr stahnout aZ na nulu, aniz by se s()lami clanek poskodil.

Jako priklad mereni jsme zvo li li solami nabijecku, ktera byva k dostani v obcho­(\(;eh s elektronikou. Obr. 5.4 ukazuje zapojeni a usporadani mefeni, obi: 5.5 pak vlastni nabijecku.

68

Db,: 5.4 Sesl s% rnich Clonla, para/e/ne nabiji az ctyi'i akumulatolY Mignon

Stavba sohimi nabijecky je docela jednoducha: sest rem solamich clanku je za­pojeno v serii a nabiji az 4 paralelne zapojene niklkadmiove elanky. Dioda chnini solami elanky. Paralelni zapojeni je nutne kwli malemu poetu solamfch elanku.

Db,: 5.5 So/am! nabijecka

69

Vysledky meteni pro sluneeni a umele svetio jsou zaneseny v grafu na obr. 5.6. lined je patme, ze nabijeeka poskytuje i'adny vykon teprve za sluneeniho svetla. K tomuto grafu se jeste jednou vratime.

(}br. 5.6

Napeti clanku (V) __

r ~ .s ~ -20 c

-co ;u

g ·30

c::

·40

0.5 1.5 2,0

-50 ' f. . .1 II ...

Zmerene lidaje solami nabijecky

2.5 3.0

Graf proud-napeti (obr. 5.1) take ukazuje, ze charakteristika je tim pi'iznivejsi, 6imje vzdalenejsijeji ohyb od nuloveho bodu, tzn. eim ostreji se ohyba. Idealni by hyla kfivka zalomena v pravem uhlu.

Pomer plochy - tedy vykonu - teto idealni kfivky k plose pod skuteenou charakte­ristikou se naz)'va einitel plneni. Je to jedno z kriterii pro posuzovani ueilmosti mate­rialu solamich elankU. Na ob,~ 5.7 jsou vyznaeeny optimalni body charakteristik.

()b,: 5.7

r :J

.>< c ·co ;u '0 :::l e a.

Napeli clanku --.

Cinilel plnenije pomer mezi plochou pod khvkou charakterisliky a plochou pod pravym tihlem vymezenym souradnicemi napeli naprazdno a proudem nakratko

70 71

PfesTIli poloha pracovniho bodu a tim i vykon, ktery solamf chinek odevzdava pi'ipojenemu spotfeb ici, je urcen osvicenim clanku charakteristikou proud - napetf spotfebice. Ta vypovida, j ake proudy spotfebic pfi ruznych napetich odebira. V nejjednodussim pfipade to j e odporova charakteristika: Cim vyssi je napajeci na­peti, tim vetsf (pfimo umem e) je protekajfci proud. Graficky je tato charakteristika znazomena pffmkou vychazejici z nuly (pruseciku os soufadnic). Pomer napeti k proudu v kteremkoliv bode teto pfimky je pak hodnota odporu.

Na ob,~ 5.1 je napf. vyznacena pfimkova charakteristika odporu 0,36 D.. Pruseci­ky mezi touto charakteristikou spotrebice a charakteristikami clanku urcuji kombi­nace proudu a napetf, tedy vykony, ktere jsou pri ruznych osvicenfch solarnich clanku napajejicich tento spotrebic skutecne nastaveny. Je videt, ze tyto body neod­povfdaji vzdy optimalnfmu pracovnimu bodu pfislusne kfivky. Nicmene bychom se ph volbe typu elanku, prip. propojeni vice solamfch clanku meli postarat 0 to, aby pfimka spotrebice v nejdulezitejsich provoznich rezimech protinala charakte­ristiky clanku v oblasti ohybu. Ptimka odporu 0,36 0. vyuzfva vysoke intenzity osvicenf, tzn. pracovnf body lezi blizko optimalnich bodu . Naproti tomu spoti'ebie 1,3 0. (carkovane) pracuje i pri malem osviceni uspokojive. Je napajen pomeme nemennym napetim, nikdy vsak nevyuziva maximalni vykon (MPP) clanku. Je rovnez vyznacena optimalni charakteristika spotreb ice. Spojuje optimaln i body, ne­prochazi vsak nulou, tzn. ze to neni charakteristika odporu. Ph velmi rozdilnych proudech, pfip. vykonech se napeti meni jen nepatme. Komponenty s podobnou charakteristikou spotfebice vsak existuji. Napf. akumulatory vykazuji prave tako­vy prubeh charakteristiky. To je vyhodne, protoze energii solimiho clankujen zffd­ka potfebujeme prave v case intenzivniho slunecniho svitu, a proto musi byt pfechodne uskladnena. K zabezpeceni optimalni soucinnosti museji byt ph vyberu solami clanek a akumulator navzajem peclive pi'izpusobeny. Chceme-li u spotfebi­eu s mene pffznivymi charakteristikami navzdory kolisajicimu osvetleni mit stale nastaven optimalnf pracovni bod, musf se zatizenf so lamfho clanku e lektron icky regulovat.

Solarni moduly

Solami clanky se zfidka vyskytuje osamocene, a to zejmena kvuli malym nape­tfm clanku. V seriovern zapojeni se jednotliva napeti seeitaji Napeti i5lanku zavisi, jak jiz bylo uvedeno, na osvfceni a zatizeni elanku. GrafY ukazujf, ze v kazdem pffpade je mozno poeltat asl s 0,4 V, ph oblaene obloze (500 W /m2) a zatizenirn neoptimalni odporovou charakteristikou to je jeste mene. Pro 12voltovy system je tedy zapotfebi spojit do serie nejmene 30 clanku, lepe vsak 35 az 40. Ph pouziti akumulatoru 12 V nesmime zapomenout, ze je zapotfebi nabij eci napeti asi 14 V. Pfilis rozmame vsak bychom seriove zapojeni take nemeli dimenzovat, nebot' na­peti naprazdno by bylo pri plnem ozareni pfilis vysoke.

Proudovy zisk clanku zavisi - krome jeho technologickych vlastnosti a osvicenf na plose clanku. Je to logicke, protoze vetsi plocha zachyti vice slunecni energie.

Vhodnym paralelnim spojenim clanku je mozno proudovy zisk zvysit. Naopak je II10zno (monokrystalicke) so lami clanky delit (napf. kulaty clanek na ctvrtiny), aniz hy byla nepfiznive ovlivnenajej ich funkce . Pouze dodavany proud klesne umeme I.byle casti celkove plochy.

Serioparalelne zapojene solimi clanky se vetsinou oznacujijako solamf moduly (nebo solami panely) . Ph spojovini jednotlivych clanku je nutno podle potfeby do ; ;lpojeni zaclenit ochranne diody, ktere zabrailuji porucham pfi malych napetich , lIapf. pfi zatazene obloze. Obr. 5.8 ukazuje ochranne diody mezi solamimi clanky :I akumulatorem.

~ ~ 0, ~~ I ~~ -r- "'T'" It spotfebic

I I: : jI I I I

~---L- ~

T T A

()h/~ 5.8 Ochranna dioda zabranuje, aby ph nedosfafeCm!171 oSVI?fleni fekl e/ekfrick)i proud z akumulatoru do solarniho clill1ku

Ph pfilis malem slunecnim svituje napeti na clancich nigi ndjmenovite napeti :Ikumulitoru, tedy nez 12 V. Protoze solami clanky jsou svym principem diody, Il:ce jimi v tomto pfipade proud z akumulatoru, a to obracene, nd je "normaln i" smer proudu. Tento proud muze clanky poskodit. Bohuzel takova ochranna dioda vaze ureite napeti, pri pouziti levnych kfemikovych diod to je asi 0,7 V. Dokonce i na drahych Schottkyho diodach dochazi k ubytku asi 0,3 V. Ke kompenzaci toho­10 ubytku je nutno pfidat jeste jeden az dva clinky. Na obr. 5.11 jsou akumularory dodatecne chnineny pojistkou. Je-li paralelne spojeno vice seriovych vetvi, musl byt kazda z nich opatfena vlastni ochrannou diodou.

To brani, aby se zastinena (nebo poskozena) vetev celeho zapojeni stala spotfebi­cem a tim zatfzila nebo dokonce poskodila ostatni vetve. Vyrobci modulll s vyssimi napetimi chrani kazdy clanek paralelni, vzhledem k fotovoltaickemu napeti opacne polarizovanou diodou, aby se ph zastineni clanku, napf. listem ze stromu, za brani­In pfekrocenf prurazneho napeti fotoclanku , ktere cini asi IS V.

73 72

I 8~~ ~..:L ~

1 ~ ~ ... spotfebic

I I I ITI

TI

"j1 I ~~

T T (.:) Obr. 5.9 Ochranne diody v seriovych vetvich

Prace se solarnimi CIanky

Solami clanky jsou elektricky velmi "vstficne", hodi se dobfe pro jednoduche ziskavani proudu, kdy ucinnost nehraje rozhodujici roli , napf. k napajeni radia nebo malt~ho elektromotorku (ventilatoru). Maloplosne clanky jsou navie k dostani za vyhodne ceny. S tenouckymi plMky vsak je tfeba zachazet s nejvyssi opatmosti. V kazdem pfipade byste je meli nalepit na stabilni no sic z izolujiciho materialu,

G..,

a - skleneml nebo pnThledna plastova deska b - sohirni clanky c - lankovy vodic d - penova hmota e - zakladni deska (kombinace plast - kov) f - dutiny zabranujici hromadeni tepla

Obi: 5.10 Vestavba solarnich Clanku: zde jsou clGnky tlaceny k celni sklenene tabulce penovou podloikou

Ilapr. akryloveho skla. K lepeni je nejlepe pouzit pruzne lepidlo, napfiklad akrylo­vou lepici pasku nebo hmotu na bazi silikonoveho kaucuku. Pruzne nalepeni zabra­IIi poskozeni, nap!'. prasknuti citliveho kfemiku v dusledku rozdilne tepelne I'Oztaznosti nosneho materiatu a clanku. Kdyz solami clanek pfece jen praslme, IIlmi to zadna tragedie. Vetsinou se daji propojovaci drahy obou cast! kouskem Icnkeho lankoveho yodice opet elektricky spojit. Pajeni na clancich neni zadnym problemem. Jen na okrajich je nutno davat pozor, aby nevznikly zkraty mezi vrchni 1\ spodni stranou desticky. Vsechny pfipoje by mely b0 provedeny ohebnymmede­lIym lankem. Pri pajeni a pokladani lanek dbejte, aby tate lanka nepusobila na ~ lanek zadnou znatelnou silou. Lanka vedouci yen tedy musi byt odlehcena. Zadni ~lrana clanku je kladnym p6lem, rnIizka na celni strane rozvadi zapomy potencial. Ma-Ii byt solami clanek dele vystaven pusobeni slunce, doporucuje se zajistit vet­r(ll1i krytu clanku.

Solami zarizeni k ziskavani energie

Navod na projektovani a realizaci solamiho zafizeni urceneho k napajeni elek­Iriekym proudem by pfekracoval ramee teto knihy. Konecne na toto tema - v od­hornem zargonu fotovoltaiku-existuje eela fada rUznyeh publikaci '). Kdo projektuje solami zafizeni, musi se s touto teehnikou dUkladne seznamit, nebot' ucinnost tako­vcho zai'izeni velmi eitlive zavisi jak na jednotlivyeh komponentaeh, tak ina jejieh iicstaveni. Zpravidla sestava solami zarizeni ze solamieh panelu (s pfldavnymi ob­vody), akumulMoru ke skladovani ziskane elektricke energie, regulacni a fidicijed­notky a obvykle jednoho stfidace, ktery stejnosmeme napeti systemu 12 V nebo 24 V meni na stfidave napeti 230 V elektrieke site.

Prvnim krokem projektovani je stanoveni doby slunecniho svitu. K tomu se pou­'I. iji tabulky se stfednimi hodnotami za nekolik let. Dale je zapotfebi si rozmyslit, I.da panely budou namontovany pevne nebo na zamerovaci zarizeni. Poloha Slunee :t tim i uhel, pod kterym dopadaji slunecni paprsky na solami clanky se v prubehu dne a roku meni. Zisk (vynos) energie se meni s funkci eosinus tohoto uhlu. Na­sledkem toho pevne instalovane clanky ziskavaji znatelne mene energie nez pane­Iy, ktere sleduji drihu Slunee. Navadeni vsakje spojeno se znacne vyssimi naklady ;1 ztraci se pfi nem i cast ziskane energie.

Bohuzel i modemi solami clanky mohou promenit na elektriery proudjen velmi lIlalou cast svetla. Pri volbe solamich clanku se nabizeji tfi zakladni teehnologie: lakzvane monokrystalicke clanky maji nejvyssi ucinnost (v soucasnosti 15-20 %,

") A. Henze, W Hillebrand: Elektrickj proud ze slunce, Jotovolfaika v praxi, vydalo nakla­datelstvi HEL v ro ce 2000. Phnasi nejnovejsi inJormace 0 fee/mice, nabidce na frhu a 5vepomocne stavbe.

74

laboratomi vzorky jiz 25%). lsou vsak take nejdrazsi, protoze jsou zhotoveny z vysoce cisteho kfemiku, z nehoz se vynlbeji i jine polovodice. Z kulat(~ho kotou­ce 0 prumeru 3-5 palcu (7-12,5 cm), tzv. "waferu" se vyi'ezou pravouhle phitky, ktere se daji prostorove uspome kombinovat do panelu. (Pfiletitost pro kutily, ne­bot' odfezky je mozno za vyhodnou cenu koupit) . Monokrystalicke clanky jsou tmave-modre a lze je poznat podle rozvetvenych lamel k odberu proudu.

U solamich clankll z polykrystalickeho kiemikujsou pozadavky na cistotu mate­rialu nizsi. Tim se snizuje ijejich cena, avsak i ucinnost (asi na 16 %). Polykrysta­licky material pozname podle tfpytiveho, Iedove kvety pfipominajiciho povrchu. Vyrabeji se ve ctvercich (standardni rozmery 10 x 10 cm).

leSte levnejsi a bohuzel i mene ucinne jsou solami clanky z amorfniho kfemiku (a-Si). Pri jejich vyrobe se kfemik napal'uje a pfipeka na skleneny nosny podklad. To cini tento typ clanku obzv last' stabilnim. Krome toho Ize laserem vyrezat na skle libovolnou strukturu a tim nastavit pozadovane napeti panelu, aniz by se musely nalepovat jednotlive clanky. Amorfni solami clanky vykazuji svym napetim od 0,8 V az do vice nez 1 V vyssi clankove napeti nez krystalicke elanky. Ucinnost se u seriovych vyrobku pohybuje kolel11 10 %, byly vsak jiz zhotoveny vzorky s 13 %. Amorfni solami panely mei'i 30 x 30 cm (12 V nebo 24 V) a maj i matny, nacerve­nale modry meiiavy povrch, pl'ipominajici olejovou vrstvicku. Novejsi tenkovrstve clanky z medi, india a selenu se dostavaji na ucinnost 9-14 %. Diky znacne jedno­dussim vyrobnim postupum a tim podl11inenym nizsil11 vyrobnim nakladum se s technologii amorfnich Clallku spojuji velka ocekavani v budoucnosti.

Dva priklady napajeni solarnimi chinky

Zapojeni nabijeeky akumulatoru je opravdu jednoduche (oblc 5.4 a obr 5.11) a take jeji dil11enzovani neni problel11el11 . Zatimco nabijecka na oblc 5.4 kvuli za­chovani univerzalnosti a nizkych nakladu nabiji akumulatory paralelne - coz vyza­duje, aby akumulator, ktery ma byt nabijen, byl vyjmut z pl'istroje, ktery napaji, pracuje nabijecka z obi" 5.11 s napetim 6 V. Pro pocet za sebou zapojenych clanku plati to, co jiz bylo feceno ryse. U laboratomiho vzorku bylo pouzito 20 clanku velikosti 20 x 10 mm k nabijeni peti do serie zapojenych NiCd akumulatoru v provedeni Mignon se jmenovitYl11i hodnotal11i 1,2 V a 500 mAh. Za slunecneho listopadoveho dne davaly clanky pres nizko stojici Slunce stale jeste 20 rnA, taue k nabiti zcela vybitYch akul11ulatoru bylo zapotl'ebi poeitat s dobou nabijeni asi 22 hod in. V lete, pi'ip. s vetsil11i clanky to jde pfirozene rychleji.

NiCd akul11ulatory jsou pomerne necitlive na prebijeni, taue prekroceni nutne doby nabijeni neni kriticke. Ze stejneho duvodu by se ph dimenzovani nabijecky pro jina napeti meljeden clanek spise pfidat net ubrat. lako diodu zabranujici vybi­jeni je mozno pouzit obycejnou kfemikovou diodu 1 N4148 nebo germaniovou di­

75

n(\u, ktera ma tu prednost, ze vaze mene nabijeciho napeti (0,4 misto 0,7 V kfemi­k()ve diody). Schottkyho dioda se asi kvuli sve vysoke cene nevyplati. Diky ochranne diode se solami clanky nel11useji odpojovat ani tehdy, kdyz akumulatory napajeji Ilcjaky spotrebic. lestlize do jednoduche rucni baterky vlozime akul11ulatory a na leii pouzdro instalujeme solami clanky, dostaneme provozne levnou a ekologicky ~drnOu solarni rucni lampu (carkovana cast obvodu na obi" 5.11).

I )f)/~ 5.11

AA119

I +-­-l'L ~ r0~ 1-1 ,..

I20 Zellen I

20xl0mm l .... 1

....-J..­

.,.. 1

--L­

S NiCd·Akkus poi,2V/O,SAh

• Zapojeni solami nabijecky akumulatoru NiCd

Velky pocet clanku zde navrhovane nabijecky na prvni pohled predstavuje nevy­i10du ve srovnani s hotovou solami nabijeekou popsanou na zacatku. Zkoumame-li lIamerene charakteristiky presneji, vychazi najevo, ze toto zapojeni neni bez pro­hlemu. Aby bylo mozno odhadnout dobu nabijeni, je v grafu zanesen obdelnik (I souradnici 2 V. Tyto 2 V vychazeji ze souetu nabijeciho napetI NiCd akumulatoru :lsi 1,4 V a propustneho napeti ochranne diody 0,6 V. Predstavuji tedy napeti, ph Inerem jiz nabijeci proces [Mne probiha. Z grafu je patme, ze proud, ktery stoji za l.I11inku, teee jen pri osviceni sluncem, a i ten jen sotva stacI: as i 17 mA, pi'ip . 24 mAo Pro normalni akumulator Mignon s kapacitou 500 mAh je tedy zapotrebi ~O bezoblacnych hodin slunecniho svitu (behem kterych se museji solami clanky IIaSmerovavat na Slunce). Pro 4 paralelne zapojene akumulatory je nutna nabijeci doba 80 hodin - tato cisla hovofi sama za sebe. Problem tohoto zapojeni spociva Ii ochranne diode. Kdybychom ji mohli ozelet, stacilo by nabijeci napeti 1,4 V ;1 v grafu bychom videli, ze proudy jsou ph 1,4 V podstatne vyssi (asi 25 mA, pi'ip. 15 mA). Umeme tomu se zkrati doby nabijeni. Protoze vsak ochrannou diodu ne­lIluzeme vynechat, nabizeji se dYe reseni: bud' nahradime kiemikovou diodu dio­dou genl1aniovou s mensim prahovym napetim Uinak to nic zvlastniho nepfinese, :ile take to skoro nic nestoji), nebo - a to je lepsi reseni - predem vykompenzujeme {,bytek napeti dalsim jednim nebo dvema solarnimi Wmky.

76

Solarni radio

Trochu nakladnejsi nd solami nabijecka, ale zato velmi nazomy aplikacni pfi­klad je nasledujici solami radio. Prij ima stredni vlny a je snadne je postavit, protoze veskera elektronika pi'ijimace vcetne nf zesilovace je obsazena v integrovanem obvodu ZN4l6E. Doplneny museji bYtjen komponenty, ktere se nedaji integrovat, a samozfejme solami clanky. Diky poslechu pres sluchatkaje odber proudu nepatr­ny, a sice mezi 5 a 8 rnA, a integrovanemu obvodu staci male napajeci napeti. Proto k napajeni postaci ctyfi do serie zapojene solami clanky 0 rozmerech 20 x 10 mm. (U laboratomiho vzorku na fotografli byly paralelne spojeny dva seriove retezce solamich clanku jako rezerva ve dnech se zatazenou oblohou).

Vypinac S 1 muzete vynechat, kdyz se radio stavi tak, ze clanky jsou obraceny smerem dolu. Pomeme velky elektrolyticky kondenzator C6 pfipojeny paralelne k clanleUm potlacuje rusivy brum zpusobeny umelym nebo nezadoucim svetlem. Protoze nase elektricke osvetleni pochazi od sti'idaveho napetl 50 Hz, to znamena, ze stokrat za vtefinu se rozsviti a zase zhasne, kolisa pri umelem osvetleni stokrat za sekundu i produkce elektricke energie solamim clankem. Elektrolyt tyto vykyvy vyrovnava a zabranuje, aby se kolisani projevilo ve sluchatkach jako slysitelny brum. Otocny kondenzator CI a civka L1 feritove anteny tvofi kmitavy obvod slouzici k vylad'ovani prijimanych vysilacu. Otoeny kondenzator je snadno do­stupny standardni typ s kapacitou asi 500 pF (f6liove dielektrikum). Je mozno po­uzit i stary kondenzator z vyi'azeneho tranzistoroveho radia. Trochu manualni prace vyzaduje feritova antena. Feritova tyc 0 prumeru asi 1 cm a deice asi 5 cm (popfi­dade muzete delsi tye zkratit) se nejdfive polepi jednou nebo dvema vrstvami pev­neho papiru. Pak se na tyc tesne vedle sebe navine 60 zavitli medeneho lakovaneho dratu (CuL) 0 prumeru 0,5 mm. Vinuti se pak fixuje rychleschnoucim lakem nebo lepidlem (momo i lakem na nehty). (Pouzitim vysokofrekvencniho lanka namisto medeneho lakovaneho dratu je mozno zvysit jakost kmitaveho obvodu a tim i se­lektivitu pfijimace). K montazi feritove tyce na desku pouzijte umelohmotny pro­vazek nebo gumovy pasek, nikdy kovovy drat! Pro prvni test pfijmu byste jeste nemeli feritovou antenu definitivne montovat. Jestlize totiz pfijimae kmita, prip. piska, je mozno to odstranit jejim pootocenim. Jestlize kmitoCtovy rozsah pfijima­ee nesouhlasi s po.zadovanym pasmem - laboratomi vzorek by mel pracovat mezi 450 kHz a 2,2 MHz, muzeme jej odmotanim nekolika zavitu (ie-Ii kmitocet rozsa­hu pfilis nizky) nebo naopak navinutim nekolika zavitli (ie-Ii kmitoeet rozsahu pri­lis vysoky) upravit. Ke kontrole kmitoctoveho rozsahu porovname solami radio s normaln1m stfedovlnnym pfijimacem, nejlepe behem dne, kdy pasmo neni jeste pfeplneno vysiJaci.

• viz text

+ < 10 mA

I51

Z1 + ~

d;:i 1,5 ... 2V

~1 ~ ¥

77

.~

~

~ -:j '.:'

~_'l4t-~ -&Hl-=

()br. 5.12 Zapo)eni solarniho radia. Veskera elektronika)e obsaiena v jednol17 integrovam?111 obvodu

Jako sluchatka se hodi obycejna sluchatka k walkmanu 0 impedanci 2 x 32 D. !'dirka vsak bude propojena tak, aby obe vlozky byly v serii a celkova impedance ':;inila 64 D , proto nezapojujte paralelne! Ostatne odber proudu bude rozhodujici merou ureen sluchatky. Pouziji-li se sluchatka s 2 x 2000 D, ktere byly normou v drivejsich dobach radia, vystaci solami radio s 1,5 rnA. Zapojenije mozno posta­vit na desce s rastrem otvoru nebo pomoci klise (viz pfiloha) si desku plosnych

spoju vyrobit.

Obr. 5.13 Uspohldani soucastek na desce plosl7ych SpO)11. PN stavbe l1a rastrove desce

se soucastky usporadaji podobm?

78

Ob/~ 5.14 So/ami radio

Shroud

•:. Napeti solamiho clanku rna smer propustneho napetl diody.

.:. Pracovni bod solamfho clanku (napetf a proud) zavisi na ozMeni sluncem a (elektrickem) zatizeni clanku .

• :. V optimalnfm pracovnim bode (MPP) je odebirany vykon (pri urcitetn osvice­ni) maximalni.

.:. Proudovy vynos solarniho materialu je primo utnemy povrchu clanku.

.:. Solami clanky museji byt chraneny (napt'. diodou) pfed tim, aby jimi za tmy tekl proud z pripojeneho spotfebice.

79

6. Svetelne zavory a hlasice pohybu V pfedchazejfcich kapitolach byly optoelektronicke zdroje svetla ("vysilace")

:1 polovodicova cidla ("prijimace") pojednavany oddelene. Mnoho modemich op­loelektronickych aplikaci obsahuje oba typy soucastek. Pouzivaji svetelny paprsek ke spojeni mezi vysilacem a prijimacem. Toto spojeni rna mnoho uzitecnych vlast­110sti: svetelny paprsekje mozno pouzit k zachyceni pohybu (svetelna zavora, hla­sic pohybu), lze ustavit vysoce kvalitni prenos signa lu bez medeneho yodice (infracervene dalkove ovladace, svetlovodne kabely), take je mozne elektricky na­VZ<ljem oddelit jednotlive obvody, a pfesto mezi nimi prenaset signaly (optoelek­Iricke vazebni cleny) atd.

Svetelna z:lvora

Svetelna zavora se sklada ze dvou casti: vysilace, napf. zarovky nebo jednoduche diody LED, a phjfmace, ktery reaguje, kdyz "nevidi" svetelny paprsek vysilace. Svetelne zavory napt'o ovladaji defe obchodU. Projde-li nekdo svetelnou zavorou, svetelny paprsek se pferusi a elektronika napojena na pfijimac zajisti otevfenf dve­r-r. Princip je jednoduchy a pfislusne zapojeni rovnez .

iI .,r; ~'ED~~t5\)~

• viz text

()b/: 61 Jednoduche zapojeni svete/ne zavory (~ iarovkou nebo diodou LED)

lako cidlo slouzi diky svemu vysokemu proudovemu zisku fototranzistor, proto­I,e na rychlosti zde nezalezi. Ph dopadajicim svetelnem paprsku fototranzistor Tl vede a jeho kolektorove napeti je tedy nizke - a naopak pfi pferuseni paprsku vyso­ke. Tranzistorem T2 se toto napeti zesili a protoze tento tranzistor pracuje rovnez v zapojeni se spolecnym emitorem, logicky obrati. Kolektorove napeti tranzistoru

80

T2 je pri nizkem bazovem napeti, tedy dopadajicim paprsku vysoke. Pri preruseni paprsku klesa. Na tretim tranzistoru dojde k dalsimu prevraceni: protoze se jedml o tranzistor PNP, ktery potrebuje kladne emitorove napeti, zpusobi vysoke bazove napeti na T3 (mefeno vuei zemi), ze napeti baze-emitor tohoto tranzistoru bude male a tranzistor se zavfe. Tim, ze nebude protekat kolektorovy proud, zustane rele v klidovem stavu. Jestlize pri pferuseni svetelneho paprsku kolektorove napeti tran­zistoru T2 klesne, bude nizke i napeti na bazi tranzistoru T3, ale diky tomu vsak bude jeho napeti baze-emitor dostateene velke, aby se tranzistor T3 otevfel. Jeho kolektorovy proud zaene protekat pres rele k zapomemu polu napajenim a rele phtahne. Citlivost zapojeni je mozno menit odporem RI.

Dioda paralelne k rele chrani tranzistor T3 pfed prepetim pfi odpojeni rele a kon­denzator potlaeuje ruseni prijimana tranzistorem Tl a zesilovana dalsimi tranzisto­ry. Odpor R4 je nutny, kdyz pfipojene rele neodpovida nasemu napajechnu napeti. Mel by by! uplatnen pfi pouziti 6voltoveho rele Ueho hodnota by byla 180 Q nebo 220 Q).

Toto jednoduche uspofadani se hodi pro jednoduche aplikace a to takove, kdy mezi vysilaeem a pfijimaeem je mala vzdalenost bez dalsich, rusivych svetelnych zdroju, jako napf. vidlicove svetelne zavory, vidlicove vazebni eleny s mezerou nekolika milimetru. Takove svetelne zavory se pouzivaji napf. v disketovych me­chanikach poeitaeu. Zjist'uji, zda ob!nko pro blokovani zapisu je otevreno nebo zavfeno (u starsich disket 5,5 palce se testovalo, zda je vyfez v obalce diskety pfe­lepen). Se silnou zarovkou a ureitou ochranou pfed nezadoucim svetiemje mozno premostit i podstatne vetSi vzdalenosti.

Pro mene ideaJni aplikace se zapojeni z obl~ 6.1 hodi mene. Ma to souvislost pfedevsim s funkcnim principem: fototranzistor prijima vedle svetia diody LED

Obl~ 6.2 Talo vidlicova svetelna zavora zjist'uje, zdaje vyrez v obalce diskety prelepen

81

lake svetio z okoJi, ktere ph pferuseni svetelneho paprsku muze zabranit pfitazeni rde. Existuje fada technickYch triku, jak tento rusivy vliv potlaeit:

I. Pouzije se silnejsi zdroj svetla, napf. vice diod LED s vysokou ueinnosti nebo zarovka, aby podil okolniho svetla v celkovem osvetleni fototranzistoru byl mensi. Prah citlivosti (odezvy) zapojeni musi byt pee live nastaven, napf. pfes­nymi hodnotami kolektorovYch odporu tranzistoru Tl a T2 nebo pouzitim integrovaneho obvodu s komparatorem.

2. Pomoci svetelneho krytu kolem fototranzistoru nebo optiky pfed nim se zajis­ti, aby tranzistor "videl" jen vysilae a nebyl osvetlovan rusivymi svetelnymi zdroji.

.1. Filtrem se omezi citlivost phjimaee pouze na barvu svetla vysilaci diody LED, napf. infracervenou. Okolni svetio sice take obsahuje infracervenou slozku, ale takovym zpusobem bude svetiu vysilace zajisten vetSi vliv, protoze ostatni spektralni slozky okolniho svetla nebudou pfijimaeem registrovany.

4. Svetlo se moduluje, tzn. ze se nevysila zadny spojity svetelny paprsek, nybrz se dioda LED budi obdelnikovymi proudovymi impulzy ureity kmitocet. To je nejjistejsi metoda, ale klade rnnohem vetSi naroky na vysilae a pfedevsim na pfijimae. Na obi: 6.3 je pfiklad takoveho zapojeni.

()br. 6.3

'1 I I 14 18

9V

.,.. C7 I I

-L­ l'uu~L.,..I ...... ~· ..J-c-+-l' 1T3

25% =3,5kHz

Modulovany vysilac svella s pNdavnym budicim obvodem a odpovidajici prijimac

KaMe z obou zapojeni je seskupeno kolem jednoho integrovam:ho obvodu. lJ vysilaee je oscilator postaven na rozsifenem easovaCi 555. Odpory PI, RI , R2 :I kapacita C 1 nastavuji kmitoeet asi na 3,5 kHz. Neni zvolena pfilis vysoky kmito­

82 83

cet, ale pokud umele svetlo "kolisa" jen s kmitoctem 100 Hz, mohou vznikat znac­ne podily vyssich hannonickych. Ty jsou vsak pri 3,5 kHz jiz velmi male. Pouiiti infracervene diody LED (LD 271) umoznuje - pokud jako pfijimac bude pouzita specialni infracervena fotodioda (BPW 41) - infracervenym filtrem potlacit vidi­telne sloiky okolniho svetla.

Proud fotodiody zpusobi v obvodu kolem tranzistoru T2 ubytek napeti zavisly na svetlu. Tranzistor v tomto postaveni prebira funkci pracovniho odporu fotodiody. Na rozdfl od skutecneho odporu vsak rna schopnost pusobit pro stejnosmeme a nizkofrekvencni proudy jako velmi maly odpor a pro vysokofrekvencni proudo­ve slozky jako vysoky odpor. Tim se u vysokofrekvencnich proudu, k nimz patfi i signaly z vysilace, dosahuje velkeho ubytku napeti, zatimco denni svetlo nebo nizkofrekvencni umele svNlo vytvori jen nepatme napeti. Zkratka pro uzitecne sig­naly je obvod citlivy, pro ruseni pak podstatne mene. Kondenzator C2 propusti jen stfidave sloiky tohoto napeti, protoze stejnosmerne slozky pochazejici od konstant­niho, tedy pfedevsim pfirozeneho svetla okoli nebudou jii dale zapotrebi. Presneji receno tvoh kapacita C2 a odpor R5 homi propust, ktera dale potlacuje zbytky signalu s kmitoctem zhruba pod 100 Hz, tedy nejryznamnejsi slozky umeleho svetla. Tranzistor Tl v zapojeni se spolecnym kolektorem (emitorovy sledovac) zesiluje signal a pfivadi na integrovany obvod IC 567. Ten ve znazomenem zapojeni pracu­je jako dekoder signalu 3,5 kHz. Tento kmitocet je urcen odporem R 7 a kapaci­tou C5. Aby mohl byt vysilac i pfijimac pres eventualni tolerancni rozdily hodnot soucastek nastaven na stejny kmitocet, je ve vysilaci k dispozici potenciometr PI. Timto zapojenim je mozno budit indikaci - diodu LED s pfedfadnym odporem ­nebo male rele, napf-. 5V rele OIL. Na male zmeny kmitocet vysilace, napf. v du­sledku kolisani teploty, je zapojeni pomeme necitlive, protoze IC 567 vykazuje dostatecne sirokou oblast synchronizace.

sv • , ( +

10~

T16V c C8 rPB...". _6.~A

D2 ~ (3,5kHz)-....: ,

>200mVttBPW41N >200mVss

Funkcnost takovych zapojeni znacne zavisi na stavbe a ostatnich okolnostech. Vliv nezadouciho svetla je sice silne potlacen, ale pro vetsi vzdalenosti to pfilis lIeznamena. Musi se totiz zvysit vykon zdroje svetla. To je do jiste miry mozne se /.apojenim z uvedeneho pfikladu. Strida (pomer signalu k mezefe) vystupniho sig­Ilalu cini I : 3. Protoze dioda LED je zapnuta jen po Ctv11inu periody, je moino Ilastavit vyssi proud LED. Zde je pomoci odporu R3 nastaveno asi 50 rnA. (Dioda LED vyddi samozrejme vice). Ke snizeni zatizeni IC 555 se doporucuje vradit ll1ezi integrovany obvod a diodu LED emitorovy sledovac. Na able 6.3 je tento pfidavny obvod znazomen carkovane. Zde cini spickovy proud diod LED nekolik stovek rnA. Krome toho napajeci napeti 9 V staci pro dalsi diodu LED. Navic pro infracervene diody jsou k dostanijako pfislusenstvi specialni zrcadelka, ktera se na Ile nasadi. Dodatecnym zesilovacim stupnem v pfijimaci se da citlivostjeste zvysit. Tento maly soubor opatreni zvysi svetelny zisk nekolikanasobne; ten pak staci pro svetelnou zavoru se vzdatenosti I m mezi vysilacem a prijimacem. Nakonec se vysilac a pfij imac zabuduje do pouzdra. Reflektor vraci paprsek na protilehlou stra­

84

nu svetelne zavory. Jednoduehe zreadlo zde jako reflektor neni vhodne, protoze ten musi byt pfesne nastaven. Pouziva se obvykle trojitY reflektor C"kocici oko"). Tato zreadlajsou tvofena mnoha malymi odraznymi ploskami slozenymi tak, ze utvafeji rohy kryehli a tim ziskavaji tu vlastnost, ze kazdy paprsek odrazeji nezavisle na Uhlu dopadu zpet do jeho smeru. Pri realizaei tohoto uspofadani je nutno mit na zfeteli, ze vzdalenost mezi vysilacem a pfijimacem je dvojnasobkem delky svetel­ne zavory. U zabudovanyeh svetelnyeh zavor mohou nalezt nove uplatneni z lute nebo cervene svitilny na jizdni kola.

Obi: 6.5 Jeden prvek trojiteho zrcadla. Kaidj paprsekje nezavisle na sVlim ~(hlu dopadll odraien zpef do smeru, ze ktereho pfisel

Svetelne z3vory k zachycovani digitalnich velicin

Ackoliv svetelne zavory jsou znamy pfedevsim eoby otvirace dveri, hraji dnes ve svem malem provedeni stale vice roli jako cidla pro pocitace a jina cislieova zapo­jenf. Male vidlieove svetelne zavory jsou vyrabeny pro pffme pouzitf. ObI'. 6.6 ukazuje vidlieovou svetelnou zavoru CNY 37.

85

12,65 0 1,0 ko em , IO Zona citliv1a natO;:'iret,," t321 1+ 3,05~ ""'" ----:;

! !, t i ~I ,~~ I -w-

I. ' I'

$. -t­ -

I

I

1

H--Lfl 5,5

__ -r -himt~n ~P6f 19,' .1 I

14 24,6 •

Obi: 6.6 Pohledy na vidlicovou svetelnou zavoru CNY 37

2,54

rozmery v mm

V jednom svislem rameni je dioda LED a ve druhem fototranzistor Cbez bazove­ho vy-vodu). Mohou praeovat s jednim zjiz zminenyeh zapojeni, pficemz eela kon­slrukee klade na svoji realizaei jen nepatrne naroky. Pro doplnen! ukazuje obI'. 6.7

12.~5V

-:!: ~ cl_C,::E

I

Q 't Ie, "050L (0(0)

( ) iJr. 6. 7 Vidlicova svetelna zavora s Cislicovjm buzenim a vyhodnocowlnim

86 87

zapojeni s integrovanym obvodem CMOS. Obvod IC 4050 obsahuje sest (neinver­tujicich) budicich stupnu a nonnalne se pouziva k buzeni integrovanych obvodll TTL (rady 74... ) obvody CMOS (rady 40 ... ).

Napajeci napeti muze lezet mezi 5 V a 15 V. Jeden stu pen muze k zaporm:mu p61u svadet az 40 rnA (ph 15 V), coz staci k buzeni maleho rele. Protoze na zapor­nem pfivodu musi integrovany obvod zvladat mnohem vetSi proud nez na kladnem (max. 10 mA ph 15 V), je rele pfipojeno na kladny pfivod. Toto usporadani ma proto misledujici funkci: pokud na fototranzistor dopada svetlo, je vstupni napeti vysoke (tranzistor "vytahuje vstup nahoru") a vystupni napeti rovnez. Nasledkem toho neni na rele zadne napeti. Teprve pfi zastineni tranzistoru klesa vstupni a tim i vystupni napeti. Nyni rele pfitahne. Namisto rele (nebo paralelne s nim) je mozno pfipojit dalsi cislicovy integrovany obvod. Zajimavy je take odpor mezi vstupem a vystupem. Pusobijako "kladna zpetna vazba". Toto vystupni napeti pfivedene na vstup stabilizuje stavajici stav zapojeni. Jinak receno: zapojeni se preklopi do opac­neho stavu, teprve az napeti na fototranzistoru prekona zvyseny (pfip. snizeny) prah. Tento trik nas sice stoji trochu citlivosti , zabranuje vsak nejednoznacnym stavum (hystereze). Ph pouziti rele s malym napajecim napetim se musi do serie zapoj it predfadny odpor (viz vyse).

Budici stupen v privodu diody LED je nutny je tehdy, kdyz dioda nesviti trval'e, ale ma byt buzena signaly.

Obr 6.8 ukazuje aplikace vidlicove svetelne zavory. Pro pocitani nebo mereni rychlosti se na vystup vyhodnocovaciho obvodu namisto rele pripoj i pfislusne pri­davne obvody.

~ ~ ~

Otackomer je mozno pouzit k mefeni orucek, ale take ke zjist'ovimi postaveni kotouce, tedy uhlu natoceni vuci nejakbnu vztaznemu bodu. Takovy snimac ota­cek nebo uhlu nachazi dnes dlileZite uplatneni v robotice. Napf. hlllsi fidicimu po­Waci, v jakem uhlu se nachazi rameno robotu. K tomu je ovsem zapotrebi vice svetelnych zavor. .Tedna napr. poe ita, 0 kolik stupnu se kotouc pootocil, druha zjis­i'uje smer otaceni (ve smeru nebo proti smeru hodinovych rucicek), tfeti se pouziva ke stanoveni nuloveho postaveni kotouce. Tato svetelna zavora je nutna, protoze obe predchozi zjist'uji jen zmeny uhlu, nikoli vsak absolutni polohu. K tomu je "sak nezbytna dalsijedna dira v kotouci. Takove reseni se tremi svetelnymi zavora­ll1ije provozne uspesnejen za urcitych podminek. V modernich aplikacich se pou­I.lva takzvany uhlovY koder, ktery pracuje na dvojkovem (binamim) principu. Kotouc ,ie pfitom opatfen nekolika kruhy otvoru. Pocet otvoru se od jednoho kruhu k druhemu zmensuje na polovinu, zato sifka otvorLI se zdvojnasobuje. Tak vznika

vzorek znazorneny na obr 6.9. Tento k6dovaci kotouc fidi ctyfi svetelne zavory, leiici najedne radiale (polome­

III - usecce prochazejici stfedem). Kazdych 22,5° se meni cidly snimany vzorek, pficemz kazdy vzorek v prubehu jedne otacky kotouce je jiny, tzn. ze muze byt iednoznacne urcen kazdy segment tvofici 1116 kotouce a tim i postaveni kotouce s pfesnosti na 22,5°. Pokud bychom chteli zvysit pfesnost, museli bychom pfidat dalsi kruh s dvojnasobkem, tedy 32 segmenty. Pocet segmentu a umerne tomu i presnost roste s mocninou 2 . .Tedna se tedy 0 binarni (dvojkovou) ciselnou sousta-

OJ)}: 6.9 K6dovaci kotouc LihloVliho koderuObl~ 6.8 Phklady pouziti svetel11li zcivoIY

88

vu. K dosazeni pfesnosti lepsi nez 1% je zapotrebi sedmi kruhu, z nichz posledni rna 128 segmenru. Ma-li byt rozliseni lepsi nez 1°, musi se namontovat devet kru hil. Pak je mozno identifikovat kazdou 11512, tedy asi 0,7°.

JednoduchY'rn uhlovym koderem je nasledujici zapojeni indikatoru smeru vetru. Poloha vetrne korouhvieky (obr. 6.10) se k6duje k6dovacim kotoucem, tfemi vodi­ci (plus ze m) se prenese do dekoderu, kde se dek6duje a indikuje.

Obi: 6. J0 Poloha lehce olocne velme korouhvicky je ithlovym k6dovacim koloucem zakOdovana do signalit pro tfi!ototranzistOfY ajimi ovld­dane th pJ"enosove cesty

~ ~ d ~ ~ \lUll

:::$St.}·:;·.·.,:.:.y.·;·;·:·:·.·;·;·;·;.;.:.:.:.·.·.·.j

Wliilii]; r ' I •

ihrl

89

Schema zapojeni na obr. 6.11 ukazuje, ze ti'i fototranzistory testuji k6dovaci ko­loue (able 6.12) se tfemi kruhy. Diky tomu Ize rozlisit 23 , tedy osm smeru vetru. (I'ro 16 smeril, napf. k ureeni "severoseverovychod" by musel byt doplnen dalsi huh a dalsi tranzistor a rovnez dalsi integrovany dekoder, jelikoz tfi vstupy prvni­Ito integrovaneho obvodu jsou jiz obsazeny).

Obvod dekoderu je skutecne jednoduchY. Jakmile je nektery z fototranzistorU asazen svetlem protilehle diody LED, vytahne napeti na vstupu integrovaneho

"hvodu na 5 Y. Podle kombinace vstupu, na nichz je 5 V, spina 10 jeden z vystupu I~ dosavadnich 5 V) na 0 Va pI'ipojena indikacni LED se rozsviti. (Puvodni funkci I() je prevadet ctyfrnistna binami Cisla na cis la desitkova) . Protoze 10 rozsvecuje ,/.dy jen jednu diodu LED, staci spolecny predr'adny odpor (R9). Diody LED sni­lIIace jsou pI'ipojeny pfes dva pfedfadne odpory, protoze napajeci napeti 5 V by II cstaCilo na vsechny tfi LED v serii. Proud diodami LED je nastaven odpory R7 il R8 na 20 rnA. Pomoci odporU RI , R3, R5 je mozno nastavit citlivost stupM

LEOL.3'Cerve~6 0

'5 A

o ' N ...... 0'

2 NO ...... 02

IC1 ...... 033 0

7442

3 4 50 ...... 04

4 5 5 ...... 05

56 5W ...... 06

6 7 W ...... 07

7 8 NW.~08

,3 1 e

+ (0

()I>/: 6. J J Schema zapojeni sn/mace a dekoderu indikatoru smeru vetru

90

s fototranzistory. Samozrejme je mozno oddelit snimac od dekoderu (Ccirkovan~ spoje). Pouzdro snimace musi byt zcela nepropustne pro svetlo.

Kotouc snimac je mozno nafotografovat primo z obr. 6. J2. Na negativu se pak objevi spnivne (opacne) cemobile rozlozeni. Problemem zustivaji prechody mezi jednotlivymi zonami (z celkem osmi) kotouce. Zustane-li korouhvicka stat presnc na prechodu, pronika svetlo prusvitnymi oblastmi obou sousednich zon. Nap!'. nn prechodu mezi severem a severovychodem budou (castecne) osvetleny fototranzis­tory vsech ti'f kruhu. Vysledek pak muze byt S i Sv. liste se stane jen vYjimecne. aby snimac zustal stat presne na pfechodu . Pouzitim fototran zistoru s uzkym uhlem pfijmu paprsku, nap!'. BP 103B (50 0

) nebo jeste lepe BPY 62 (16 0 ), stejne jako

instalaci presne vymezujiciho stinen! pred tranzistory je mozno tento problem dale omezit. V profesionaJnich zafizenich, kde zaiezi na vysoke spolehlivosti, to ale nestaci. Zde mus! byt proti takove Juube nespnivne interpretaci provedeno odpovi­dajici zajisteni jiz v logice dekoderu.

Tuto metodu - snimani k6doveho kotouce svetelnou zavorou - je mozno prevest ina lineami aplikaci. Namisto kulateho k6doveho kotouce vznikne k6dove pravit­ko . Rovnez nemus! byt bezpodm!necne pouzita prusvitna svetelna zavora, nybrz stejnou funkci vykona "reflexni vazebni clen", u nehoz jsou vysilac a pi'ijimac

Z

JZ v

Obi: 6.12 Kotouc snimace

91

lImisteny vedle sebe v jednom pouzdru. Rozsirenou aplikaci tohoto usporadani jsou clece carovych k6du, jimiz se napr. u pokladen modemich obchodu identifikuji jcdnotlive polozky zbozi a registruje jejich cena podle natistenych carorych k6du. Obi" 6.13 ukazuje jeden takovy reflexni vazebni clen SPX 1404.

Infracerveny hlasic pohybu

S infracervenym cidJem pracuj i, avsak uplne j inou metodou, nez je svetelna za­vora, stale rozsifenejsi infracervene hlasice pohybu. Teplo vyzarovane clove kern nebo jinou zi yOU bytosti je, i kdyz velmi dlouhov lnne - infracervene zareni. Pouzi­(a Cidla nejsou zadne polovodice Uako napr. RPY 97), nybrz pracuji na pyroelek­(rickem principu ,jsou tedy opravdovymi tepelnymi senzory. Obsahuji male desticky I.e specialniho keramickeho materiaiu, ktere pri zmenach teploty davaji nepatllle Ilapeti. Toto napeti je jeste v pouzdru cidla zesileno tranzistorem FET. V hlasicich [lohybu je infracervene cidlo kombinovano jeste se specialni cockou. Tato cocka je lvorena klenutou, matnou umelou hmotou, jejiz povrch rna strukturu na zpusob FresneJovy cocky.

5,08

-~-1,32

--T-- Anoda

Miry v mm Katoda

Obi: 6.13 Reflexni vazebni clen SPX 1404. Vysilacem je dioda LED, pfijimacem (senzorem) jototranzistor

11 ,94

Tato cocka zajist'uje, aby senzor neprijimal tepelne zareni z ruznych oblasti okol­niho prostoru stejnomerne, nybd aby byly urcite plosne definovane z6ny registro­vany pfednostne a mezi nimi se nachazejici z6ny ignorovany. Pohybuje-li se nyni prostorem teply predmet, prochazi sti'fdave citlivymi a necitlivymi oblastmi. Sen­lOr to registruje jako promenne tepelne zareni a pri kazde zmene generuje napet'o­

92

vy impulz. Cocka tedy pusobi tak, ze hlasic nereaguje na zmeny teploty, nybrzjen na pohyby zivych bytosti - klidne to muie byt kocka.

Db,: 6.14

Obr. 6.15

Klenuta Fresnelova cocka zajistitje, ze htasic registr1.tje jen pohyby zivVch bvtosti

DO 1',

Skica ukazuje citlive zany senzoru

ttt

:::J

~

~ :::J

~ ~ ~ <J) ...

93

~ .2

C> ~

>~ ]..s::: .~

.~

~ N

'0 ...... 'ci

" C5

94 95

Ob,~ 6.16 (pokracowini)

Povrch cocky je tvarovan tak, ze se vytvari vice vrstvovych z6n s ruzne sirokymi citlivymi oblastmi (obl~ 6.15). Diky tomu pracuje hlasic pomerne nezavisle na vzda­lenosti.

Zapojeni hlasice pohybu na obrazku je celkem jednoduche. Zesiluje velmi slabe signaly (lCI a IC2) a vyhodnocujeje (lC3 a IC4). Pfitom nereaguje stejne najed­notlivy napet'ovy impulz, ale ceka na posloupnost vetsiho poctu rychle po sob/! nasledujicich impulzu, nez pomoci koncoveho tranzistoru a rele aktivuje pripojeny alarm. Zapojeni zde nebudeme podrobne probirat, protoze jeho stavba se vzhledem k nizke cene hotoveho pristroje asi sotva vyplati.

Shrnuti

.:. Svete lna zavora se sklada ze svetelneho zdroje a cidla (senzoru); reaguje, je-li paprsek svetla mezi nimi prerusen.

.:. Pro potlaceni rusivych vlivu na svetelnou zavoruje mozno:

pouzit silneho zdroje svetla,

- opticky omezit "zome pole" cidla,

- pomoci filtru omezit citlivost jen najednu barvu svetla, nejlepe infracerve­nou,

svetlo modulovat.

7. Optoelektronicky prenos signalu U modulovane svetelne zavOlY byl jiz svetelny paprsek doplnen - pi'esneji mo­

dulovan - dalsim signalem vyhodnocovanym prij imacem, i kdyz slouzi l jen k ove­feni "spravnosti" infracervem:ho paprsku. To je take zakladni metoda cetnych infracervenych dalkovych ovladacu. Pri prepinani televizoru by samozrejme nemel byr svetelny paprsek prerusen, aby se namodulovana informace dostala do pfij ima­ceo Tato informace je zna15ne slozitejsi nd jednoduchy signal 0 kmitoctu 3,5 kHz nasi svetelne zavOly. Presto vsakje mozno zakladni zapojeni z ob" 7.3 pfedchaze­jici kapitoly pouzlt rovnez jako jednoduchy k6dovy zamek s klicem: vysilac je klicem, pfijimac zamkem, ktery prostrednictvim rele napf. otevira dvere.

Digitalni prenos signatu

Bezne infracervene dalkove ovladace vysilaji digitaIni signaly bez nosneho kmi­loCtu. "Bez nosne" znamena, ze svetelny paprsek je primo modulovan digitalnim signalem na rozdil od vysokofrekven15nich radiovych vln , ktere jsou prave spoji­lym nosnym sigmilem. (Existuji take metody, u nichz je svetelny paprsek modulo­van nosnym kmitoctem a na ten je namodulovana vlastni informace). Ob" 7. 1 ukazuje, jak vypada digitalni signal dalkoveho ovladani.

Jedna se 0 vystupni signal cipu daIkoveho ovladani MV 500 (spodni prubeh). Homi prubeh ukazuje, jak to vypada, kdyz je tla15itko dalkoveho ovladani stla15eno po delsi dobu. Jedna se 0 prvni tlacitko tied fady klavesnice vysila15e dalkoveho ovladani. Po synchronizacnim impulzu (SYNC), ktery pfijima15i pfedava povel , se

stlaceni tlacitka uvolneni tlacitka

1 ~ ~~I~ 1~P

~ spousteci synchroimpulz koncovy synchroimpulz

Doba zpozdeni td = 1024 hodinovych cykhl (min.) Doba synchronizace t, = 6T Doba logicke nuly to = 3T Doba logicke jednicky t l = 2T Sifka impulzu tp = 8 hodinorych cyklu

Obl~ 7.1 Casovy sled impulzti vysilace infracerveneho d61kowJho ovlcidcini s integrova­nym obvodem MV 500

96

oba h'tdky 3 a 1 pfenesoujako binami cisla. Binami Cislajsou tvorena posloupnost­mijednicek a nul, zde kombinacemi 011- 01. Vysilac identifikuje 0 a I rozdilnou delkou impulzu (to a tl) ' Po kazdem pfenosu binamiho cisla je znovu vlozen syn­chronizacni impulz, aby pfijimac poznal zacatek dalsiho cisla. (Dokonce i ph krat­kem doteku se cislo nekolikr<'tt pfenese, protoze signaly trvaji jen par milisekund). Odbome se tato jednoducha metoda oznacuje PPM (Pulse Position Modulation _ modulace polohou impulzu). 32 kombinacnim mOZnostem tfimistneho (8 kombi­nacO a dvoumistneho (4 kombinace) binamiho cis la muze byt u dalkoveho ovlada­ni tohoto typu pi'ifazeno 32 tlacitek (32 kanalu).

Namisto experimentaIniho zapojeni, ktere by bylo dosti nakladne, by melo byt pouzito hotove, osvedcene aplikace integrovanych obvodu Plessey MV 500 (vysi­lac) MV 601 (pfij imac). Obr. 7. 2 ukazuje jednoduche zapojeni vysilace, ktere kro­me 10 zahmuje keramicky rezonator, tlacitkove pole (khivesnici) a tranzistor se dvema infracervenymi diodami LED - s mensim poctem soucastek uz by to asi

Obr. 7.2

~2

10

11

12

• viz text

alternativa prj napajecim nap/Hi 9 V

15

13

MV500

14

Cl

BC547

CSB

1 4V5 9V

BC547

+ •• • (0

Vysilac dalkoveho ovLadani MV 500 l11uze k6dovat 32 tlacitek

97

neslo. Keramicky rezonator Xl ridi vnitfni taktovaci oscilator integrovaneho obvo­du, ktery zajist'uje, aby doby trvani impulzu a mezer byly pfesne a stabilni. V inte­grovanem obvodu je obsaiena veskera elektronika k rozpoznavani stlaceneho tlacitka a ke generovani impulzu. Integrovany obvod je navic vybaven automatikou, ktera zapina napajeni jen tehdy, kdyz je stlaceno tlacitko.

Pfislusny obvod prijimace je ponekud narocllejsi. Krome 10 pi'ijimace obsahuje predstupen, integrovany obvod SL 486, ktery pres nepatmou intenzitu svetla obou infracervenych diod LED vysilace ma zabezpecit bezchybny prijem.

.!,

c~ 5V

:ron

~ 09 o 11

'\IC1 12

B IC313SL486 CliO PORT 12 IC2 14 o ~p

15 EMV601

C4I.~ 0 I • • 10 INTERRUPT4n7 • • 9*L ~ OUTl'UT ENABLE

I.

....

100n I 0

.:. neklere krystaly potfebuji tlumid odpor 220 n k poOaceni vyssich harmonickych

Ob,: 7.3 PI'edstupen se stara 0 spolehlivy provoz

Diskretnimi soucastkami jsou V podstate kondenzatory, ktere se nedaji integro­vat. Take taktovaci generator pfij imace MV 60 I je fizen keramickym rezonatorem; rezonatory vysilace a pfijimace museji kmitat na stejnem kmitoctu (400-1000 kHz). Kdo si chce tyto aplikace postavit, muze pouzit levny keramicky filtr pro standard­l1i mezi frekvenci 455 kHz. Na obr. 7.3 je zapojeni pfipojeno k mikroprocesoru. Samozfejme je na uzivateli, jak nalozi se signaIy na peti linkach A- E. Jsou jeste biname k6dovane. Navic 10 nabizi linku "Data Ready", ktera napetim 0 V signali­zuje, ze 10 pfijima signaIy. Jestlize se pfilozi napeti na vstup "Output Enable" inte­grovaneho obvodu, budou tfistavove vystupy A-E neaktivni, tedy vysokoohmove. I'oznamka v obi: 7.3 upozornuje, ze v zavislosti na pouzitem rezonatoru je nekdy Ilutny odpor 220 n k odstraneni nachylnosti k rozkmitani.

98

Pi-enos analogovych signalu

Nasledujicimi zapojenimi chceme ueinit dais! luok a opticky premiSet analogov~ signaly, presneji audiosignaly. K tomu je zapotrebi audiosignaJem modulovat svet­10 - tedy proud diodou LED. Fototranzistor pfijimaee vyrabi stfidave napeti, kterc odpovida puvodnimu signalu. Zesilovan bude pouze ten to signal.

Zapojeni vysilaee zahmuje vedle diody LED dva aktivni prvky: operaeni zesilo­vac - zkracene OpAmp (operational amplifier) - k zesileni miluofonniho signalu a tranzistor, kter-y zbavuje OpAmp zatizeni proudem diod LED.

lako mikrofon se nejlepe hodijednoduchy luystalovy typ, protoze dava dostatee­ne napeti signalu. Zapojeni funguje i s malym reproduktorem. Ie sice mene citlivy, ale kdyz se dostateene pfiblizime, dovede zapojeni rovnez pine vybudit. Napet'ovy signal se pres kapacitu Cl vede pfimo na vstup integrovaneho obvodu. Tento vstup je soueasne odpory RIIR2 a R3 drzen na polovine napajeciho napeti. Kapacita C2 zabranuje, aby se ruseni z napajeciho napeti nedostavalo pres napet'ovy de lie na citlivy vstup operacniho zesilovace. Odpory R4 a R5 ureuji zesilovaci cinitel ope­raeniho zesilovaee . V tomto zapojeni to je pomer R5/R4, tedy 10 000. To je velmi vysoka hodnota, a proto je take OpAmp velmi citlivy na rusen!. Timto einitelem se smi zesilit pouze stridavy napet'ovy signal z miluofonu. (Pokud by se melo zesilo­vat i stejnosmeme napeti nachazejici se na vstupu OpAmp, tj. polovina napajeciho napeti, musel by vystup davat asi 4,5 V x 10000 = 45 kV, coz samozfejme pfi napajecim napeti 9- 12 V znamena, ze vystup, OpAmp by byl trvale pfebuzen). Kondenzator C3 proto eini zpetnou vazbu neueinnou. Stejnosmeme slozky napeti se na vystup pfenesou v pomeru pouze 1 : I. Iako klidove napeti tedy bude na vystupu polovina napajeciho napeti. Protoze napeti baze tranzistoru T 1 je jen 0 0,6 V nizsi nd napajeci napeti, lezi na seriovem spojeni odporu P IIR6 temer polovina napajeciho napeti. Dusledek: teee znaeny bazovy proud, a tudiz i znaeny proud diodami LED. Potenciometr P I by mel byt nastaven tak, aby v klidovem stavu tekla asi polovina pozadovaneho maximalniho proudu. Iinymi slovy : diody LED uz sviti polovienim jasem i bez vstupniho signalu. Vyzaduje to sice jistY proud, ale je to nezbytne k tomu, aby proud diod LED bylmenen, tedy modulovan jak Idad­nymi, tak zapornymi pulvlnami stfidaveho napeti. To jsme ale jiz probrali na jinem miste. Protoze proud diodami LED je znacne vyssi, ndje proudova spoti'eba ope­raeniho zes ilovaee, je mozno klidory proud LED s dostatecnou presnosti mefit ampermetrem zapojenym v proudovem pi'ivodu celeho zapojeni (napf. 20 mA).

S malym kondenzatorem (C6) mezi vstupem a vystupem OpAmp se cele zapoje­ni rozkmita. Vysilae pak vysila piskani - pi'irozene ve forme svetla, ktere se vybor­ne hodi ke sladeni vysilaee a pi'ijimaee.

Zapojeni pfijimaee vykazuje jistou podobnost s vysiJacem. V centru je opet ope­racni zesilovac typu LF 356 (nebo LF 357).

99

60140

iP--tCl

11

I! Reproduktor 8 n E B lako mikrofon C

1-~Otr?lS1

,

I" 'event. 2 x 4M7 v serii

j j j j <'--<

Obi: 7.4 Vysilac naSi opfoeiekfrOl1icke ana/ogove pl~enosove cesty (schema zapojeni a osazeni desky)

Tento typ vsak byl zvolen mimo jine diky svemu velmi vysokemu vstupnimu odporu. Take zde je nastaveno zesileni asi 1000 (R5/R4). Slaby proud signaJu te­kouci fotodiodou (v Tl) je zesilen tranzistorem Tl a proteka potenciometrickym Irimrem 100 kQ. Na nem dochazi k ubytku napNi l.llnernemu zavernemu proudu, :1 tudiz i intenzite dopadajiciho svetla, takze muze byt obrazem vstupniho signalu. .Ie take zavisly na hodnote odporu R2, ktery ureuje citlivost vstupniho obvodu. I( ondenzatorem C2 smerem k operaenimu zesilovaci prochazeji pouze stfidave sloz­ky tohoto signalu. Tento kondenz<itor zabranuje, aby slozka proudu fotodiody vy­volana dennim svetlem nebudila operaeni zesilovac a tim neomezovalajeho rozsah

100

vybuzeni. Jakje tento kondenz:itor duldity, nam bude jasne, kdyz si uvedomime, ze slunecni svetlo je mnohem, mnohem silnejsi, nez je svetlo, ktere dava dioda LED naseho vysilace. Napet'ovy delic na vstupu operacniho zesilovace dava klido­ve napeti jako obvykle rovne polovine napajeciho napeti. Vystup OpAmp muze budit nepfilis nizkoohmova sluehatka (sluehatka walkmanu 2 x 32 D), v krajnim pfipade i maly reproduktor. Pro opravdovy reproduktor byehom museli jeste pfidat jednoduchy koncovy zesilovac. Odpor R8 a kapacity CIa C5 potlacuji lllseni vy­skytujici se na pfivodu napajeciho naperi.

Cl 10~C

Tanl J: -------,

I I I

R9 * B~ ---QEJ--r~~

I I I I I I I I

c~ I ~2 I

I I

L.F356

• • •••• •• /J----{j--{ 0

• viz text

Obi: 7.5 Zapojeni phjimace: jototranzistor plus zesilovac; osazeni standardni desky Elektor

101

Ve schematu zapojenije carkovane znazomen dopli'tujici obvod, se kterymjsme se jiz seznamili: je to tranzistor T3 ajeho okoli. Tento tranzistor odvadi stejnosmer­IlOU (a nizkofrekvencni stfidavou) slozku proudu, kterou ve fototranzistolll genelll­je jas okolniho svetJa, do zeme. Je to jako by odpory RIIP I byly pro stejnosmema napeti silne zmenseny, a tudiz tato slozka byla pro obvod zesilovace zanedbatelna.

Tento experimentalni opticry prenos jiste neni zafizenim pro pfenosy na velke vzdalenosti. Pro ne by se musel pouzit laserovy paprsek. Presto se vsak dosah da ()ptickymi prostfedky zvYsit na nekolik metm. Vyzafovaci uhel vetSiny diod LED je opravdu siroky, nap!'. 35° nebo 50°, aby diody LED jako indikatory byly videt pokud moino ze vsech smem. Malym vertikalnim dutym valcovym zrcadlem se da svetlo LED doeela dobfe zuzit do svazku. Zrcadelka se prodavajijako levne pfislu­senstvi diod LED. Kvuli vytvoreni co nejuzsiho svazku se musi dioda v dutine t:rcadla peclive ustavit do jeho ohniska. Nejlepe je namontovat ji na dalsi malou rastrovou derovanou desticku misto na standardni desku z able 7.5.

Abyehom zvysili ucinnost fototranzistoru, zamefili jsme se na optiku a pouiili jsme dute zrcadlo, ktere soustfed'uje dopadajici zareni vysilace na fototranzistor, tj. jako byehom zvetsili jeho fotoeitlivou povrehovou plochu. Ob'e 7. 6 ukazuje uspo­fadani pokusu.

Dule zrcadlo (mime vychylene)

()br. 76 Takto je postaven zrcadlovy teleskop: pFijimac pro optoelektronickj analogovy pl~enos

Material se da snadno a levne opatfit. lako dute zrcadlo poslouzi jakekoliv zrca­dlo se "zvetsovacim efektem" a vhodnou tlllbici muze byt tubus na pfechovavani vykresu nebo plakatU prodavany v papimictvi nebo viastnolllcne vyrobena roura I. kartonu. Obycejne zreatko k holeni sice neni zadnym pfesnym optickym prvkem, ,de pro popisovany ucel pine postaci. Fototranzistor se nachazi u otevfeneho konce lrubiee, ale je namifen k uzavfenemu konei, takze se "diva" do zreadla. Aby svetel­

103 102

ne paprsky pfichazejiei z vysilaei diody LED opoustely trubici vysilace v soubez­nem svazku, musi byt dioda LED instalovana presne v ohnisku zrcadla.

Poloha ohnisko se da zjistit experimentalne. Podrzime zrcadlo kolmo ke slunec­nim paprsklim, najdeme bod nejvetSi koncentrace - doslovne ohnisko - slunecni energie a zmerime jeho vzdalenost od zrcadla. V nasem prikladu cini ohniskova vzdalenost 36 cm. Aby spojeni fototranzistoru s obvodem bylo co nejkratsi - delsi kabely prenaseji do citliveho obvodu poruchy, namontovali jsme fototranzistor na stenu trubice, a nikoli jak je obvykle u zrcadlovych teleskopu do jejiho stredu. Proto musi byt zrcadlo mime odkloneno od osy trubice. Kvuli odstineni bocniho rozprylem:ho svetla muze byt trubice 0 neco de lsi, neZ je ohniskova vzdalenost, napt. 50 cm. Aby se zabranilo odrazum rozptyleneho svetla od vnitrni steny trubi­ce, je mozno ji opatht matnym cernym naterem.

. .... ... ... .... . . . . . ·· · 1

#?;if'~' Ohniskova vzdalenost

Obi: 7.7 FOlolranzislor j e inSlalovan v ohniskove vzdalenoSli od zrcadla, a s ice U sleny trubice

Je vsak zapotl'ebi davat pozor, abychom trubici nezamirili na slunce, protoze by se mohlo stat, ze se slunecni svetlo zaostl'i na fototranzistor a znici jej.

K obousmerne komunikaci samozrejme potrebujeme dva vysilace/pfijimace. Nejjednodussi je namontovat vysilaei diodu LED na trubici pfijimace. Dioda by mela by! zapajena tak, aby ji bylo mozno pfihnout do polohy, kdy kuzel jejiho svetla je soubezny s osou trubice . Nastaveni je jednoduche: postavime se par metru od trubice tak, abychom videli presne do trubice. U diody vybavene zrcadelkem muzeme presne poznat, zda je vystredena: jas zrcadelka je stejnomemy. Jemne dostaveni provedeme pri prvnich testech, pri nichz zpocarku udrzujeme maly od­stup mezi obema stanicemi. Pfepinani mezi vysilanim a pfijmem se provadi jedno­duse pfepinEmim napajeeiho napeti mezi obema zapojenimi. Chceme-li naopak pracovat v duplexnim provozu, tedy prenaset signaly soucasne obema smery, mu­sime jeste realizovat dalSi opatreni k zamezeni pfeslechu a zpetne vazby mezi vysi­lacem a pfijimacem. Zaprve se musime postarat, aby se na fotodiodu nedostalo zadne rozprylene svetlo z diody LED, za druhe musime potlacit veskere vazby pres spolecny zdroj napajeciho napeti, napi'. pridavnymi RC cleny nebo stabilizatory napeti (typ 7809 aj.) u obou zapojeni. V tom pripade pak musime poCitat s vyssim napajecim napetim. Nejjednodussi a nejlepsi potlaceni vazby je ovsem napajeni vysilace a pfijimace ze zcela oddelenych zdroju (baterii).

Alternativu ukazuje fotografie na obr. 7.B. Zde je zrcadlo bez trubice namontova­110 na masivni drevene lati , desticka s fototranzistorem a pfijimacem a vysilacem rovnez. Pouzdro kolem tranzistoru zadrzuje veskere svetlo, ktere neprichazi od zr­cadla. Toto reseni se snadneji nastavuje: k zamereni na fototranzistor staci zmenit

sklon zrcadla .

Obi: 7.8 Jde 10 ,ake taklo: mislo velkou trubici j ejototranzislOi' pl'ed neZadoucim svellem chranen pouze maljlm pouzdrem

S popsanym usporadanim je mozno provadet nejruznejsi experimenty, napt. s eilem optimalizovat dosah. Optimalizovat - nikoliv maximalizovat, protoze do­sah a vyskyt poruchjdou u analogovych metod ruku v ruce. Zvetsi-li se bez dalsich (echnickych opatfeni vzdalenost mezi vysilacem a pi'ijimacem, zvysi se i uroven vyskytu poruch. Vychazi se z optickych soustav, proudu diod LED, zapojeni sa­Illotneho fototranzistoru stejne jako celeho prijimace. Rovnez je mozno volit typ ;1 barvu diody LED a pfijimaei element: bud' fototranzistor nebo solami clanek. I,ze si ovsem zvolit podstatnou zmenu, a sice cislicovy zpusob prenosu. Ten objas­

I\uje nasleduj iei podkapitola.

Digitalni prenos analogovych signalii

Digitalni pfenos charakterizuje soucasny stay techniky prenosu signaiu. Vzestup od analogovych gramofonovych desek s drazkami k digitalne k6dovanym kom­paktnim diskum (CD) je toho nejmarkantnejsim prikiadem. U digitalniho pi'enosu se jiz nikde na prenosove ceste nevyskytuje puvodni napeti signalu ve svem prvot­IIim spojitem tvaru. To jeste existovalo u vyse popsaneho analogoveho optoelek­(I"Onickeho prenosu. Napet'ovy signal z mikrofonuje ve forme kolisajiei intenzity svetelneho paprsku pfitomen na pfenosove ceste. U cislicovych zpusobu prenosu

104

jsou puvodni signaly premeneny na sigmily, ktere se (temei') bez prechodu prep ina­ji mezi nulou a maximaLni hodnotou. Pi'i prijmu musi byt zase pfemeneny zpet na puvodni tvar, fikame, ze musi byt dek6dovany. Ob'e 7.9 ukazuje navrh zapojeni vysilace.

Pro obe nasledujici zapojeni je nutno predeslat, ze ponekud pfekracuji ramec teto knihy. Maji hlavne poslouzit maIemu vyletu do techniky tohoto oboru. Je mozno si take zapojeni sestavit, protoze jsou overena. Ale vzhledem k vasemu zamereni a skutecne slozitosti obvodu pro synchronizaci fazovym zavesem (PLL) se mohau - jiz jen kvuli rozptylu hoeinot - vloudit chyby, ktere bez pfislusnych mei'icich pfistroju neni snadne odhalit.

02

011 Il$'

Ob,~ 79 CfsliCOV)1 oplickj vysilac s kmilOCtovou mpdulaci

Tento vysilac pracuje s lanitoctovou modulaci, zkrcicene FM. Najeho vystupuje obdelnikovy signal 0 kmitoctu asi 100 kHz. Pri hovoru na mikrofon kolisa lanito­cet impulzu v zavislosti na signalu z mikrofonu.

Mikrofonni zesilovaci stupeii je odvozen z analogoveho optickeho vysilace. Je mozno jej pfevzit bez vetSich zmen, pouze odpada budic diody LED. V nasem pfipade je mozno rovnez trochu snizit zesileni tim, ze se zmensi zpetnovazebni odpor z 10 MQ na 4,7 MQ. Nizkofrekvencni vystupni signal se pres kondenzator vede na napet'ove i'izeny oscilator (VCO: voltage controlled oscillator) integrova­neho obvodu TCl. Tento oscilator kmita fadove na lanitoCtu 100 kHz a je zaroveii modulatorem, protoze vstupnim napetim se meni jeho kmitocet. Zakladni kmitocet je dan odporem R5 a kapacitou C2. Dale je mozno ji nastavovat pomoci potencio­metru PI , nebot' ten privadi stejnosmerne napeti na fidici vstup VCO.

105

Ostatni casti integrovaneho obvodu nepotfebujeme, pouze zabudovana Zenero­va dioda na vy-vodu 15 se spolu s odporem R2 a kondenzatorem C3 vyuzije ke stabilizaci napajeciho napeti pro integrovany obvod. Je to nutne, protoze jinak by kolisani napajeciho napeti v dusledku velkeho proudoveho zatizeni diodou LED zpetne ovlivnovalo kmitocet VCO.

Obvody tranzistoru T1 a T2 tvori budic diody LED. Tato cast zapojeni rna za ukol jednak vyrabet dostatecne velky proud a jednak ma z obdelnikoveho signalu VCO formovat kratke impulzy, tedy generovat asymetricky pracovni cyklus. Diky kratkym impulzlim muze by! proud diody LED nastaven na mnohem vyssi hodno­tu ­ ale tim jsme se jiz zaby-vali. K formovani impulzu slouzi kapacita C6, ktera je dostatecne mala, aby ph pfeklapeni vystupu VCO propoustela pouze kratke, stfida­ve kladne a zap orne impulzy. Zaporne impulzy vyvolavaji bazovy proud tranzisto­ru Tl a T2 zapojenych v Darlingtonove zapojeni, ktere je mozno povazovat za tranzistor s vysokym zesilenim. Tento bazovy proud je tedy zesilen a vyvolava kratke zablesky diody LED, ovsem neviditelne, protoze se jedna 0 infracervenou diodu LED. Kladne impulzy z kondenzatoru generovane kazdou vzestupnou hra­nou vystupniho signalu VCO jsou diodou D I zkratovany, aby neprepinaly emitoro­ve prechody tranzistoru do zavemeho smeru, coz by tranzistorum vadilo. Napet'ovy delic R4/R6 zajist'uje pi'edpeti pro tranzistory TlIT2 a tim i jejich dostatecny bazo­vy proud a tudiz i proud diodou LED. Filtracni clen R3 /C4 /C5 oddeluje budici napeti od napajeciho napeti, aby se silne proudove impulzy neZadoucim zpusobem nesirily do jinych casti zapojeni. Funkci vysilace je mozno testovat nasledujicim zpiisobem (neni-Ii k dispozici osciloskop) : k uzlu mezi diodou LED a tranzistorem T2 pbpaj ime nekolikacentimetrove medene lanka a vedeme je kolem rozhlasoveho prijimace nastaveneho na pi'ijem dlouhych vln. Kmitocet 100 kHz, pi'ipadne vyssi harmonickou 200 kHz spadajici do tohoto rozsahu muzeme slyset jako vyrazne praskani a snad rozpozname i modulaci . Dale muzeme kvuli testovani nahradit infracervenou diodu LED cervenou diodou LED a pak pozname, zda buzeni fungu­.ie. Dioda ale v dusledku silne asymetrickeho pomeru impulzu k mezefe nesviti nijak silne.

Pfijimac se v podstate sklada ze tf( stupnu: vstupniho stupne (lCI), demodulacni­ho stupne (TC2) a koncoveho zesilovace (TC3). Neni sice pfilis poucne fici, ze vstupni stupeii je postaven na "ceme ski'iiice" integrovaneho obvodu SL 486, ale technika [ohoto vstupniho stupne je pro nase ucely pfilis komplikovana. Vysvetleni a sve­pomocna stavba zapojeni plniciho stejny tlkol je nakladna a sotva se vyplati. Tnte­grovany obvod plni predevsim dva ukoly: zaprve sestava z vice zesilovacich stupnu, ktere mu propujcuji potfebnou citlivost, a protoze jsou vybaveny vnitfni regulacni smyckou, pi'izpusobuji jej ruznym svetelnym pomerum. Zajimave je, jak integro­vany obvod dokaze rychle, z jeho hlediska vysokofrekvencni uzitecne signaly od­delit od stejnosmemych a pomalych stndavy-ch slozek: jako pracovni odpor pouziva

106

'<f ~ > 1--1 '"

... ~

~u~ ~.,

<0

~UI

ml ~ <0

U .... c...

~II S!

....

0,

" '" -<:l a

'""i3 a

'" )~

~ ~

-'<:

'" \:l

'"<Xl '<f

:;:

..J 'S

V)

';'" c.., ~ -.

" '" -<:l a

107

dvou vysokoindukcnich civek. ledna civka je pro stejnosmemy proud a stfidavy proud 0 nizkych kmitoctech nizkoohmova a teprve s rostoucim kmitoCtemjeji im­pedance znacne roste. Tato vlastnost presne odpovida nami pozadovanemu ucelu. ['rotoze vysokoindukcni civky jsou velke a drahe, bylo zvoleno elektronicke rese­Ili, takzvany gyrator. Ie to, zjednodusene i'eceno, zapojeni operacniho zesilovace, ktere meni kondenzatory na civky. Oba gyratory 10 SL 486 k tomu vyuzivaji kon­denzatory na spickach 2 a 3. Vystupnim signalem integrovaneho obvodu jsou ob­delnikove impulzy s kmitoCtem vysilace.

10 SL 486 byl vyvirlut pro pouzitf v infracervenych dalkovych ovladacich a po­;;adavky na nej kladene plni velmi dobfe. S pokusnym zapojenim jsme preklenuli vzdalenost 30 m. leho vystupni signalje jiz vhodny pro integrovany obvod smycky lazoveho zavesu (PLL) 4046. V zapojeni pi'ijimace pouzivame ne pouze oscilator VCO, ale uplny kmitoctove fizeny obvod. Funkce PLL je objasnena v dodatku za louto podkapitolou.

Komponenty C9, R3 a R4 urcuji takzvany pi'irozeny kmitocet oscilatoru VCO. VCO vsakje prostrednictvim vystupniho signalu porovnavace fazi (fazoveho kom­paratoru) (spicky 3, 13, 14) automaticky dolad'ovan, aby kmital na kmitoctu vstup­Iliho signalu ze vstupniho dilu osazeneho integrovanym obvodem ICI. Signal porovnavace fazi obsahuje velky podil kmitoctu vstupniho signalu se superpono­vanymi (pi'ictenymi) vyssimi harmonickymi. Ty jsou potlaceny dolni propusti R2/ CIIIR7, za niz existuje jiz jen nizkofrekvencni modulacni slozka, tedy puvodni signal vysilace. Funkce smycky PLL v integrovanem obvoduje rozhodujicim zpu­sobem urcovana temito komponentami a rovnez komponentami R3/R4/C9. lestli­;;e zapojeni nelze ani ladenim potenciometrem PI vysilace uvest do provozu, je Ilutno tyto komponenty pfezkouset nebo obmenit. To je dosti obtizne. Odpor RI a kondenzator C I 0 spolu se Zenerovou diodou integrovaneho obvodu (spicka 15) stabilizuji jeho napajeci napNi.

Operacni zesilovac 1C3 zesiluje vystupni signal na konecnou hodnotu vhodnou k buzeni sluchatek nebo maleho reproduktoru. Potenciometr meni zesilovaci cini­lei zapojeni; je to vlastne regulace hlasitosti.

K optimalnimu vyuziti zapojeni by mela byt fotodioda zabudovana do zrcadlove soustavy popsane jiz drive a infracervena dioda IR-LED osazena zrcadelkem. Tato zrcatka jsou velmi tlcinna, coz sice vede k zadoucimu zvyseni dosahu, avsak zaro­ven vyzaduji velmijemne zamei'eni pi'ijimace, cozje filigranska prace.

PLL

Demodulator digitalniho optickeho pfenosu pracuje s obvodem PLL (angl. phase lock loop = smycka fazoveho zavesu). leho funkce je zde strucne popsana.

108

Vstup Q (Kmitoctove modulovany signal)

Porov­navac fazi

Vystup (Ridici napeti) •

Zakladni zapojenije modiflkovano podle konkretni lilohy

Na obrazku je videt fidid smycka kmitoctove demodulace. Vystupni signal na­pet'ove fizeneho oscil<itoru (veo ­ zkratka angl. voltage controlled oscillator) je v porovnavaei (komparatoru) fazi porovnavan s modulovanym vstupnim signalem optoelektronickeho pfijimace. FazovY rozdil mezi obema signaly generuje stejno­smerne napeti na vystupu tohoto stupne, ktere zpetne ridi oscilator Yeo. Na jeho fidicim vstupuje pfesne takove napeti,jake veo potrebuje, aby kmital na stejnem kmitoctu jako signal na druhem vstupu fazoveho komparatoru. Zacne-li se kmito­eet na jednom ze vstupu men it, zmeni se fazovy pomer mezi vstupy a tim i fidid napeti oscilatoru Yeo. Tim se kmitoeet veo opet dostavi. Obecne se tedy bud' zmeni kmitoeet vstupniho signalu, nebo se dostavi kmitoeet yeo. Jinymi slovy: kmitoeet oscilatoru veo sleduje kmitocet na druhem vstupu porovnavaee faz!' Pfitom je napeti na fidicim vstupu veo mefitkem tohoto spolecneho kmitoetu.

VstupQ

Napajeci napeti 5-15 V

Zem

Vystup VCO

• Demodulovany vystup za oddelovacim zesilovacem

Napeti Zenerovy diody 7 V

VnitJ'ni schema integrovaneho obvodu 4046 obsahujiciho smyckujazoveho zavesll (PLL) a jeho vnejSi zapojeni

109

Jestlize se na vstup komparatoru pfivadi kmitoctove modulovany signal, nachazi se na fididm vstupu veo stfidave napeti (se stejnosmernou slozkou), ktere odpo­vida napeti, jimz byl modulovan kmitocet vstupniho signalu, tedy demodulovany signal. Vyhodou teto metody je, ze je mozno od demodulovaneho vystupniho sig­Ilalu Jepe oddelit ruseni pfitomne na modulovanem vstupnim signalu.

Schema zapojeni integrovaneho obvodu 4046 technologie eMOS ukazuje, ze 10 poskytuje prave dva stupne porovnavace fazi (tfi u HeT 4046) pro rozdilne ucely. Na vystup zvoleneho fazoveho komparatoru navazuje dolni propust, v nejjedno­dussim pfipade Re clen. Dolni propust je nezbytmi, protoze komparator dava ob­delnikove signaly, ktere pfedstavuji fazovy rozdil. Kmitocet techto signalu je (vetsinou) roven vstupnimu kmitoctu. Tyto signaly by kmitoctove modulovaly os­cilator yeo. Museji byt tedy vyhlazeny dolni propusti. Dimenzcv{mi tohoto filtru je pro funkci smycky f:izoveho zavesu mimofadne dulezite: je-Ii mezni kmitocet dolni propusti pfilis vysoky, trpi tim stabilita obvodu, je-li pfilis nizk:i, nesleduje oscilator veo verne vstupni kmitocet.

K urceni zakladniho kmitoctu poti'ebuje oscilMor veo dva odpory ajeden kon­denzator (na spickach 6, 7,11, 12, odpor R2 muze pfipadne odpadnout). Vystup veo (4)je spojen s jednim vstupem komparMoru (3); vstupni signalje pfiveden na spicku 14. Na rozdil od blokoveho schematu neni vystupni napeti odebirano primo na vstupu oscilatoru yeO, nybrz az za oddelovacim zesilovaeem.

Rizeni

r - -.­I I I

I I

Qo-J QO-l

I

• Vystup

Porovnavac filzi

Kremenny oscilator

Smyckoll PLL nastavitelny oscilator na bGzrkirll1:o"ttove stabilniho kl~emenneho krystaluf". '

\

110

Zapojeni smycky fazoveho zavesu (PLL) se krome demodulace pouzivaji ijako cislicove fizene, vysoce stabilni oscilatory. Pakje vystup yeo i vystupem celeho zapojeni. Porovnavac fazi je buzen stabilnim kfemennym oscilatorem. Promen­nym cislicovym kmitoctovym delicem na vstupech komparMoru je mozno volil nlzne vYstupni kmitocty.

Optoelektronicky vazebni clen

Pojem vazebni clen byl v zapojenich k pfenosu signalu na optickYch trasach pomi­van rlizne. Tak "pravY" optoclen sestava z diody LED a fotodiody, pI-ip. fototranzisto­ru. Oba eiementy jsou uzavfeny ve svetiotesnem pouzdru. Optoclen umoznuje pfenos signalu bez primeho propojeni vodici, tedy bez galvanickeho spojeni.

Obi: 7.11 Kralkil oplick6 pl~enosov6 cesla optoClenu je hermelicky chr6nena

Typicka aplikace je znazomena na obr. 7.12: sit'ovy napajec regulovany na pri­marni strane. U tohoto zapojeni je vystupni napeti stabilizovano nejen nizkonape­t'ovou casti zapojeni, tedy za sit'ovym trafem, nybrz i v obvodu primaru trafa zapojenym triakem (polovodicovy spinae stfidaveho proudu) TrI, kterY reguluje napet! na primaru. Je to tedy dvojita regulace. Regulaeni obvod triaku na primami stral1l;':: je pod plnym sit'ovym napetim. Tento obvod musi dostavat informaci 0 na­pet'ovych odchylkach vYstupniho napeti, avsak nelze jej samozrejme primo spojit s nizkonapet'ovou stranou.

Galvanicky oddelujicim spojovacim prvkemje optoclen Ie3. Pres tranzistor T j je v zavislosti na vYstupnim napeti buzena dioda LED optoclenu. Fototranzistor, pres­neji Darlingtonovo fotozapojeni v Ie3, dava odpovidajici fidici signal na regulaeni integrovany obvod leI triaku. Je jasne videt, ze mezi primami a sekundami stranou

~ l~L1;T I, -----i-T,-­;::.~

N -'

» 0 0 NO<: NN

N

ii:

-0­

111

, 'Na .;:: i}<3 N -

~~ ~ :~- '"'" ~ '~ ' ~ '<3 .2!,1::_ ' - ' <::J '­ '" ""' 01)<::J '0;; '~ '=

::::::::: '...., -6 ~ "1j ':::-' ~ a

~ ,~ ~ VJ ~ .~

?; a a ~:c; ~ a s::: )~,. 01) ~

""" '- .:: a '" ~ '5'~ ~

I:­ :.... 0'" ~ ~ ~_ N ~ ::

~~ 0 l~ ;: ~­~ ~6 ,~

I'V) ~~ )(",)

V ""~ ....... a""" ~ ~ a Ql..s:: ~ ~-8~.8 ~_ ..0

&.~.2

"l-. r-..:

.t C)

112

zapojeni neni zadne vodive spojeni, a pi'esto je regulacni smycka uzavi'ena. Tak~ u modemich, v primaru taktovanych impulznich zelroju se pouzivaji optocleny.

K lepsimu pochopeni optoclenu se musime opet rozpomenout na vlastnosti fotot­ranzistoru. Svetlo dopadajici na jeho bcizi sehrava stejnou roli jako bazovy proud "opravdoveho" tranzistoru. U optoclenu pochazi toto svetio z diody LED, je tedy zavisle na proudu diodou LED, jakjiz vime. Shrnuto: proud tekouci diodou LED ridi tranzistor stejnym zpusobem jako bazory proud. Optoclen je moino si pi'edstavit jako tranzistor, jehoz obvod baze-emitor je oddelen od obvodu kolektor-emitor.

~:S~C £ Obr 7.13 OptoClen jako franzistar s oddelenym hdicil11 obvodem

Charakteristicka vlastnost tranzistoru, a sice ze vystupni proud (kolektor-emitor) je i'izen vstupnim proudem (baze-emitor), principialne plati i u optoclenu. Optoclen je tedy prvek i'izeny proudem - nikoliv napetim Uako tranzistor FET). Pomer mezi vystupnim a vstupnim proudemje vyjadi'en zesilovacim cinitelem tranzistoru. Take u optoCienu existuje mezi vstupnim proudem (proud LED) a vystupnim proudem (kolektor-emitor) pevny vztah. Je to vazebni cinitel (angl. CWTent transfer ratio ­po mer pfenosu proudu) s hodnotami mezi nekolika desitkami a nekolika stovkami procent. Optoclen tedy muze vykazovat i proudove zesileni.

Pro pokusy si muieme sestavitjednoduchy optoclen sami: diodu LED a fototran­zistor (nebo fotodiodu) zasuneme do neprusvitne trubice 0 vniti'nim prumeru 5 mm. (Fototranzistory s kovovym pouzdrem maji ponekud mensi prumer; plastove pouz­dro fototranzistoru BP 103 nebo podobneho mei'i 5 mm). Popsany efekt proudove­ho fizeni Ize snadno prolGizat. U zapojeni podle ob/~ 7.14 je mozno soucasne mei'it a do grafu zaznamemivat proud v obou obvodech. Dostaneme tim zhruba pfimku, jejiz sklon pi'edstavuje vazebni cinitel. Potenciometrem P1 nastavujeme podle am­permetru M1 ceJe hodnoty proudu LED v rnA a ampermetrem M2 mei'ime kolekto­rovy proud. Odpor 470 Q zabranuje zniceni diody LED ph liplnem stazeni potenciometru. K napajeni Ize pouzit dye pioche baterie 4,5 V v serii nebo sit'ovy napajec.

Anglicke oznacenf "opto isolator" vlastne vystihuje funkci optoclenu pi'esneji: jednotlive casti zapojeni to tii skutecne izoiuje, a pfece ustavuje cestu signalu. Pro­toze pouzivani optoclenu si v podstate vyzadaio oddeieni vysokeho napeti (pfesneji potencialu), prestavuje jeho napet'ova (dielektricka) pevnost duldit;i parametr. Stan­dardni vazebni clen odizoluje nekolik tisic voltli, typ CNY 21 dokonce 10 kV (stej­

113

nosmemeho napeti). Druhym duvodemjejich zavedenijsou poruchy mezi propoje­nymi obvody, jako je tomu casto v pripadech, kdy poCitac i'idi dalsi pfistroje. Opto­clen pfenasi prave jen proud uzitecneho signalu, ktery tece diodou LED, nikoliv poruchova napeti yodice vuc i zemi.

r ':[ " oiolmA) 7

~ "J

ILED (mAl ____

IF010 (Rozsah 10 mAd

T1

Obr. 7.14 Pokusne zapojeni a graf vysledhi 1111iFeni ke zjiSt'owini vazebniho tinifele

Optoclen cines pfejima likol, kter;! drive plnil transfonnator a castecne i pi'enasec (translator). Pfitom optoclen vykazuje i'adu pfednosti: neobsahuje zadnou kapacit­l1i ani indukcni vazbu, kterou by se mohlo sii'it ruseni a buzeni diod LED ize zpra­vidla snadno proti ruseni zabezpecit. Navic je optoclen na rozdil od trafa mala, levne zhotovitelna standardni soucastka. NejvetSi pfednosti je ale velka sifka pas­ma optocienu. Muze pfenasetjak signaly v pasmu MHz, tak stejnosmeme veliciny, tedy pomalu se menici nebo konstantni signaly. Pi'itom je linearita jeho pfenosove

j

1

jl--I--­ ----.

---4

Obr. 7.15 OptoClen nniie prenoset i stNdaw? signa/y, kdyi se superponuji na s fejnosmernou veliCinu

114 115

charakteristiky opravdu dobra, tzn . ie vystupnf signaly maji stejny prubeh (tvar) jako vstupni. K tomu je vsak nutno vhodne nastavit pracovni bod. Napriklad sti'ida­vy proud nemuze primo budit optoclen, protoze dioda LED by pri zapornych pulvl­nach nesvitila a mohla by se naopak znicit. To se resi superpozici (na6tenirn) stfidaveho signalu na stejnosmemy proud, ktery je dostatecne velky, aby dioda LED ani pri zapomych amplitudach stridaveho signalu nezhasla. Napeti na diode LED se tedy nesmi dostat do oblasti prahoveho napeti.

Ob'e 7.16 ukazuje jako dalSi pfiklad bezpotencialovy optoclen pro videosignal. Bezpotencialovy znamena, ze uzemnovaci body optoclenem propojenych castijsou oddeleny a muie mezi nimi existovat elektricke napeti. Cilem je bezporuchovy a co nejmene zkresleny prenos pomeme sirokopasmoveho signalu.

Obl~ 7.16 OploCien pro videosigntily

Proud diodou LED je fizen tranzistorem Tl , ktery je zapojen jako zdroj proudu. leho proud je zase fizen vstupnim napetim. Napet'ovy delic R I/R2 drii bazi asi na polovine napajeciho napeti a ma za ukol zpracovavat kladne i zapome pulvlny vstupniho sti'idaveho napeti. Odpor R3 nastavuje klidovy proud, tedy proud tekou­ci ph nulovem vstupnim napeti, asi na 20 mAo Ph buzeni napetim I VSS se proud diodou LED meni v rozrnezi 15- 25 mAo Dioda DI kompenzuje ovlivl1ovani tran­zistoru teplotou. Zapojeni zesilovace kolem tranzistoru T3 vykazuje jednu zvlast­nost: vyvedeni baze a kolektoru interniho tranzistoru T2 umoilluje zavest do optoclenu zapomou zpetnou vazbu. To zvysuje sirku pasma teto aplikace Hewlett­Packard na pozoruhodnych 10 MHz pri linearite 2 % (pri vstupnim napeti I Vss).

lako dalSi prednost optoclenu oproti transformatoru je nutno zminit nemoi nost zpetneho pusobeni: zmeni-li se pusobenim nasleduj idch obvodu proud fototran­zistoru, zUstava tim dioda LED zcela neovlivnena, nebot' tranzistor neni nikterak spojen s proudovym obvodem LED.

Transformator majiste take sve specificke pfednosti, pfedevsim schopnost pfe­naset energii.

Svetiovody

Svetelne zavory a optoelektronicke prenosove trasy maji jedno spolecne: jejich pfenosove medium je volny prostor. To u zminenych postupu vede ke znacnym problemum s rusenim, zpusobovanym predevsimjinymi zdroji svetla. Svetlovody, znamejsi jako kabely ze sklenenych vlaken nebo opticke kabely, jsou proti takove­mu ruseni imunni a to je jeden z duvodll, proc jsou pouzivany v modem! komuni­kacni technice . Druhym hlavnim duvodem je, ie sklenenYkabel Ize stejne jako rnedeny uloiit do zeme, ohnout za roh, protahnout pod zaklady apod., ale pfitom rna podstatne vetsl pfenosovou kapacitu a mensi ztraty nei medeny kabel.

U svetlovodu je treba zcela obecne rozlisovat dve provedeni: jednoduche syste­my pro kratke spoje (do nekolika metru), napf. v hi-fi soupravach, sestavajici z jednoduchych, levnych komponent: dioda LED jako vysilac a plastova v lakna jako prenosove medium. Pro dalkovy pfenos signalu, napf. telefonni nebo obrazo­ve informace se pouiivaji vysokojakostni sklenena vlalma buzena laserovymi dio­dami . Na konci pfenosove trasy se nachazi fotodioda, ktera meni pi'ichazejici svetlo na elektricke impulzy.

Funkce optickeho vlakna spociva na fyzikalnimjevu totalniho odrazu. Pozoruje­me-Ii vodni plochu, napf. v akvariu , muieme (ph nepfilis silnem okolnim svetle) videt, co se ve vode deje, at' se divame kolmo na hladinu nebo trochu silano. Poku­sime-li se vsak divat velmi zesikma, tedy pod rnalym uhlem vzhledem k hladine, uvidime jen odrazy. Videt zesikma do vody je nemoine. Neco podobneho se deje, kdyi svetelny paprsek vstoupi do optickeho vlakna: dopadne zevnitr na povrch skla pod velmi malym uhlem. Proto se nemuze dostat ze skleneneho vlakna yen (stejne jako jsme nemohli videt do vody), nybri bude stale znovu a znovu odrazen dovnitr skleneneho vlakna.

Obl~ 7.17 Oplieke vlaslnosli maleri6/u skleneneho vl6kna a pla.ifle zpusobuji, ze ve svetlovodu Irvale doeh6zi k ~{plnel11u odrazu svetla

Dalsi podminkou je, aby vlakl10 bylo vyrobeno z vysoce jakostniho materiatu s malym utiumem. Utlum svetla se udava v dB/lan (decibelech na kilometr) a je z nej hned jasne, 0 kolik bude svetelny paprsek ve svetlovodu urcite delky zesla­

116 117

ben. Pfedpokladejme, ze vlakno vykazuje utlum I dB/km, tj . 3 dB na 3 km, Cili snizeni vykonu signalu na polovinu. Po dalsich 3 km je tento polovicni vykon sig­nalu opet snizen na polovinu, tedy na ctvrtinu piivodni hodnoty atd.

Zapojeni vysflace a pfijimace pro pfenos signalu ve volnem prostoru se hodl i k pi'enosu svetlovody. Je nutno pouze zajistit, aby svetlo optimalne vstupovalo do skleneneho vlakna a optimalne z nej vystupovalo a aby se do vlakna nedostalo zadne rusive svetlo. Na kritkych pi'enosovych trasach postaCi nepatrne intenzity svetla. Nepotfebujeme zadne velke proudy diod LED a pozadavky na citlivost ph­jimace jsou take male.

K pokusiim pouzijeme plastova vlakna. J sou levna a Ize je koupit v obchodech sc soucastkami pro elektroniku. Take vazebni cleny a zastrcky pro 5mm diody LED nebo fototranzistory jsou bezne a levne k dostanf. Jednodussi a 0 neco drazsi jsou specialni vyvody pro diody LED a fototranzistory a dutym pouzdrem, do nehoz Izc pomoci male svorky upevnit svetlovodne vlakno. Plastova vlakna vykazuji se svy­mi radove 400 dB/km mnohem vyssi ztraty nez sklenena vlakna. Na par metrech se tento utlum sotva projevi, je to pouhych 0,4 dB/m. Pro jednoduche pokusy na vzda­!enost nekolika desitek centimetru postacijednoducha vlakna bez plaste. Jsou oprav­du levna. Ph vyssich narocfch a delsich trasach se doporucuji oplastene svazky vlaken. Svetlo jimi miize byr pi'ijimano, pfenaseno a vydavano s mensimi ztratami a rusive svetlo Ize Jepe odstinit.

Technika svetlovodu

Svetlovody maji vice vyhod ve srovnani s koaxialnimi kabely, ktere byly pfed na­stupem svetlovodne techniky povazovany za bezkonkurencne optimalni material pro pfenos signalu. Utlum svetlovodu ve rysi nekolika dB/km (min. 0,2 dB/km) je pod­statne mensi nei utlum koaxialniho kabelu. Dobry standardni kabel (RG 58U) vyka­zuje asi 250 dB/km. V praxi to znamena, ze i vetSi vzdalenosti Ize pfeklenout bez mezilehlych zesilovacu, takzvanych opakovacu. Avsak rozmezi vykonu je u svetlovodne techniky uzsi, nebot' i laserove diody vyzaiuj i kazdopadne jen nekolik desitek miliwattii svetelneho rykonu (Pfi trvalem provozu). Na pfiklade si fadove ozfejmime jednotlive veliciny, se kterymi se zde setkavame: pfedpokladejme, ze la­serova dioda napaji optic1<ym rykonem 20 m W optickY kabel s utlumem 2 dB/km dlouhy 20 km. Celkovy utlum kabelu pak eini 40 dB, coz odpovida poklesu vyko­nu 104

• Na konci kabeluje tedy k dispozici vykon 21lW. To vyzaduje dobrou foto­diodu a prvotfidni zesilovae s nizkym Sumem. Ph teto kalkulaci jeste nebyly zapocteny ztraty pfi vstupu a vystupu svetla z kabelu. Pfechody mezi vysflaeem, event. prijimaeem a svetlovodem pi'edstavuji zvlastni problem. Aby na koncfch vlakna vznikaly jen minimalni ztraty, museji tyto byt velmi peclive odi'iznuty

a pfizpusobeny dalsim komponentam. Malych ztrat v kabelu Ize dosahnout speci­:Ilnimi druhy skla, odpovidajicimi pfedevsim barYe svetla generovaneho pouzitym

vysilaeem. Druh skla a konstrukce svetlovodu urcuje i sifku pasma kabelu. Je tfeba zohled­

flit, ze svetelne paprsky vysiJaee vstupuji do svetlovodu pod ruznymi uhly, a proto v nem urazi ruzne dlouhou drahu. eim kolmeji dopada paprsek na plast' vlakna, tim easteji je odrazen a tim delsi je jeho draha ve vlaknu. Paprsky, ktere do vlakna vstupuji pod ruznymi uhly, dorazi na konec vlakna v nepatrne odlisnych easech. Vysleme-li napr. do vlakna obdelnikovy impulz, pak se hrany impulzu ph prenosu

"pfibrzdi" a tim zkresli.

[)

-- -Hrany obdelnikowiho impulzu budou ph pl'enosu svetlovodem zkresleny

Obrazek ukazuje, ze nesmi nasledovat rychle za sebou vice impulzu, aby se na­vzajem neprekryly. Musi byt tedy dodrzen minimalni odstup. Se stoupajicim kmi­tOCtem impulzu se casovy odstup zmensuje. Z toho vyplyva, ze maximalni kmitoeet

- nazyvany sifka pasma - nemuze byt pfekroeen. Tato maximalni Sifka pasma je tim vetsi, eim mensi jsou rozdily mezi dobami

pruchodu jednotlivych paprsku vlaknem. K tomu vede i minimalizace poetu odra­zu svetelnych paprsku od steny vlakna. Te Ize dosahnout specialni konstrukcf ka­belu: u takzvanych indexovanych vlaken neni skleneny material v celem prUfezu vlakna stejny, nybri opticke vlastnosti - pfesneji index lomu - se smerem yen menf. Pakjiz nedochazi k odraziim od steny vlakna, ale svetelne paprsky se "ohnou" ke stfedu (ose) v lakna, aniz dosahnou jeho steny. Prochazej i svetlovodem po spira­

love dnize. Je to schematicky znazomeno na obnizku.

V indexovanem kabelu se svello siN po spirale

118

Sifka pasma indexovanych kabelu je asi desetkrat vetsi nez klasickych, takzva. nych vicevidovych kabelu. Jeste desetkrat sirokopasmovejSi a modemejsijsoujed. novidova vlakna. Vlastnosti skla a nepatmy prurezvlakna zpusobuji, ze kabelems~ sifi jen jeden vybrany paprsek svetla.

PFicny pruFez vl<ikna I

Prubeh indexu lomu Podelny Fez vlakna

~I ~I K:~ ~c€Ul..:~,~.-~---- "'.-o . t ., ..,:::~..:::,,:":~:::::~~~:_~~~_$; - I

I

~Q?I], ... ~ . ~ · X,tE~':>. ~r -V'> 5:. I ~-

r~~ ~~=.===== - ..~ I '\JL.iJ Pnll'ezya odrazove pomelY nlzl1ych technologii sviJtlovodll

Analogovy pfenos sklenenym vlaknem

Naklady na nasledujicf zapojeni trochu pfekracuji ramec toho absolutne nejnut­nejsiho, ale dosazitelne udaje to ospravedliiuji: odstup signalu od sumu lelf s 80 dB daleko za hranici slysitelnosti (CD: 96 dB) a zkresleni signalu 0, I % je opravdu male. Vysilac a prijimac Ize umfstit najednu standardni desku, kterouje pfirozene nutno pilkou rozi'ezat.

Pfenos probiha analogove, vysilacf dioda LED je buzena primo zesilenym vstup­nim signalem. Tranzistor Tl pracuje jako emitorovY sledovac. To znamena, ze nevy­kazuje zadne zesileni napeti, ale zajist'uje vysokou vstupni impedanci, tedy zanedbatelne zatizeni vstupu. Napet'ovym delicem RI/R2je potencial vstupu nasta­yen na polovinu napajecfho napeti. To je nutne k tomu, aby kladne i zapome pulvJny byly zpracovavany stejne. Vystupni napeti na emitoru tranzistoru Tl budi tranzistor T2. Je to zapojeni s proudovYm buzenim, se kterym jsme se seznamili jiz v kapitole o diodach LED. Bez vstupniho signalu se emitor tranzistorn T2 nachazi na potencialll 1,2 V (polovina napajecfho nap Hi minus dvakrat prahove napeti baze-emitor). Proto­ze oba tranzistory nevykazuji zadne napet'ove zesileni, poiuyva vstupni napeti vy­silaciho dilu prakticky techto 1,2 V. Teoreticky je mozno budit 2,4 volty spicka-spicka, prakticky je ale lepsi zustat pod I Vss, nejlepsi pak pod 100 mVss . Mene zde znamena vice, protoze dochazi k mensfmu zkreslenL Stfedni proud dio­dy LED je 1,2 V deleno 47 0, tedy asi 23 rnA. Aby se pres napajeni (a napet'ovy delic RIIR2) nedostalo do zapojeni zadne ruseni, je napajeno napHim 5 V prosti'ed­nictvim elektronickeho stabilizatoru napeti. Take pfijimaci cast je mozno napajet

119

dlznymi napetimi. (Ma-li pfijimac a vysilac pracovat v duplexnim rezimu, tedy se dvema optickymi vlakny v obou smerech,je mozno napeti 5 V stabilizatoru pouzit i pro pfijimac - carkovana cara ve schematu).

..

Vysilac PFijimac 5... 30VI , ________ :.:.-nu -­ - f -.p.-,:+)

Rll~

~ Sklenene vlakno

c.

:E0o

co

lOOn

c~. ."'"

@--¢ ±---­____ .l________ n_l ~ .....

@> 2VS ss @o I V9 ss

<S> 1V2SS

Tl , T2=BCS41B BP104

~ A " A2 = Ie 2 = CA3240; TLC272

@> ~:!i: IOOmVss (P2)

Obl~ 7. 18 Schema zapojeni vys ilace a phjimace soupravy pro pFenos optickYm vldknem

Zapojeni prijimace se sklada ze dvou operacnich zesilovacu (v jednom integro­vanem obvodu). Na neinvertujicf vstupy obou zesilovacu je pfivedeno asi 40 % napajeciho napNi (270 kO ku 180 kO). Zapojeni vstupu pusobi na prvni pohled pozoruhodne, vypada totiz tak, jako by fotodioda na rozdil od nasich dosavadnich zapojeni pracovala v rdimu naprazdno. Je to klam, protoze vystupni napNi prvni­ho operacniho zesilovace je nigi nez napeti na delici R6!R5, takze fotodioda je polarizovana v zavernem smeru. Jeji pracovni odpor je P2, na nemz Ize nastavit citlivost. Prednosti tohoto zapojeni je, ze na fotodiode neni temer zadne napeti, nebot' navazujici obvod operacniho zesilovace nastavuje sve vystupni napeti tak, aby na jeho vstupech bylo co nejmensi napeti. Vystupni napeti je tedy zavisle na proudu fotodiody, aniz by napeti 0 jmenovite hodnote bylo pfitomno na samotne diode. To cini zapojeni obzvlast' lineamim a navic i rychlYm. Druhy operacni zesi­lovac dale zesiluje signal, takZe vys!upni napeti odpovida asi vstupnimu napeti.

K napojeni svetlovodu na oba opticke polovodice se pouzivaji specialni pJ'ipojky (drzakya zasuvne spojky), ktere si Ize objednat. Snadnejsi to je s optickymi polo­vodici Siemens SFH 750 (LED nahrazujici LD 271) a SFH 250 (fotodioda nahra­zujici BP 104; typy SFH zatim nejsou bezne k dostani, ale Ize je objednat). Jejich plastova pouzdra jsou opati'ena otvorem, do nehoz Ize primo zastrcit svetlovod o vnejsim prumeru 2,2 mm. Prumer 2,2 mm se ustalil jako standardni rozmer. Pro

120 121

mls licel nejlt~pe poslouzi bezphiSt'ovy svetlovodny kabel a opticke polovodice chr{\ nene nepnlsvitnou lepici paskou pied okolnim svetlem. Katody typu SFHjsou ozna ceny zplostenim pouzdra.

Pro duplexni provoz potfebujeme dye desky, ktere se vsak nerozfezavaji. Osa zovaci planekje resen tak, ze vysilac i pfijimac je napajen z jednoho napet'oveho zdroje. Porrebujeme-!i jenjeden vysilac a jeden pfijimac - pro simplexni provO! - rozrezeme standardni desku podel carkovane cary, prip. pres i'adu otvonl na­

zde rozriznout

Obi: 7.19 Vys ilac a prijimac se vejdou na jednu standardni desku

chazejici se vedle ni (smerem k vysilaci). Pfitom se na strane vysiJace ztrati spo­jeni mezi obema vnejsimi podelnymi vodivymi drahami. To je nutno nahradit dratovym mustkem.

Shrnuti

.:. K optoelektronickemu prenosu signalu je nutno svetelny paprsek ovliviiovat (modulovat) informaci, ktera ma byt pi'enasena .

• :. Opticky mohou byt prenaseny jak cislicove, tak analogove signaly .

• :. Na analogovych optickych pfenosovych trasach je okolni svetlo casto zdro­jem ruseni (zejmena umele svetlo) .

• :. Ph vyberu diod LED pro opticky pfenos signaluje vhodne se orientovat na co nejmensi lihel vyzarovani, v danem pfipade lze soustfedeni svetla do svazku zvysit dalsimi optickymi opatrenimi .

• :. U cislicoveho prenosu dat se daji v!ivy rusiveho svetla lepe potlacit.

.:. Digitalni opticke techniky pfenosu jsou nakladnej~i a slozitej~i.

.:. Smycka PLL (fazoveho zavesu) je regulacni smycka, v niz napet'ove fizeny oscilator (yeO) je synchronizovan s referencnim kmitoctem.

.~. Privadi-li se na smycku PLL kmitoctove modulovana referencni kmitocet, meni se fidici napeti oscilatoru yeo podle modulace referencniho sigmilu, takZe toto fidici napeti pfedstavuje demodulovany signal.

.:. Optoelektronicky vazebni clen umoZiiuje pfenos signalu bez pi'imeho vodive­ho (galvanickeho) propojeni.

.:. U optoclenu ridi proud diodou LED (srovnatelny s bazovym proudem) kolek­torovy proud fototranzistoru .

•:. Pomer mezi proudem diody LED a kolektorovym proudem fototranzistoru je vazebni cinite!. Je srovnatelny s proudovym zesilovacim cinitelem tran­zistoru .

• :. Svetlovod (kabel ze sklenenych vlaken) je imunni vuci ruseni.

.:. Utlum svetlovodu se udava v dB/km.

• :. Take svetlovod ma urciry maximalni krnitocet (pro modulacni signal). Ten zavisi na zpusobu sireni svetla ve vlaknu (vidu vlakna).

122 123

8. Jine zdroje svetla Aekoliv jsou diody LED nejeastejsimi svetelnymi zdroji v optoelektronice, pre­

sto nesmime zapomenout najine zdroje, napf. laser, plynove vybojky a zarovky.

Laser

I kdyzjsou laserove diody zabudovany v kazdem pfehravaei kompaktnich disku (CD) a jsou tedy vyrabeny ve velkych seriich, jsou jako samostatne soueastky pro experimentovani zatim jeste pl'flis drahe. Krome toho pracuj i laserove diody v pfi­strojich pracujicich s CD jen v neviditelnem infraeervenem (IR) pasmu. Teprve v posledni dobe byly polovodieove diody vyzafujici viditelne svetlo dovedeny do stadia dokonalosti umozilujiciho jejich seriovou vyrobu.

V prvnich laserech nebyly zadne polovodieove diody. Tvofila je rubinova tye cHene zneeistena atomy chromu, jejiz konce byly s nejvetsi presnosti vybrouseny do rovnobeznosti a opatieny zrcadlicim povlakel11. Kolel11 teto tyee byla spiralove ovinuta elektronova bleskova trubice.

Zrcadlo

Ob'e 8.1 Kons/f7.lkce rllbinowiho laseI'll

Rubinova tye Polopropustne zrcadlo

Kdyz doslo v trubici k bleskovemu vyboji, byly eJektrony atomu chromu "nabi­ty" energii. Podstatnou vlastnosti chromu dulezitou pro laser je, ze jeho elektrony tuto energii ihned zase neodevzdavaj i, nybrz az kdyzjsou k tOl11U vybuzeny. K tomu dojde, jakmile je takovy elektron zasazen svetelnym paprskem urCite barvy. Ucho­vavana energie se uvolni ve forme svetelneho paprsku (stejne barvy), ktery muze vybudit dalsf elektrony k uvolnenf jejich energie atd.: vznikaji male laviny. Mnohe zaniknou, protoze svetelne paprsky po stranach rubfnovou tye opusti. Jen paprsky sffici se pfesne rovnobezne s osou tyee se stale odrazeji mezi obema zrcadlicimi

124

rovnobeznYmi konci tyee. Energie teto laviny roste, az tyto paprsky nakonec jako energii nabity zablesk laseru proniknou jednim z obou koncu tyee, ktere ostatn~ zrcadli jen z 90 %. Tak vlastne vznika extremne uzky svazek laserovych paprskll. Obl~ 8. 2 ukazuje, ze svetelny paprsek, ktery nesmeruje pfesne podelne, rubinovOIl tye predeasne opusti.

I ;; I Ob~ 8.2 Paprsek nesmerujici zcela ve smeru osy rubinow? tyee ji pi'edcasne opusti

Dalsi typickou vlastnosti svetla laseru je jeho jednobarevnost (je monochroma­tich!), tzn. ze obsahuje jen jedinou barvu. To Ize vysvetlit vlnovym charakterem svetla. Pfi sifeni paprsku tam a zpMky se tyto nutne pfekryvaj i. Pi'itom se pfedeasne mizi paprsky, ktenS nemaji vlnovou delku pfesne zapadajici do vzdalenosti mezi obema zrcadly. Jen tato vInova delka vede k lavinovemu laserovemu efektu a spolu s materialovymi vlastnostmi rubinu ureuje barvu vychazejiciho svetla.

Existuji ruzmi provedeni laseru. Lisi se napf. pouzitym materialem. Vedle laseru z tuhych IMek,jako je rubinovy laser,jsou plynove a dnes i kapalne lasery. Budi-Ii se laser bleskovou trubici, dostavame laserove svetio jen po dobu kratkeho zablesku (impulzni laser) . Proti nim stoji trvale svitici lasery, takzvane lasery s trvalou vlnou. Naopak je mozno do konstrukce laseru zabudovat optickY ventil, takzvany Kerruv ehinek. Ten nejdfive pferusi dn'thu mezi zrcadly a tim znemozi aktivaci energie elektro­nu. V teto dobe se "pumpuje" svetelna energie do laserove tyee. Kdyz se Kerruv clanek zase otevfe, vytvofi se rychle mohutne laviny, ktere vyvolaji mimofadne silny impulz svetla 0 trvani 5-50 ns (nanosekund, tedy miliardtin sekundy).

Jeste par poznamek: intenzita ozareni laserem je 1 06- 10 12 W/cm2• Na prvni po­hied se to zda giganticke (10 12 W = 1 TW [terawatt] = 1 milion MW). Protoze ale diky extremnimu soustfedeni svazku cini plocha jeho pruniku a tedy i osvicena plocha fadove etvereeni mikrometry - tj. stomiliontiny Ctverecniho centimetru, pohybuje se celkovy vykon kolem 10-2 az 104 W. Rovnez muze takovy uzky svazek laseroveho svetla znicit sitnici oka, kdyz na ni dopadne. Ph manipulaci se zaostfe­nymi laserovymi paprsky se musi pouzivat specialni ochranne bryle.

Laserova dioda

V podstate na stejnem principu, ale se zcelajinymi materialy pracuji polovodieo­ve lasery. Pi'itom se vlastne jedna 0 diody LED, jejichz polovodicovy pi'echod je tak utvofen a opati'en zrcadlicimi konci, ze dochazi k laserovemu efektu.

Laserove diody vydavaji svetlo obsahujici mene energie ajejich paprsky nejsou sousti'edeny do tak uzkeho svazku jako u vyse popsanych laseru. Naproti tomu jsou

125

male a jednoduse provozovatelne a pfedevsim se da intenzita jejich svetla regulo­vat: je primo umema proudu laseru. Z tohoto duvodu se laserove diody hodi pre­vazne k optoelektronickemu pfenosu signalu svetlovody. Bez velkych nakladu se daji prenasene signMy modulovat a jejich svetlo zavadet do optickeho vlakna. Za­limco prvni laserove diody pracovaly jen v pasmu infracerveneho svetla, jsou dnes k dispozici i typy s viditelnym svetIem. Prahove napeti cini 2-3 V. Ucinnost lasero­vych diod je pomerne nizka, to znamena, ze vetsina nashromazdene elektricke ener­gie se uvolni ve forme tepla. Proto museji byt laserove diody dobre chlazeny.

Laserova dioda. Jejl pi'echod PNj e utvoi'en tak, ze nastava laserovy efekt Obl~ 8.3

Vybojky pInene plynem

Ackoliv jejich technikaje jiz pomeme stara, ziskavaji plynove vybojky v posled­ni dobe opet v-yznamne postaveni. Pojem oznacujici tento druh svetelnych zdroju zni dnes znacne zastarale, ale presto odkazuje na funkcni princip velke skupiny techto zdroju: v plynu se vybiji elektricka energie a uvoh'iuje se ve forme svetla. Nejjednodussi plynova v-ybojka, doutnavka, kterou je osazena zkousecka napeti, neobsahuje nic vice nez dye elektrody a plynovou naplii neonu nebo helia.

Vzacne plyny jsou vlastne izolMory. AV5&k pusobenim okolniho tepla, kosmic­keho a radioaktivniho zareni stejne jako elektromagnetickych vln v nich stale vzni­kaji jednotlive nabite ("izolovane") atomy plynu. Tyto vlivy z nich uvoliiuji jednotlive elektrony. Phlozi-Ii se na elektrody napeti, uvedou se ionizovane atomy a volne elektrony do pohybu smerem k elektrode s opacnou polaritou, tedy kladne atomy plynu k zapome elektrode a elektrony ke kladne elektrode. Na teto ceste se srazej i s jinymi atomy, ktere tim rovnez ionizuji a tim uvadeji do pohybu, zkrMka plynem zacne protekat proud. Ph kolizich se uvoliiuje energie, ktera je pozorova­telna jako svetlo. Je to premenena elektricka energie pochazejici ze zdroje napeti

pfipojeneho na elektrody.

I I ' 1

"

1,

i : I

\ i

,.

I,

126 127

~ 11,11'

"r 1 ~ !Ob/~ 8.4 Doutnavka

Zajimava je proudove-napet'ova charakteristika doutnaveho vyboje. Vykazujc pozoruhodny hrb, C02 znamena, ze doutnavkou teee ureity stejny proud pfi dvou nhnych napetich. Jak si to marne pfedstavit?

, ­Obi: 8.5 Charakteristika VII doutnavky. Zapalovaci napeti je vyss[ nez napeti

stabilizovaneho vyboje

Doutnavky vzdy pracuji s pfedi'adnym odporem. Pfipoji-li se seriove zapojeni ke zdroji napeti , proud a napeti nejprve roste, az se dosahne zapalovaciho napeti (vr­chol kfivky). Doutnavka se rozsviti. Pfitom proud date roste, avsak napeti klesa, protoze energie pohybujicich se naboju roznecuje ionizaci . Ve stabilnim aktivnim stavu je na doutnavce napeti vyboje. Zajimavy je plochy konec kfivky. Napeti je zde konstantni, aekoliv proud se zmeni 0 dye desitky procent. To je vlastne funkce stabilizatoru napeti. De facto je doutnavka, at' v podobe lampieky nebo verSi trubi­ce, do jiste miry Zenerovou diodou v elektronkove (od slova elektronka, nikoliv elektron!) technice.

Odpor zachycuje napet'ory rozdil mezi napajecim a stabilizovanym napetim. Musi byt dimenzovan tak, aby jednak mohl doutnavkou protekat dostatecny proud a jed­nak nekleslo pri plnem zatizeni pfipojenym spotfebicem napetf vyboje, protoze by doutnavka zhasla.

I [)

• Konstantni napeti l l

J

Ob/~ 8.6 K ziskani stabilizovanel1O napeti se napaji doutnavkova trubice pl'es odpo/: Na jejich elektrodcich je konstantni napet! vyboje

Take prvky prepet'ove ochrany jsou staveny na bazi doutnavky: pi'ekroei-li nape­ti najejich elektrodach ureitou hodnotu, plyn se "zapaH" a napetijiz deile nestoupa. Svodice pfepeti jsou nabizeny pro celou fadu aplikaci pfepet'ove ochrany.

Elektricke vlastnosti doutnavek, stejne jako barva jejich svetla zavisi hlavne na sloze­ni plynove napine. Zatimco neon svetelkuje naeervenale, helium doutna spise zlute.

Pro osvetleni 111istnosti a ulic je k dispozici ce la fad a roz111anitych plynovych vybojek. V poulienich svitilnach se pouzivaji vetsinou monochromaticke (jedno­barevne) zlute svitici a velmi ueinne nizkotlake vybojky pinene sodikovymi para­mi nebo vysokotlake vybojky pinene parami rtuti s 1110drobilym sverlem. Protoze tyto pary se samy 0 sobe nezapali , pfimichava se k nim vzacny plyn, ve kterem dojde po zapnuti k doutnavemu vyboji, ktel"}' se po krarke zahlivaci dobe pfenese na pary kovu. Behem teto krarke do by vidime napi'. sodikovou vybojku svitit tma­ve eervene namisto zlute. Sodikove vybojky maji nejvyssi svetelnou ueinnost (zisk svetla z ureiteho mnozstvi energie) ave zlutem svetle vidi lidske oko velmi ostfe. Avsak kvuli jednobarevnosti neni mozne rozeznavani barev. Z tohoto duvodu se doposud v poulienim osvetleni vyrazne prosazovaly i rtut'ove vYbojky.

Tlumivka

v:

Doulnavkovy zapalovac

Odrusovaci

• Starter kondenzalor

• Zarivka

Doutnavkovy starter ~f--------'

Ob/~ 8.7 Starter a jeho civka vyrabeji impulzni napeti, ktere pFevysuje zapalovaci napeti

~ :

128

U zarivek a uspomych zarovek (kompaktni vybojky) se jedna 0 nizkotlake lam py pinene rtut'ovymi parami. V porovnani s zarovkami spotfebovavaji 0 80 % mem' proudu a jejich zivotnost asi 8000 hodin je zhruba osmkrat vyssi. Jejich plynovl'l smes vyzai'uje ultrafialove sVetio, ktere by stezi bylo videt, kdyby na stenach trubi ce nebyl nanesen transmiter, tedy latka, ktera meni ultrafialove svetio na svetlo viditelne. Te se fika luminiscencni latka neboli luminofor. Take zarivky maji na sv~ proudove-napet'ove charakteristice hrb, ktery je nutno ph startu pi'ekonat. Vrchol hrbu, tedy zapalovaci napeti, je vyssi nez amplituda sit'oveho stfidaveho napeti.

Tento problem se resi t1umivkou a starterem. Starter je doutnavka s bimetalovy mi elektrodami. Zapaluje se po zapnuti svitidla. Tep lo "doutnajicich" plynu ohybii bimetalove elektrody, az se zkratuji. V tom okamziku se sit'ove napeti objevi nil tiumivce, tzn . vysokoindukcni civce, a topnych dratech elektrod trubice. Protekaji­ci proud nyni nabiji energii tlumivku a zahfiva elektrody. Bimetalove elektrody starteru se po kratke ochlazovaci dobe rozepnou, proud tlumivkou zanikne a to vyvola impulz napeti 0 velke amplitude pfevysujicf zapalovaci napeti a plyn v za­fivce se zapa/i. Za provozu pak tlumivka pin! ulohu pfedi'adneho odporu, nebot' jeji indukcnost predstavuje pro sti'idavy proud odpor.

Funkci starteru je mozno prokazat malym pokusem, ve kterem se stalier POUZijl' jinak, nez je obvykle. Obvod tvofi seriove zapojeni starteru a zarovky 25-60 W. Tento pokus je treba realizovat s dobre jzolovanymi mericfmi silfuami a laborator­nimi svorkami, nikoliv s levnymi tenkymi zkousecimi silurami s krokodYlky. K tomuto pokusu je nezbytne pfistupovat velmi opatme, protoze pri nem pracujete s plnym sit'ovym napetim; nejprve propojte obvod do definitivniho stavu a teprve pak pripojte sit'ove napeti. Po zapnuti se rozsviti doutnavka starteru. Jeji plynovii naplil se zahi'iva, az se sepnou kontaktni elektrody. Nyni je pod plnym sit'ovym napetim zarovka, kteni proto sviti. Kratce nato se kontakty starteru opet rozepnou a cely proces se opakuje - zarovka tedy blika.

Zarivky maji znacne vyssi ucinnost nez zarovky. Zatimco bezne zarovky pro domacnost vyzafuji asi 10 Im/W - lumen na watt je svetelny tok ziskany z 1 wat­tu elektricke energie, kratce svetelna ucinnost, zachazeji zarivky pri sve ucinnosti

~ l 220 V 25 .. . 60 W

Obl~ 8.8 Slarter zahvky jednou Irochu jil1ak: jako blikac zarovky

129

nad 50 ImlW s elektrickou energii mnohem setrneji. Moderni energeticky uspor­ne zarovky jsou vlastne rovnez zarivky. Jejich trubice je kratSi a byl pro ne vyvi­nut povlak luminiscencni latkou s pfijemnejsi barvou svetla. Starter byl do nich integrovan, u nekterych typu i tlumivka. Tyto zarivky je mozno nasroubovat do obycejne objimky misto bezne zarovky. Ovsem z ekologickeho hlediska je tento lyp problematickY.

Po konecnem opoti'ebeni telesa zarivky - a i pfi jeji dlouhe zivotnosti k tomu jednou dojde - se nam nabidne neporusena t1umivka. Kdo rad kuti, muze ueinit z nouze ctnost: tlumivku vymontovat a zapojit ji do serie s uspomou zarovkou bez zabudovane t1umivky. Pro tento typ zarivek je zapotfebi specialni patice, ktera je vsak k dostani. Pfikony stare a nove zarivky by se mely shodovat.

Obr. 8.9 Stara pfedfadna Ilumivka se jednoduse zapoji do serie s 110VOU lispornou iarovkou

Protoze zarivky obsahuj i rtut' (ktera je tekuti), nemeli bychom ji, kdyz se pokazi, jednoduse rozbit nebo vyhodit do domovniho odpadu, nybrz odevzdatjako zvlast­ni odpad. V mnohych obchodech, kde zai'ivky prodavaji, berou stare zpet.

Fotograficke blesky jsou vybaveny xenonovymi zableskovymi vybojkami, ktere jsou take druhem lamp s vybojem v plynu. Vzacny plyn je pod vysokym tlakem. V pfistroji jsou zapojeny paralelne k vysokokapacitnimu elektrolytickemu konden­zatoru, ktery se pred zableskem nabije na 300 V nebo vice. Vybojka se zapaH vyso­konapet'ovym impulzem na zapalovaci elektrode. Pritom teee z kondenzatoru kratkY, ale velmi vysoky spickovy proud. Diky nemu vykazuje svetelny zablesk rozdeleni barev, ktere se ve lmi bHZi spektru denniho svetia.

'II ,

'i

130

100 I _'I It.. 'I

r 80

/--, .: k '---.............Dennf sveUo

..... ~ Vi 60

..... ",

40

20

400 500 600 700

.\(nm)_

Ob,: 8.10 PorovnQni spekter xenonove bleskovky a slunecniho svi!tla

Zapojeni blesku obsahuje vedle bleskovky a napajeciho dilu - v podstate akumu­latoru a napet'oveho menice - zapalovaci cast s malym vysokonapet'ovym transfor­matorem a fidici elektroniku, ktera behem doby, kdy vybojka sviti, fotodiodou meri sverlo odrazene od predmetu, na kter)' bylo zamereno, a prerusi proud vybojkou, jakmile byl film dostatecne osverlen.

Obr. 8.11

I Nabijeci proud napajeni (220 V)

Akumulator

Obslu;ny dil Synchronizacni

kontakt

I------~(O).

Zapalo­

f'--"­ • vani

Principialni zapojenl elektronickeho blesku

Vykon, pfesneji maximalni intenzita svetla elektronickeho blesku, je vyjadi'ena smemym cislem. Smeme cislo, napi'. ,,32 pri 21 DIN", neni zadnou fyzikalne defi­novanou mirou (jednotkou v soustave SI), nybrz vyplynula z fotograficke praxe: cim vice jsou objekty vzdaleny od aparatu, tim mene svetla na ne z blesku dopada a tim vice musi byt e10na fotoaparatu otevfena (nejmensi cislo e1ony!) - jednoduse:

131

vzdalenost a e10na jsou v nepfime umere. Smeme cislo je proto soucin e1onoveho 0isla a vzdalenosti fotografovaneho objektu:

SC = CL . vzdalenost.

Ma-li byt 4 m vzdaleny objekt osvetlen zminenym bleskem smerneho cisla 32, je k tomu zapotrebi elona 8. Je to tedy velmi prakticke, ale ma to jeden hacek: zavisi to take na citlivosti filmu. POuZijeme-li pro zastineny motiv film 24 DIN namisto 21 DIN, mMe se e10na 0 jeden stupeii vice zavfit. Clona 11 nasobena vzdalenosti 4 m vsak dava smeme cislo 44. Vidime tedy, ze ph posuzovani blesku je citlivost filmu stejne duleZita jako ph vypoCtu e1ony.

Zarovky

Aekoliv jiz pati'i k nejstarsim e1ektrotechnickym soucastkam a pres jejich velmi spatnou ucinnost pouhych 5 %, jsou zarovky pouzivany i v elektronice, a to nejen k osvetleni stupnic, nybrz napi'. i jako vysilace svetla ve svetelnych zavorach vel­keho dosahu. Problemem zarovek je jejich - ve srovnani s diodami LED - kratka zivotnost. Kvuli vysoke teplote wolframoveho zhaviciho vlakna (2200-3000 0C) je ve velke mire zavisla na naper\. Je to znazomeno v grafu na obI: 8.12. Napeti azivotnostjsou vztazeny k 100 %. Pri zvyseni napeti 010 %, napf. z 220 V na 242 V, klesne zivotnost 0 70 %, takze misto jmenovitych 1000 hodin sviceni se zarovka prep ali za 300 hodin. (Ve skuteenosti je zivotnost jeste navic zavisla i na tom, jak casto se zarovka zapina a vypina).

Graf obsahuje dalsi pfimku, a sice pro svetelny vYkon. Je videt, ze se svetelny vykon se stoupajicim napetim zvysuje, a to rychleji nez toto napeti. Vyse zminene zvyseni napeti 0 10 %, pri nemz vzroste prikon zarovky asi 020 %, vede ke zvyseni svetelneho vykonu temei' 0 50 %. Cenou za dalsi zisk svetelneho vykonu je tedy drasticke zkraceni zivotnosti.

Tento vztah stal u zrodu a vyvoje halogenovych svetelnych zdroju. Naplnenim baiiky zarovky vhodnym halogenem v plynnem skupenstvi, napi'. j6dem, je mozno zkraceni zivotnosti wolframoveho vlakna ph vysokych teplotach odvratit. Dusle­dek: zvyseny svetelny vykon pri prijatelne zivotnosti. Castice wolframu, ktere se v dusledku vysoke zhavici teploty ze spiraly uvoliiuji, se v blizkosti sklenene ban­ky pri teplote asi 1400 °C slueuji s halogenovym plynem. Jestlize se tato sloucenina dostane do blizkosti rozzhaveneho vlakna, rozpada se opet na puvodni prvky a casteeky wolframu se usazuji na spirate. Krome toho je barva svetla diky vysoke zhavici teplote velmi blizka sJuneenimu svetlu.

Nekdy se zarovky pouzivaji v elektronickych obvodech, aniz by jejich ukoJem bylo svitit. Odpor zarovky ma totiz pozitivni teplotni koeficient (PTC): eim vyssi je teplota zhaviciho vlakna, tim vyssi je jeho odpor. Odpor PTC ma napf. vyznam ph kompenzaci teplotne zavislych elektronickych soucastek. Napfiklad polovodiee maji

i

!

I,

132

tendenci jevit opaenou teplotni zavislost : eim vyssi je jejich teplota, tim vetSi proud odebiraji.

i :1? ~ c: a

.>:,>. > 200 '>.c: Qj;OJ iii '" ~ en 100 a c: (5 .", 'N

'c .", (5 Qja: so

'0 , T) 80 90 100 110 120 130

Relativni provozni nape~

ObI'. 8.12 Zivolnosl a svelelny vykon v zavislosti na nape/i. Osy souradnic jsou cejchowiny v % jmenovitjch hodnol

o zarovkach se traduje, ze v porovnani s vetSinou jinych elektronickych soueas­tek jsou velmi pomale, Melo by se to projevovat tak, ze jejich jas sleduje zmeny pl'ilozeneho napeti se zpozdenim. To je pravdajen easteene: vyse zmineny teplotni koeficient totiz zpusobuje, ze zarovka pl'i zvyseni napeti odebira vice proudu, az dosahne pi'islusneho jasu. Pl'i poklesu napetije to obracene. Obr. 8.13 ukazuje kmi­toetovou charakteristiku svetia zarovky na pl'ikladu zarovieky 6 V /0,3 A pro osvet­leni stupnice. Je videt, ze az do 20 Hz probiha linearne a pak klesa se sklonem 6 dB na oktavu (coz odpovida zmenseni signalu na polovinu pri zdvojnasobeni kmito­etu). Jine zarovky vykazuji kmitoeet zlomu nad 50 Hz,

Kdo rna k dispozici generator obdelnikovych impulzu a jednoduchy osciloskop, muze si charakteristiku zment pomoci testovaciho zapojeni z obI: 8.14.

!

10 4

, . _ I' , ~ . I "J. " I. L: II

I 5' E:=­ IO J

;Q) 0.

'"Z

10 10' 10'

Kmitocet [Hz] --.

10'

ObI'. 8.13 KmiloCtova charaklerislika zarovky

ObI'. 8.14

15V

T1

..........

15V

l • k osei loskopu

~OIJ

Vzdalenost mezi zhavieim vl:iknem a fotodiodou: 9 em

Tes /ovaci zapojeni ke zjisteni kmiloCtove charakterisliky iarovky

133

134 135

Shrouti

.:. Laserove svetlo je silne soustfedeno do svazku, je jednobarevne (monochro­maticke) a ma jen jednu rovinu, ve ktere krnita Ue polarizovano) .

.:. Plynove vybojky se vyznacuji svou porn erne vysokou llcinnosti.

.:. Ke spusteni plynove vybojky je potfebne zvysene napeti, protoie jeji napeti stabilizovaneho vyboje je nig! nei zapalovaci napeti.

.:. Ooutnavka muze slouzitjako stabilizator napet!.

9. Dalsi fotosenzory

Fotocitlive polovodice

liz jsme si objasnili, ze fotocitlive polovodice se od svych "normaln!ch" pfedloh nelis! svym principem, ale podstatne se lisi pouiitymi materialy a z nich vyplyvaji­cimi elektrickymi vlastnostmi a samozfejme pnlsvitnym pouzdrem.

Zakonite byly vedle fotodiod, fototranzistonl (i v Darlingtonove zapojeni) a diod LED vyvinuty i jine polovodice ve fotoverzi: fototranzistory fizene polem (foto­FET), fototyristory, fototriaky a take fotoverze nekterychjednoduchych logickych hradel v proveden! se Schmittovymi klopnymi obvody. lako samostatne polovodi­ce nenabyly tyto soucastky velkeho vyznamu, uplatnily se spolu s diodami LED hlavne ve vazebnich aplikacich. lejich optickych vlastnosti se tedy vyuziva k buze­ni dalsich komponent bez jejich galvanickeho pfipojeni.

Tyto soucastky zde budou pfedstaveny jen krarce, nebot' nejsou bezne k dostani a pro pokusy jsou asi i pfilis drahe. Protoze v amaterske elektronice nehraje prace ph zapajeni vice soucastek namisto jedine zadnou roli, nahrazuji se vyse zminene fotosoucastky normalnimi typy a ty se budi fidicimi obvody. Na svetlocitlivy odpor (LOR) se ale pfece jen bli:~e podivame.

Foto-FET

Polem fizeny tranzistor FET obsahuje kana! mezi elektrodami source (zdroj) a drain (odtok). Kanal zaroven tvoH diodu elektrody gate (hradlo). Phlozenim po­tencialu, ktery je zapornejsi nez potencial na source, se dioda hradla polarizuje v zavernem smeru. Toto napeti pfiskrti kanal source - drain. eim je toto napeti vetsi (zapornejsi), tim mene proudu tece mezi elektrodami source a drain. Dopad-

Rl

R2

Obl~ 9.1 Dopad sve/la na hradlo pusobi s/ejnejako narus/ (kladny) napeti hradla

136

ne-Ii na fotocitlivou diodu hradla svetlo, tece proud proti zavememu smeru. Tim Sf.'

uvolni zaskrceni kanalu, svetlo tedy zvysuje proud odebfrany elektrodou drain. Tranzistor foto-FET je mozno pouzit ve dvou pracovnich rezimech. Bud' FE"!

pusobi jako zesilujfci soucastka a pak se uplatni jeho priznive charakteristiky a relativne dobre sumove chovani, avsak citlivost na svetlo je mala. Nebo je mozno foto-FET stejne jako normaIni FET pouzit pri nizkem buzenf jako ovladatelny od. por, v tomto pripade rizeny svetlem. Ve vazebni verzi tranzistoru foto-FET, napi', v HII F (General Electric) je tedy k dispozici proudove fizeny odpor s galvanickym oddelenim odporu od ridiciho obvodu. Ridici proud tece diodou LED. Obr. 9. 2 ukazuje principialni zapojeni operacniho zesilovace s proudove fizenou regulaci zesfleni. Zde tvori tranzistor foto-FET optoclenu odpor delice napetf, ktery urcujl.' zesfleni celeho zapojeni.

I Vstup sign<'lIu Q

L

FET

~-o----.J

Ridici vstup

Rl

l • Vystup

J

Ob,~ 9. 2 Zesileni lohoto zapoj eni se fidi proudem diody LED

Foto-tyristor a foto-triak

Tyristor je dioda, ktera je uzavi'ena v obou snerech. Impulzem na ti'etfm vyvodu tyristoru je mozno otevfit diodu v propustnem smeru. Tyristor se opet zavre, kdyz proud diodou klesne na nulu. U foto-tyristoru je zapalovaci impulz nahrazen osvi­cenim. Pi'itom musi intenzita svetla pfekrocit po dobu mini maIne 30--50 ms urcitY prah. Tyristory se casto pouzfvaji ve vykonove elektronice k rizenf sti'fdavych prou­du pri vysokych napetich. Zde nachazi foto-tyristorovy vazebni clen (H II C; GE) zajimave uplatneni, napi' . chceme-li spinat proudy pomoci elektronickych obvodu, ktere pracujf s malymi napetfmi (poCftace). Tyto obvody vsak nejsou zcela bezpro­blemove, nebot' jejich komponenty museji byt na jedne strane opravdu dostatecne citlive, aby reagovaly na pomeme slabe ovladaci proudy, na druhe strane vsak na­tolik necitlive, aby poruchy zpusobovane vysokymi napetfmi a proudy nevedly k nezadoucim zapalenfm tyristoru. Tento rozpor je jen velmi obtizne res itelny.

To plati i pro vazebni clen s foto-triakem (H 111; GE), Triakje mozno na rozdil od tyristoru otevirat v obou smerech.

137

Fotocitlive integrovane obvody

Take integrovane obvody se vyrabejf ve fotocitlive, resp. vazebnf verzi. Vazebnf clen se Schmittovym klopnym obvodem HII L je soucastkou slouzicf k bezpoten­ciaIovemu - tedy bez galvanickeho spojeni - privadeni signalu na Cfslicove obvo­dy. Vazebnf clen je pouzitelny jak pro integrovane obvody TTL rady 74 ... , tak pro obvody logiky CMOS rady CD 40 ...

Ob,: 9.3

Tab. 9.1

Vstup signalu

Rl

Vstup logiky

Vslupni obvod bez galvanickeho spojenf pro Cislicova zapojeni s inlegrovanymi obvody rUznych technologif

Technologie obvodu U Rl

TTL 74, 74H, 74S 5V 390£1 74L, 74LS, MSI, LSI 5V 3,3 k£1

HNIL l5V 1,8k£1 CMOS 3V 1,2 k£1

12 V 5,6 k£1

Hodnoty odporu R1 v zapoj eni podle obI'. 9.3

Svetlocitlive odpory (LDR)

Svetlocitlive odpory vesly do povedomi nejdfive jako clanky na bazi simiku kad­mia, coz odkazuje na material , ze ktereho jsou vyrobeny. Simik kadmia (CdS) je z fyzikaIniho hlediska polovodic. Na rozdil od diod, tranzistorU ajinych polovodi­cu neni dotovan, tedy cflenym chemickym znecistenim zmenen na polovodic ty­pu P nebo N. Nelze tedy z nej vyrabet zadne spinaci (diody) nebo zesilovaci (tranzistory) prvky, ale lze z nej vyrobit LDR, ktery je nezavisly na polarite, tedy pouzitelny se stejnosmemym i sti'idavym napetim. leho charakteristikaje typickou charakteristikou odporu, tedy lineirni. V tomto smeru ma vyhodu pred fototranzis­

138 139

torem fizenym polem (foto-FET), ktery musi zachovavat polaritu. Ten sice take vykazuje odporovou charakteristiku, ale jen v uzke oblasti buzeni. Na druhe stran~ pred ohybem charakteristiky (v zesilovacim rezimu) neni proud fizen napetim sou­rce-drain ("emitor" a "kolektor" tranzistoru FET), nybri hradlem (napetim a svet­lem), a pri obnicene polarite napeti nefunguje vubec.

Obl~ 9.4 Funkcne je 11102no LDR snadno vyzkouset ohl11l17etrem

Ve sfere amaterske elektroniky se odpory LDR tesi velke oblibe, protoie jsou snadno dostupne. Podle provedeni snesou ztratovy vykon nekolika set mW (FWC 980 I : 300 m W) a vyznacuji se - rovnei v zavislosti na typu - hodnotami maximal­niho napeti ai 350 V (fada ORP 60). Vetsinu nabizenych standardnich typu, jako jsou LDR 03 nebo LDR OS, ovsem nelze takto zateiovat. Snesou maximalne 150 V a pro praci se sit'ovym napetim se jen tak nehodi. Jejich odporovy rozsah je velmi sirokY: Pfi uplne tme vykazuje LDR hodnotu odporu as i 10 MD, pri osvetleni 1000 Ix (I uxu) asi 75- 300 D. (Intenzita osvet leni 1000 Ix odpovida intenz ite zareni temer 5 mW/cm2, tedy asi dvacetine plneho slunecniho zareni). Ke zjisteni funkce odporu LDR se jednoduse ohmmetrem meri odpor soucastky ph ruznych hodnotach osvet­leni. Na tom, jak se odpor LDR pripoji, nezaleii.

Ze v profesionalnich zafizenich najdeme LDR jen zfidka, je dano jeho specific­kymi nevyhodami : reaguje pomalu, je tep lotne zavisly ajeho spektralni citlivost se pro mnohe technicke aplikace nehodi. Spektralni citlivost ukazuje grafna obI': 9.5.

100 i •

r ~ 80

~ "' 13 c ~ 60

:;: ~ en

c .2: COC3 40 0:

20

01 ~i 400 600 800 1000

Vlnova delka zareni ), (nmn) ~

Spektralni citlivost odporu LDR (na bc1zi CdS). VLlCi modre a injracervene

sl02ce spektra je LDR necillivy Obl~ 9.5

Spickova cit livost leii v pasl11u zeleneho svetla, avsak na obe strany od nej rychle klesa, takie odpor LDR modrou barvu a infracervene zareni "nevidi" . Zejmena necitlivost v IR-pasl11u je pro techniky, kteri tento rozsah casto vyuzivaji, nevyho­dou. (Existuji vsak odpory LDR, napf. RPY 60, z jinych materialu, napi' . CdSe, ktere na infracervene zareni citlive reaguji) . Tato selektivni spektrMni citlivost vsak muze byt oproti vell11i sirokopasmovym fotodiodam nekdy vyhodna: ki'ivka citli­vosti odporu LDR se blizi citlivosti lidskeho oka. Je znamo, ze clovek nejlepe vid[ zelenou, trochu hUfe modrou a vubec nevidi infracervenou slozku spektra. Protoze srovnatelnym rozloienim citlivosti se vyznacuji i fotograficke materialy, hraly fo­toodpory dlouho vyznamnou roli jako cidla v osvitomerech (expozimetry s clan­kem CdS). Dnes ale i tam nastoupily fotodiody se zabudovanymi filtry.

Druhou nevyhodou odporu LDR je jejich pomalost: osvetlime-li pfedtim neo­svetleny odpor LDR napfiklad 5 luxy, potrebuje nejmene I s, aby dosahl 50 % odporove hodnoty odpovidajici tomuto osvetleni a 10 s k dosaieni 100 %. Ph in­tenzivnejsim osvetleni odpor nejdfive roste rych leji, ale na poslednich nekolik de­sitek procent take potfebuje par sekund. Take vypnuti potrebuje - v relacich elektroniky - znacnou dobu. Vyrobci maji dobry duvod k tomu, aby odpor ve tme

. I,

140

definovali za podminky ,,30 minut po ukonceni osvetleni". Obr. 9.6 ukazuje casov~ prubehy hodnoty odporu LDR po zapnuti a vypnuti osvetleni 0 ruznych intenzi tach.

08

1107

A(O

106

105

104

103

102

10

ObI'. 9.6

r­

1\ RH prubeh po zapnu ti ~ Ro prubeh po osvetieni 0 intenzite .. . 1= vypn uti po Smin. r-­

r-­ osvetleni intenzitou ..

17

51x I J

SOIx Jl l..;

5001x

50001x

1 10 1n2 103 104 10 102 103 04 I

t (ma) t (ma) •

~ Zapnuti

Gra!charakterizujici zapnuti a vypnuti LDR ukazuje, ie odpor LDRje "lina" soucastka

Je zajimave, ze i tento nedostatek lze vyhodne vyuiit, napt. v nasledujicim prin­cipialnim zapojeni stupne operacniho zesilovace s nastavitelnym zesilenim.

o tomto zapojenijsme se jiz zminili v souvislosti s tranzistorem foto-FET. Odpor LDR rna tu vyhodu, ze ruseni obsazene ve svetle diody LED, napf. zbytkovy brum, diky sve pomale reakci nezaregistruje. Presto vsak by se mel odpor LDR a dioda LED kvuli potlaceni vlivu parazitniho svetla na zesileni zabudovat svetlotesne. Zesilenije rovno pomeru hodnot odporu Rl a LDR. K presnejsimu nastaveni zesi­leni je zapotfebi experimentovat se vzdalenosti mezi LED a LDR stejne jako s krajnimi hodnotami proudu - minimaInimlmaximalnim proudem - diody LED. Zde nelze uvest zadne obecne zavazne udaje. Pri zhasnute diode LED je zesileni minirnalni.

ObI'. 9.7

I Vstup r\ sigmilu l./

L

Lo-~

Ridici vstup

R,

I

' V)istup

-.J

Odporem LDR na zpetnovazebnfm vstupu operacnfho zesilovace se dO.

nasfavovat zesileni

141

Koeficient teplotni zavislosti odporu LDR se pohybuje okolo 0,2-0,5 %/0c. Na hodnoty tohoto radu teto veliCiny jsme zvykli u polarizovanych polovodicu (napt. propustne napeti diody: asi 600 mY, teplotni zav islost: 1,7-2 mYfO q. Obr. 9.8 pfesneji ukazuje teplotni chovani odporu LDR. Kfivky v tomto diagramu zobrazuji pomer mezi odporem ph urcite teplote (vynesene na vodorovne ose soufadnic) a odporem ph teplote 25 °C za ruznych konstantnich osvetleni.

ObI'.. 9.8

r RHT

RH25

• Teplotni chovani odporu LDR ph r1.iznych hodnofach osveflen i

142

Pfjklad zapojeni: sit'ova spinaci jednotka

"Pohodove" technicke vlastnosti odporu LDR byly jiste duvodem jeho pouziti v nasledujfcim zapojeni s optotriakem. Ma slouzit jako jednotka pro spinani sitt::, ktera umoznuje elektronickymi obvody bezpecne zapinat a vypinat sit'ove napeti, a to bez rele.

Podle schematu na ob/~ 9.9 ma LDR za ukol ph osviceni zarovkou uzavfit proll dovy obvod elektrodou A2 triaku a jeho hradlem. Tim se triak otevfe. Odpor R2 zabranuje, aby proud odporem LDR a hradlem nedosahl ph plnem osvetleni pril i ~ vysokych hodnot; kondenzator Cl a odpor R3 chrani triak pfed vypinacimi spicka­mi ph indukcni zatezi. Vstupni obvod lze, jakje znazomeno, budit pomoci tlacitka z baterie. Ma-li byt buzen jinym obvodem (pres vyvody 2 a 3), musi ten to dodat dostatecny proud (a napeti) pro zarovku. Podle aplikace je treba vyhledat nejvhod­nejsi typ zdroje svetla.

Zapojenf z bezpecnostnich duvodu postavime na kousku dvoui'ade pajeci listy. Vsechny spoje je nutno nejdfive mechanicky upevnit (provleci a omotat kolem pajeciho ocka) a pak dokonale zapajet. Pri lepeni odporu LDR a zarovky do kratkc plastove trubicky je zapotfebi dbat na spolehlive odizolovani. Triak TIC 206 M spina zateze az 200 W, triak TI C 226 M az 300 W.

---------,Zasuvka 1 r R MP '*' I

(Sir) L2_~_2J

f~' ,

S.ltn, I 4,5 6 v;

--L-

Obi: 9.9

La

3

........ ~

oon 400"

A2 R3 ~

N .W

6

Zasuvka 2 io--c5-'Ti (Zatez) : I R MPi Y.,.".l

'-1-----'- 1__ 1 I I,, , : ,<:;>0. : ' .... .~-~ :

'= , ~----'

"'" Schema zapojeni sitove spinaci jednotky. LDR a iarovka se zalepi do kratk£ plastove trubicky

TIC 206 M TIC 226 M

., 11 iJ UG A2

143

Obi: 9.10 Protoze nase standardni deska se pro napeti 230 V nehodi, je sitova spinaci jednotka postavena na kousku pajeci listy

Priklad zapojeni: automaticky vystrazny blikac

Ponekud zapeklitej si je nasledujici zapojeni vystrazneho blikace, ktery se auto­maticky zap ina ph setmeni. Obdobne zapojeni je instalovano v blikacich, ktere maji v noci zabezpecovat mista stavby na silnicich a ktere se ve dne samocinne vypinaji.

Obi: 9.11

I

r-.-~

• (+

~ ~-1L_.,-. ....!

• III t n -

J

BC517 ~L1 '

• • • + • (0

Schema zapojenf autol71atickeho vystrazneho blikace

Celkove zapojeni sestava ze dvou jednotranzistorovych stupi'lIl. Tranzistor T2 zapina zarovku. Kvuli relativne vysokemu proudu zarovky byl zvo len Darlingto­nuv tranzistor s vysokym proudovym zesilenim. Po zapnuti napajeciho napeti se zpoc<itku nic nedeje, protoze bazove napetf tranzistoru T2 je nenabitym kondenza­

144

torem C2 drzeno na nule. KondenzMor se vsak pres odpory RI a R2 nabiji, a kdy/. jeho napeti prekroei asi 0,6 V, zaene do baze Darlingtonova tranzistoru teci proud. Nasledkem toho se tranzistor otevre.

Za predpokladu, ze zapojeni je pfipojeno na napajecf napeti ve tme, ma odpor LDR vysokou hodnotu . Proto potenciometrickYm trimrem PI teee jen maly proud a napet! na nem je mensi nei 0,6 V, tedy pnlis male, nez aby otevi'elo tranzistor TI . Neteee jim zadny kolektorovy proud, tzn. ie tranzistor Tl neovlivnuje stuper) s tranzistorem T2.

Jakmile se koncovy tranzistor otevre a iarovka se rozsviti, dopadne svetio i na odpor LDR namontovany blizko ni. Odporem LDR a potenciometrem PI teee ta­kovy proud, ie na PI je libytek napeti vetsi nei 0,6 V. Odporem R3 teee bazovy proud do tranzistoru Tl a tim se vyvola ijeho kolektorovy proud. Otevreny tranzis­tor Tl "stahne" napeti na odporu R2. Tim se ukonci proces nabijeni kondenzatoru C2 a ten se vybiji pres R2 a TI na zem. Napeti na kondenzMoru rychle klesne pod 0,6 V, T2 se zavre, zarovka zhasne a ustavi se opet vychozi stav. Tento proces se nyni nepi'etrZite opakuje, zarovka tedy blika. Jestliie ve dne dopada denni svetio na odpor LDR nepi'etriite, je tranzistor T I trvale otevi'en, kondenzMor C2 zustavc\ stale vybity a zarovka nesviti. Chceme-li zapojenim rozsvecovat nejakou silnejsi i arovku, meli bychom misto zarovky Ll zapojit male 6V rele a paralelne k nemu nulovou diodu IN4001. Potenciometrem PI se nastavi, ph jakem jasu okolnil1o svetia se blildni spusti nebo zastavi. Kmitoeet blikani je dan hodnotami kondenza­toru C2 a odporU RI a R3 (interval sviceni: C21R2, interval nesviceni: C2/RI 1R2).

Odpor LDR jako elektronicky potenciometr

Odporova charakteristika fotoodporu LDR nabizi jeste dalsi vyhodu: je moino jej pouiit misto potenciometru v klasickych zapojenich s odpory, napf. filtrech (dolnf propust s promennym meznim kmitoetem) nebo mustkovych zapojenich. Na rozdil od potenciometru, ktery musi byt nastavov{m mechanicky, muze byt odpor LDR jako vazebni elen ovladan pi'imo elektronicky. Pfikladem je Lesleyho zapojeni pro hudebniky, ktefi mohou dM sve hudbe prostorovy charakter. Prava aparatura Les­ley se vyznaeuje takovou instalacf reproduktoru, kdy se smer jeho vyzafovani trva­Ie otaei (obr. 9.12) .

Tento efektje moino simulovat stereofonni konfiguraci. Za tim lieelem se jediny puvodni signal rozdeluje sti'idave do obou kana!u, napf. dvema motorem pohane­nymi potenciometry. Nebo lepe dvema odpory LDR, ktenS jsou sti'idave osvetlova­ny a tim stfidave zvysovana a snizovana hlasitost zvukovych kanalu. Obr. 9.13 ukazuje moine zapojeni odporu LDR.

Toto zapojeni je moino jeste zdokonalit tim, ie se potenciometr PI nahradi dal­simi dvema odpory LDR. Kazdy z techto dalsich dvou odporu LDRje osvetiovan iarovkou druM vetve, aby pracovaly stale v protifazi.

Otvor, jimz vystu­puje zvuk

Reproduktor

Obr. 9.12 U praveho Lesleyho se rozdelovac zvuku otaCi

L.1

C3 $::

Q~7t

La 2

$::

145

Motor

~ Rotujici va lee

'L

'R

Ob'e 9.13 Kaida cast odporu potenciomelru tvoN spolu s pNslusnym odporem LDR elektronicky ovladany potenciometr

K buzeni odporu LDR slouii zapojeni na obr. 9.14: obvykly astabilni multivibra­tor s nastavitelnym kmitoetem pfeklapeni 1-8 Hz. Stereopotenciomeh' (zdvojeny) je zapojen v protifazi, a sice tak, ze odpor pi'i otaceni jednim smerem v jedne vetvi stoupa a ve druhe klesa. Tento multivibrator ale pracuje pro nas lieel pi'ilis tvrde, nebot' oba kanaly by se nemely pi'epinat skokem, nybrz by se mely plynule rozsve­covat a zhasinat. Setrvacnost odporU LDR vsak pi'echody "vyhlazuje". (Spravnejsi by samozrejme byly dva sinusove signaly v protifazi).

146

Obi: 9. 14

Pl =2. 10k lin . +

R4~-:.:J

o

+

8 .. . 10 V 100 rnA

o

Ovlcidaci obvod pro elektronicke Lesleyho zapojeni: obi idrovky se stNdave zapinaji a vyplnaji

Dalkovy spoustec

U pfedehazejiciho zapojeni byla moznost serioveho zapojeni dvou odporu LDR jako nahrady poteneiometrujiz probrana. V zapojeni na obr. 9.15 jde 0 nasledujici: dva odpory LDRjako polovina mustku. Siouz! zde jako optieke dalkove ovladani, ktere je schopno rozeznat svetelny imputz pfiehazejici z urciteho smeru od okolni­ho svetta. Za tim ucelemjsou oba odpory LDR zabudovany v ruZllyeh smereeh, jak ukazuje obr. 9.16.

Okolni svetlo dopada na oba odpory LDR ajejieh odpor se meni stejne. Proto se napeti na vazebnim kondenzatoru CI nemeni. Kdyz vsakje odpor R2 silneji osvi-

I • i

1

9V l 1

I --L

Obr. 9.15 l ednoduche zapojeni ddlkoveho tidla: na vstupu je mlis tek tvoreny odporyLDR

147

een (nebo Rl zastinen), napeti na CI se zmeni. Tento kondenzator zajist'uje, aby se pomale zmeny napeti, napf. v dusledku zmeny polohy Siunee, nedostaly na vstup operacniho zesilovace. Naproti tomu ryehle zmeny osvetleni svetlem dostatecne silne baterky nebo fotografiekeho blesku vyrobi na kondenzatoru CI impulz, kter)' po zesileni operacnim zesilovacem kratkodobe otevre tranzistor n . Toto zapojeni se vyuziva v mnoha ovladacieh aplikacieh. Po pfimem napojeni na odpovidajici spousteci ryvod je napf. mozno spoustet kameru. Spotfeba proudu se pod Ie okolnl­ho jasu pohybuje 1,5-5 rnA.

Obi: 9.16 Oba odpory je nutno namontovat lak, aby moM byt smerovym svetlem osvicen j en j eden odpor

Ob,: 9.17 Zapojeni ddlkoveho spoustece na slandardni desce

148

Shrnuti

.:.

.:.

.:.

.:.

Vedle fotodiody a fototranzistom se ve svetlocitlivem provedeni vyrabeji dal­si polovodiee: foto-FET, fototyristory a fototriaky stejne jako ruzne fotocitlivc integrovane obvody.

Fotocitlive odpory (LDR) nevykazuji zadnou polaritu a proto mohou pracovat i se sti'idavym napetim.

Odpory LDR maji spektralni rozdeleni citlivosti srovnatelne s lidskym okem. Jsou necitlive na infraeervene zareni.

Odpory LDRjsou pomeme pomale soueastky .

149

10. Displejova technika Doposudjsme se zabYvali diodami LED jako zdroji svetla. V teto kapitole bude fee

o eislicovych (digitalnich) zobrazovaeich (displejich). Moderni displejova technika je vsak charakteristicka spise fluorescenenimi displeji a displeji na bazi kapalnych krystalu. Jimi muzeme zobrazovat nejen Cislice, ale i pismena (alfanumericke disple­je). Starsi typy zobrazovaeu, digitrony se zhavicimi dratky nebo nixielampy, coz byly doutnavky s deseti elektrodami ve tvam eislic, jiz dnes nemaji zadny vYznam.

Displeje s diodami LED

Ve znamem sedmisegmentovem displeji LED je spojeno sedm nebo vetsinou osm diod LED tvoi'icich svitici telesa, ktera rozdeluji svetlo diody LED rovnomer­ne po cele useece. Osma dioda slouzi jako desetinna teeka. Vsechny katody nebo vsechny anody diod LED jsou propojeny, takze 7segmentovy displej potrebuje de-

vet vyvodu. Podle toho, zdajsou spojeny anody (+) nebo katody (- ), se segmenty napajeji

zapornym nebo kladnym napajecim napetim. Alfanumericke displeje s diodami LED jsou bodove matice tvorene napf. 5 x 7

body. Displeje s diodami LED jsou jak elektricky, tak mechanicky velmi odolne, levne a vykazuji dlouhou zivotnost. Coby aktivni prvky jsou dobfe Citelne i ve tme. Naopak ph vysokem jasu okoli jsou obtizne eitelne. Dalsi nevyhodu pak pfedsta­vuje jejich vysold spotfeba proudu - napr. v porovnani s displeji na bazi tekutych

krystalu (LCD).

Parabolicka svetelna sachta zaplnena lici pryskyrici

Obl~ 10.1 Struktura sedmisegmentoV(!ho displeje s diodami LED

ii, I hi I"

", ::1I I'; l'!'

!

i. I I

.!

1.,

150

Protoze se diody LED rychle zapinaji a vypinaji, hod; se dale pfedevsim pro multiplexni provoz. V tomto druhu provozu nejsou diody LED jednotlivych seg­mentu nepi'etrzite napajeny stejnosmemym proudem, nybd impulzy. V dusledku toho sice diody blikaji, ale ph dostatecne vysokem multiplexnim kmitoctu to zusta­va lidskemu oku skryto. Multiplexni buzeni rna smysljen u vicemistnych displeju, protoze se tam da useti'it znacny pocet pi'ivodu.

Obr. 10.2 ukazuje,jakjsou spojeny anody stejnych segmenru vEiech cislic. Ctyi'­mistny displej s desetinnymi teckami tedy rna 12 vYvodu (4 pro spolecne katody nebo anody segmentu jednotlivych cislic a 8 pro propojene stejnolehle segmenty vEi ech cislic), zatimco ctyi'i samostatne cis lice by poti'ebovaly 33 vyvodu (pritom jsou jiz vsechny spolecne katody nebo anody spojeny). K vybuzeni urciteho seg­mentu se pfivede plus logiky pro rizeni multiplexu na spolecny vodic prislusneho segmentu a minus na spolecnou katodu prislusne cis lice. Tak se postupne vybudi vsechny segmenty, ktere maji svitit. Jak rychle musi multiplexovani probihat, je mozno snadno spocitat. Protoze lidske oko muze rozeznat zmeny jasu 0 kmitoctu az 20 Hz (kino!), mely by najednotlive segmenty prichazet impulzy casteji, napr. 50x za sekundu. U 4mistneho displeje se budi 32 diod LED, tedy poti'ebujeme 50 x 32 = 1600 impulzu za sekundu. Technicky to nepredstavuje zadny problem, vetsinou se k buzeni pouzivaji kmitocty nekolika desitek kHz. Nevyhodou teto metody je, ze vyssi kmitocet impulzu take zvysuje vyskyt poruch.

Na obr. 10.2 je dale videt, ze multiplexni buzeni je mozno pomoci posuvneho registru snadno ovladat ze serioveho datoveho kanatu, cozje metoda, ktera nachazi uplatneni v pocitacove technice.

Seriovy vstup

o --- Posuvny registr_

Obr. 10.2 Multiplexer se serio vym datovym vstupem

151

Fluorescencni displeje

Fluorescencni displeje pozname podle jejich nazelenale nebo namodrale svitf­cich, dobfe Citelnych znakU. Technicky jsou totot ne s klasickYmi elektronkami (pfes­neji "magickym okem"): za sklenenym celem displeje se nachazeji tenke drMky, jimiz proteka zhavici proud. Protoze jsou nabity zapome (katoda), uvoliiuji tyto dratky elektrony. Tyto elektrony jsou urychlovany jemnou, kladne nabitou mffzkou napnutou pi'ed plochou katodou. Take anody ve tvaru segmenru nachazejici se na zadni stene displeje - rovnez kladne nabite - pritahuj i elektrony. A prave na anodo­vych segmentech dopadaji elektrony na fluoreskujici IMku. Ta meni pohybovou energii elektronu na svetlo. Diky segmentovemu provedeni fluoreskujicich anod vidime pres mfizku svitici segmenty. Segmenty se zapinaji a vypfnajf zapinanim a vypfnanim jejich anodoveho napeti. Kvuli tomu je kazdy segment napajen samo­statne. Pi'edni stena displeje je potazena pruhlednou vodivou vrstvou. Je spojena se zhavicim vlaknem a podporuje stejnomeme rozdeJeni elektronu uvniti' displeje a tim i stejnomeme svfceni segmentu.

Okenko

~ Pruhledna vOdiva vrstva

:-...~ Zhavicf vlakno (katoda)

~< Mrizka

Segment (anoda)

Skleneny nosic

Privod k segmentu

Obr. 10. 3 Konstrukce fluorescencniho displeje

Modemi fluorescencni displeje, takzvane celni fluorescencni displeje, jsou kon­struovany pfesne naopak: na zadni stene se nachazi zhavena katoda a na celnim skle anodove segmenty. Toto uspofadani je sice narocnejsi, ale podstatne zlepsuje citelnost znaku, protoze segmenty vidime primo, nikoli pres mfizlcu.

Fluorescencnf displeje rovnez diky nepatme setrvacnosti elektronu pracuji bez znatelneho zpozdenf a hodf se tedy pro multiplexni provoz. Tato vlastnost se uplat­

152

ni zejmena u displeju, ktere maji najednou zobrazit text az 0 nekolika radcich. Vy­hody teto zobrazovaci techniky se nejvice vyuziji u stacionamich pfistroju se si1'o­rym napajenim a velkymi znaky. V jinych pfipadech casto prevafujijejich neryhody: narocna stavba, mechanicky citliva konstrukce, stredni zivotnost, nutnost dvou na­pajecich napeti (zhavici napeti 0,7-1,7 V, mi'izkove a anodove napeti asi 20 V). a proto i specialni budici elektroniky.

DispJeje s kapalnymi krystaly (LCD)

Zmlme displeje s kapalnymi krystaly, dnes i barevne, predstavuji doposud to nej­lepsi v zobrazovaci technice. Se svymi az 100000 hodinami zivotnosti a extrernne nizkou spotfebou energie jsou idealni zejmena pro pfistroje napajene bateriemi. Nevyhodu, plynouci z toho, ze se jedmi 0 pasivni soucastku, tedy potrebujici cizi zdroj svetia, odstranuji svetelne f6lie. V prosvetlenem prostredi je tate jejich vlast­nost naopak vyhodou oproti displejum s LED a fluorescenenim displejum, jejichz citelnost je tam horsl.

Zobrazovae LCD se ski ada ze dvou sklenenych destieek, mezi nimiz se nachazi kapalina oznaeovana jako kapalny krystal. "Kapalny krystal" zni jako protimluv, nebol' krystaly jsou obvykle pevne a vetSinou velmi tvrde. S krystalem ma tato kapalina spoleene to, ze se jeji dlouhe molekuly seskupuji pod Ie ureiteho vzoru. Tak se "prava" kapalina nechova: jeji molekuly se pohybuji zcela chaoticky. Pres krystalu podobne usporadani molekul kapalneho krystalu nejsou tyto (pri pokojove teplote) pevne. Kapalne krystaly v displejich maji krome toho optickou vlastnos( menit polarizaci prochazejiciho svetla. Polarizaci se rozumi rovina kmitani v!ny. Stejne jako muzeme nechat kyvadl0 kyvat v ruznych rovinach, da se i svetelne vlneni srovnat do ureite roviny kmitani (rovnobezne se smerem sireni). Normalne nam to tak nepripada, protoze lidske oko polarizaci neregistruje a protoze drtiva vetsina svetelnych zdroju vysila zareni ve vsech moznych polarizaenich rovinach. Specialnimi polarizacnimi filtry (znackovy nazev polaroid) je mozno svetelne za­reni v ureite rovine kmitani vyfiltrovat, pficemz pro zareni v jinych polarizaenich rovinach je filtr nepruh1edny. Nechame-li takto filtrovane svetlo prochazet hmotou kapalneho krystalu, tato rovina kmitani se otoei.

U prvkU s kapalnymi krystaly LCD eini toto pootoeeni pfesne 90°. Obe destieky jsou opatfeny polarizaenimi filtry,jejichz propustne roviny jsou navzajem pootoee­ny rovnez 0 90°. Dopada-li svetio na LCD-prvek, je nejprve na pfedni strane pola­rizovano, pak je v kapalnem krystalu polarizaeni rovina 0 90° pootoeena a proto svetlo "projde" vnitmim filtrem. Prvek LCD je tedy pruhledny.

Predni a zadni strana LCD je potazena pruhlednou e1ektrodou . Prilozi-li se na tyto elektrody napeti, pootoci se kapalne krystaly tak, ze pootoeeni polarizaeni ro­

153

viny prochazejiciho svetla uz neni 90°. Nyni jiz nemuze svetlo projit druhym filt­

rem, takze LCD se stane nepruhlednym. Oba stavy - s napetim a bez napeti - jsou znazorneny na able 10.4. My ale potrebujeme, aby se stal neprilhlednym ne cely displej LCD, nybrz jen

z6ny (segmenty) tvofici eislice nebo pismena, ktere maji byt zobrazeny. Za tim ueelem se fotochemickou cestou vytvofi prilhledne elektrody (z oxidu cinu) odpo­vidajiciho tvaru. Po pfilozeni napeti na tyto vodive plochy skleneneho povrchu se stanou oblasti kapaliny (kapalnych krystalu) leZici pod nimi neprilhlednYmi. Takto se daji opravdujednoduse vyrobit displeje LCD zobrazujici jakekoliv symboly. Je nutno pouze pamatovat na pfipojovaci vodie vedouci k hrane skla. VetSinou se za zadni stenou LCD prvku nachazi reflexni f6lie,jinak tam musi byt instalovan neja­ky zdroj svetla, napf. osvetlovaci f6lie. Ma- li displej LCD pracovat ph velmi niz­kych teplotach , pfilepi sena nej dodateene vyhfivaci f6lie , nebo1' kapalne krystaly se stavaji pri ochlazeni "linymi", jako by zamrzaly.

Svetelne vlneni

~ ... -. '''-=041 ~ I ' I 1 _

Polarizaen; filLry (0 90° pooto~ene)

Kapalny krystal otaei rovinu kmit!mi

Polarizaeni fillry (090° pootocene)

Ob,: 10.4 Dva potarizacnl{tttlY pootocene 0 90 0 nepropusti zadne svetLo (a). V kLidu spoLupLisobi roviny poLarizacnichjiLtru a pootocenf poLarizacnf roviny kapaL­

nym klystaLem (b) tak, ze pn1ekje pnisvitny.

154

Displej LCD je i'izen stridavym napetim (!) 1,5-8 V 0 kmitoctu nekolika desitek . az nekolika stovek Hz. Stridave napeti je nutne, protoze stejnosmernym napetim Sl'

elektrody z oxidu cinu rozkl<idaji. Toto stfidave napeti se vyrabi budicim integrova­nym obvodem a neni k nemu zapoti'ebi zadne vlastni napajeni. Displeje LCD spo­trebovavaji velmi maly proud, protoze kapalne krystaly potrebuji jen napeti kapalinou nemusi protekat iadny proud. Ve skutecnosti pi'ece jen proteka nepatmy proud, protoze mezi elektrodami existuje urcita kapacita, ktera pro stfidavy proud pfedstavuje impedanci, kterou proud proteid. Jak je LCD citlivy, si overime, do­tkneme-li se jeho kontaktu: jednotlive segmenty se ztmavi uz tim nepatrnym nape­tim, ktere vznikne pri tomto dotyku.

Pouzitim barevnych molekul kapalnych krystalu se daji zhotovit barevne disple­je. Vicebarevne dispJeje se skladaji z vice vrstev ruznych barev.

Pro zabudovani nabizi prumysl fixni a hotove displeje vcetne budici elektroniky.

Ob/~ 10.5

""<.D

•

0

:::, 0·0 0· f.LI:Lf.L'

0

I­ 50.8'°2 --­-.51­ 45.8m,n - ----.

H

IR~~' 92a L1@l ­Tc=J ~

I Os c [ C u

--'----11+-1LI -tJ f3 B \{ V'I II J

c... N ..... ...., _ ...

ou OUo..u..ou

-II1­ 19x2.54-48.26 · .---

Teleso ffiap~{ll11istne displejove jednotky LCD (napf'. SE 6902, FAN 31865). KOl1fakfy se nac1uizeji l1a okraji skla

155

Pro mnoho aplikaci, napf. cislicovy voltmetr, se dodavaji integrovane obvody, ktere obsahuji vsechny funkce a pripojuji se primo na odpovidajici displej LCD (3 1/2mist­ny cislicovy vo ltmetr: ICL 7126, 4 1I2mistny cislicovy voltmetr: ICL 7129). Take k buzeni jednotlivych segmentu jsou k dispozici integrovane obvody, napi'. CMOS 4056, ktere budi sedm segmentu, napr. sedmisegmentove cislice.

Svepomocna stavba uplneho budiciho zapojeni pro vetSi fluorescencni displeje, displeje s diodami LED nebo s kapalnymi krystaly se asi nevyplati, protoze existu­je pestra nabidka hotovych modulu s displejem i budici elektronikou. Temer vzdy se da vybrat vhodny typo Rizeni predevsim alfanumerickych displeju je prece jen dost slozite, nebot' vsechny znaky musi generovatjako bodovou matici.

Strobovaci signal

Vystupy sedmi segmentu --~"'~---

22 2' 23 2° VEE ~Q)

"­ >0

Vstupy BCD (dvojkove f§ ,.g 0 k6dovana desitkov3 cislice) ~ .§ :l

..,j",

Ob/~ 10.6 lnfegrovany obvod CMOS 4056 FidE sedl11 segl11enf~{ LCD

U niverzalni cislicovy voltmetr

Jako pfiklad uplneho meficiho, budiciho a indikacniho zapojeni je uveden tria­

pulmistny digitalni voltmetr (DVM). Obvody DVM tvoi'ijeden multifunkcni integrovany obvod, trochu perifemi elek­

troniky a displej LCD. Na teto "cerne skfince" se neda mnoho ukazat, protoie ves­kera merici, ridici a budici elektronika se nachazi v il1tegrovanem obvodu ICL 7126. Par zvlastnosti cini toto zapojeni skutecne univerzalnim. Merici rozsah cini 200 m V. Chceme-Ii merit vyssi napeti , musime pfedi'adit vysokoodporovy napet'ovy deliC. Aby displej "spravne chodil", je moino privedenim napeti 9 V na DP I az DP3 posunout desetinnou tecku 0 1- 3 mista. Nonnalne se propojuji vstupy COM a LO a mefici hroty se pripojuji podle Ob,~ 10. 8.

Kalibrace zapojeni se provadi potenciometrem PI. Obstanime si napeti presne 200 m V a merime je cislicovym voltmetrem a paralelne k nemu pfipojenym nami zhotovenym zapojenim. Potenciometrem PI nastavime stejnou indikovanou hod­

156

Obr. 10.7 Uplne zapojeni modulu DVM

~ ..

~ ~M~~ NNNN __ _

O ~ KN O ~4= ~O~4mO ~<

"AAARAARRRRAARARRARAA

... - .. .ill., L~•• -' "t~. Modul displeje I~ >. 'f~,&J:O~'O" J I200 mV. OP~ op, 01

i r II lilt 11 II" Ii II Jill Ii Ii" Ii II"" iii ______ 0

~I"IMM~ .... NN ~ ___ ... N

OIU Ou Owo UC IU CUIII

'+ C\+ c;­0\;:J_

j Q ~ ~

... I~ , I:< 0 -o -l ~ :E _

"Q8c., --<i'~-l

;;J gl ~I Ml +-----~---__dJ 8n. i ~ g J J: ~ 'Q ~ S

::; 8:t

o U ..J

o

tDd] o~

bOd] o 0 o~

bOd] o~

<::::::JCJ

0000

~l ~ 1 1iD1 ~I ::

~I ~ I ~

~ <

Bn ':e u.(0€

X 2 N '5

I' I 1 ll·~:~ ~'<~ ~ E:

157

notujako je na DVM. Na kalibracni vstup integrovaneho obvodu, pfip. jezdec po­tenciometru, vystup REF, je mozno pfivest referencni napeti. Toto referencni nape­tije zajimave, kdyz rozsah vstupniho napeti neni 0-200, a presto rna byr zobrazen cislicemi 0-200, presnej i 0-199. Dale je mozno take zrusit spoj mezi COM a LO. Toho vyuzijeme, kdyz mefici vstup LO nesmi byt spojen s uzemiiovacim bodem zapojeni COM, napf. ma-Ji se merit rozdil napeti mezi dvema navzajem nezavisle se menicimi napetimi (napf. v mustkovem zapojeni). Ostatne uzemiiovaci bod COM a minus pol baterie nejsou totozne!

Mereno vlozenou praci a cenou soucastekje zapojeni znacne drahe. Vstupni menci proud cini asi 10 pA (I 0- 12 A!). Tomu odpovidajici vstupni odpor ph plnem vstup­nim napeti se pohybuje okolo 20 GD (gigaohm = 1000 MD). Spotfeba proudu z baterie je asi 1 rnA. Mefici proces probiha tfikrat za sekundu. Maximalni indikace je 199, rozumi se,,3 1I2mistna". Pri napetich nad 199,9 m V je mefici rozsah inte­grovaneho obvodu prekrocen. Nulovy bod nastavuje integrovany obvod samocin­ne, dale je vybaven kontrolou napeti baterie, ktera indikaci "Low Bat" hlasi, ze baterie slabne.

Zapojeni DVM U ov· 199,9mV

'"

Ob'e 10.8 Tak se normalne pi'ipojuj£ meNci hroty

+'l 9V

_.1

Ob'e 10.9 ukazuje vhodne a osvedcene rozmisteni soucastek DVM na desce plos­neho spoje. 9polova pomocna zastrcka D neni nezbytna, protoze mustek COMILO stejne jako mefici hroty je mozno pfimo pfipajet. Dale je na able 10.10 znazornen nastavitelny delic napeti 1 : 1 az I : 10000, takzvany zeslabovac. Ph mereni pusobi vniti'ni odpor lO MD. Otocime-li prepinac do polohy 5, bude mefici rozsah voltme­tru 2000 V, v poloze I to je 200 mY. Druha sada kontakru pfepinace prestavuje desetinnou tecku indikace. Pro mereni stfidaveho napNi je nutno zapojit mezi ze­slabovac a DVM vhodny mefici usmernovac.

158

o

L Obi: 10.9 Osazovaci pLQnek DVM; klise plosneho spoje viz pNloha

r> 1••• ,., I ~ JLDP J \ _

~ D

Obi: 10.10 Zeslabovac k mereni napeti vyssich nez 200 m V Cislicovy m voltmetrem

Obi: 10. j 1 Meriel zapojeni se do doMe umEstit do prLthledneho pouzdra s posuvnym krytem

Shrnuti

159

.:. Displeje s diodami LED maji dlouhou zivotnost, jsou rychle a necitlive na ruseni, avsak pri dennim svetle spatne citelne a potfebuji velky proud .

.:. Ph multiplexnim buzeni se prvky displeje nebudi soucasne , nybrz postupne.

.:. Fluorescencni displeje jsou ve lmi variabilni , spotrebovavaj i vsak velky proud

a jsou me chan icky citlive .

•:. Displeje na baz i kapalnych krystalu (LCD) jsou dobfe citelne i za vysokeho

jasu okoli a potrebuji extremne maly proud .

• :. Displeje LCD se budi stfidavym napetim.

160 161

Dodatek

Pajeni

Pajeni vyzaduje urcitou zrucnost, ale dil se snadno naucit. Pri prvnich pokusech o pajeni bychom se meli fidit nasledujicimi strucnymi radami.

Pajecka, cinova pajka

.:. Pro zacatek je nejvhodnejsi pajecka 0 vykonu 15-30 W a trvaly pajeci hrot (rovny, asi 2 mm siroky) .

•:. Pouzivat vyhradne dobrou cinovou pajku pro elektroniku (slitina 60 % cinu a 40 % olova). Ve stfedu pajky je praminek tavidla, ktere se pri pajenf odpafu­je a zabraiiuje oxidaci. Doporuceny prllmer: I mm.

•:. Stojanek pro horkou pajecku si muzete sami vyrobit.

.:. Pajeci prostredky, jako pajeci pasta, pajeci vodicka atd. by se v zadnem pi'fpa­de nemely pouzfvat, protoze vyvolavaji korozi pajenych mist.

Pfiprava

.:. Dily, ktere maji byt spajeny, musejf byt ciste a odmastene. Pod Ie potfeby je predem ocistete lihem .

•:. Veskere soucastky se museji nejprve mechallicky upevnit: dratky pfivodu se prostrci odpovidajicimi otvory a mime ohllou. Pfipajeni "natupo" (bez prostr­ceni privodu otvorem) se hodi jen pro odzkouseni.

.:. Pajecka se nahfeje ajeji brot se cistym hadfikem (nebo vlbkou specialni hou­bickou) zbavi zbytku oxidace .

•:. Novy pajeci hrot se musi nejdrive pocinovat: pajka se nejprve Ila hrotu roztavi a opet setre. To se nekolikrat zopakuje, az na hrotu zustane stejnomemy po­vlak cinu .

•:. V zadnem pflpade se nesmi trvanlivy pajeci brot opracovavat chemikaliemi, salmiakem, pilnikem apod.

Pajeni

.:. Obe casti, ktere maji byt spajeny, napf. tisteny spoj a pfivod soucastky, se museji pajeckou zahrat (po dobu 1-3 vtefin) .

•:. Nyni se pi'ilozi cin (pajka). Cill musi "teci". Spravne davkovani dnu je vee zkusenosti.

__ 162 163

.:. Po 1 az 2 vtefimich pajeeku oddalime. Misto pajeni nechame nekolik vterin chladnout. Pfitom se jim nesmi pohnout, protoze by se v cinu vytvoi'ily jemn~ trhlinky, ktere by spoj oslabily.

.:. Zdaiile pajeni se pozna podle toho , ze pajeci je misto vydute zaobleno.

.:. Soucastky a vodive drahy plosnych spoju se nesmejf pfilis zahffvat, aby se neposkodily. Pajeci mfsto by se nemelo pajeckou zahrivat dele, neZje nezbyt­ne nutne. To plati zejmena pro polovodice. Kriticke to je u diod LED. (Dopo­rucuje se soueastky pri pajenf ochlazovat tak, ze se pajeny pfivod uchopi pinzetou) .

Zaverecne upravy

.:. Pfeenivajici konce vyvodu se pffmo v miste pajeni od­strihnou malymi stranovymi klestemi. Ale pozor: konce dratu budou ponekud pfeenivat cinovou eepieku. (Draty muzete zkratit take pfed pajenfm, pajene misto pak vypa­da 1epe) .

• :. K seti'eni pajeciho hrotu by se mela pajecka po pajeni nebo v pi'est<ivkach pri pajeni delsim neZ etvrt hodiny vypinat.

.:. Skvrny od pajedla, ktere pri pajeni casto vznikaji, se od­strani benzinem nebo odlakovacem na nehty. Rozpouste­dlo by se melD pouzivat s mirou, protoze napada i plasty.

Vypajeni

.:. Pfebytecna pajka se odstrani tim, ze se pajeci misto obra­cene pajenou stranou dohl zahfeje, pricemz roztaveny cfn stece na pajeci hrot, cemuz muzeme pripadne napomoci lehkym poklepanim .

•:. K odstraneni zbyvajiciho cinu se pouziva specialni odpa­jeci lanko, ktere se prilozi na pajeci misto a obojf se pa­jeekou zahreje. lakmile lanko nasaje roztavenou pajku, spolu s pajeckou se od pajeciho mista oddali.

U tistenych spoj u(desek):

.:. Otvory v desce, ktere po odpajeni zUstanou ucpane, se proeisti spickou tuzky.

Pajecka pro amaterskou eleklroniku

.:. Nechtene spoje mezi dvema vodivymi drahami je rovnez mozno odstranit tuz­kou nebo odpajecim lankem. (Caru tuzkou na desce je ale nutno vygumovat, nebot' tuha je vodiva).

Dobre pajene spoje se vetsinou napoprve nepodari. Ale opakovani vede k mis­trovstvi. A nakonec: pajecka nepatTi do rukou detem! +do",e

--, '~I~

_1liii' 'p,I"

Dobf'e provedene pajeni pozname podle mime duteho profilu

Katalogove listy

Kdo chce navrhovat elektronicke obvody nebo by nid zkousel vhodnost soucas­tek v konkretnim zapojeni, mus! se nutne poohIednout po parametrech techto sou­castek. Katalogove listy obsahujf ve zhustene forme vfee mene vse podstatne. Na dvou prikladech si ukazeme, jake informace a jakym zpusobem je katalogove listy poskytuji. Zvolene komponenty BP 103 (fototranzistor) a LD 271 (infracervena dioda LED) jsou v knize pouzity.

LD 271

Na prvni strane jsou uvedeny nektere vseobecne udaje a l11ezni hodnoty diody LED. Ze se jedna 0 5mm pouzdro, pozm1l11e na prvni pohled, pro jistotu si zde muzeme overit umisteni vyvodu (fadek "Identifikace katody" - "Cathode identifi­cation", grafika). Tabulka "Maxil11alni hodnoty" ("Maximum ratings") jiz obsahu­je nektere dulezite infonnace, nap!'. maximalni zaverne napeti ("Reverse voltage") 5 V. Vidime, ze dioda LED je, jak jiz vime, citliva na prepolovani. Pro proud dio­dou v propustnem smeru je uvedena hod nota "Propustny proud" ("Forward cur­rent"), mfnena jako maximalni trvaly proud. 0 zat!zitelnosti diody v impulznim

164 165

rezimu poskytuje infonnaci radek "Narazovy proud" ("Surge current"): jednotlivy 10 /ls dlouhy impulz smi mit intenzitu az 3,5 A. Dale uvedeny diagram to objasnujc pfesneji . Zajimava je take "Pajeci teplota" ("Soldering temperature"): S pajeckou zahi'atou na primei'enou teplotu by se nemelo ve vzdalenosti 10 mm od pouzdra pajet del e nez 3 vteriny, tedy dlouho "neprepalovat" l "Maximalni hodnoty" jsou obvykle v-yrobcem garantovane hodnoty, ve skutecnosti u vetsiny exempl3i'u dojdc k poskozeni teprve pfi podstatne vyssich hodnotach.

Take "Charakteristicke hodnoty" ("Characteristic") na druhe strane maji odliS­nou duleZitost. Vlnova detka svetla 0 maximalni intenzite "Vlnova delka ph sp ic­kove emisi" ("Wavelength at peak emission") sejen malo odchyluje odjmenovite hodnoty 950 nm. Nasledujici udaj obsahuje tiskovou chybu: Imax nesmi byt vysazen kurzivou, protoze se zde nejedna 0 udaj 0 proudu, nybrz 0 hodnotu intenzity svetla, ktere dioda LED vydav3. Jak se tento udaj interpretuje,je zi'ejme z prvniho diagra­mu na dalSi stnince katalogovych listu ("Relativni spektralni rozdeleni zareni v zavislosti na vlnove deice"). Dioda LED nevyzafuje jen pfesne jednu barvu svet­la, ale i s lozky s ponekud odlisnymi vlnovymi delkami. Kiivka ukazuje intenzitu tech to slozek, pficemz maximum zareni pfedstavuje 100 %. Ciselne hodnoty v tabulce vyjadfuji sifku pasma vymezenou polovicni intenzitou.

Take dalSi udaj, polovicni lihel ("Half angle"), cozje uhel, pod kterYmje intenzi­ta zareni polovicni, kratce "Uhel otevreni", lze objasnit prostfednictvim diagramu na strane 3 vlevo dole nazvaneho "Vyzai'ovaci charakteristika". Tento diagram uka­zuje vyzafovaci kuzel diody LED, tedy ve kterem smerujak silne zari. Aby ned oslo k omylu : grafv zadnem pi'ipade nepredstavuje "svetelny kuzel" diody, nybrz inten­zitu svetla vyzafovaneho v ruznych smerech. Pi'esne v primem smeru je intenzita maximalni (100 %, protoze diagramje cejchovan na maximalni hodnotu), v Uhlu 20° od hlavniho smeru zm dioda 80 % sve maximalni intenzity, ve 30° pak jen 30 %. Tabulkovy udaj se podle nonny vztahuje na uhel, pod kterYm dioda z3i'i 50 % sve maximalni intenzity, cozje zde 25 %.

V nasledujicich tfech fadcich tabulky jsou vycisleny rozmery a poloha pouzdra polovod ice. Zajimavejsije nasledujici fadek, kterY charakterizuje zapinaci a vypi­naci vlastnosti diody LED. Pro mefeni techto udaju byla dioda LED napajena ob­delnikovym signalem, ktery se vlastne skokem zapina a vypina. Dioda,jakje videt, ho neni schopna se stejnou rychlosti sledovat; poti'ebuje zhruba vice nez I /lS k sepnuti. Doba sepnuti a rozepnuti (doba nabehu a doba dobehu) se podle definice meri mezi okamzikem, kdy mei'eny signal dosahne 10 % konecne hodnoty, a oka­mzikem, kdy dosahne 90 % konecne hodnoty. Dioda LD 27 I tedy pro jeden impulz potfebuje nejmene 2 /lS. Pfipocteme-Ii k tomu stejne dlouhou mezeru mezi impul­zy, <:ini to jiz 4 /ls, cimz se dostavame k maximalnimu i'idicimu krnitoctu 250 kHz, coz opravdu neni mnoho. Nabizi se otazka, proc je tato dioda tak pomala, ackoliv napi' . pro pfenos optickymi vlakny existuji mnohem rychlejsi diody LED schopne

pracovat s kmitoctem 100 kHz a vyssim. Dioda LD 27 1 byla vyvinuta pro dalkova ovladani pfistroju zabavni elektroniky, coz je uvedeno na strane I katalogovych listu. Phtom se pozaduje co nejvetsi intenzita svetla, aby pfistroje pracovaly i teh­dy, kdyz dalkove ovladani neni namii'eno pi'esne na senzor pfijimace. Dosazeni co nejvetsiho svetelneho vykonu museJi vYvojai'i obetovat rychlost diody LED, to vsak v pozadovanem pouziti nijak nevadilo, protoze d3Jkova ovladani vetSinou pracuj i s nekolika desitkami kHz. Posledn i fadek uvadi celkovy vykon svetelneho zdroje ("Radiant flux (total)") ve vysi 12, prip. 16 mW. U rychlych diod LED pro svetlo­vodnou technikuje to nekolik desitek nW (1 0-9W), avsak zapinaci a vypinaci doby

jsoll par nanosekund. Kapacitni udaj nasledujiciho i'adku je mene vyznamny, protoze diody LED se

chovaji silne dynamicky. Pi'islusna kfivka se nachazi na ctvrte strance katalogo­vych listu v grath zavislosti kapacity na zavemem napeti. Protoze dioda LED se zpravidla neprovozuje v zavi'enem stavu, uplatni se tento diagramjen zridka. (Muze se hodit, potfebujeme-li kapacitni diodu a nemame zrovna zadnou vhodnou po ruce)

Pro napeti v propustnem smeru ("Forward voltage") udava tabulka dye hodnoty, a sice jednu pro trvaly provoz a druhou pro impulzni provoz. Je videt, ze rozptyl teto veliciny je znacny. Vice informaci 0 vztahu mezi proudem a napetim diody poskytuje diagram zavislosti propustneho proudu na propustnem napeti na ctvrte strane. Ziska­nim takoveho diagramu jsme se zabyvali. Deleni svisle osy, na kterou se vynasi proud, je logari tmicke s hodnotami 0,0 I - 0,1 - 1,0 - 10 A. Graf nam jeste jednou jasne ukazuje, ze vlastne pro propustne napeti diody LED nemuzeme ziskat zadnou pev­nou typickou hodnotu (jak jsme se 0 to vseJijak pokouseli), nybrz ze jeho aktualni hodnota vzdy zavisi na propustnem proudu. Prurazne napeti CBreakdown voltage") diody LED lze aktivne vyuzit take jen zcela vYjimecne. Je to zaverne napeti , pri kterem dioda LED sve zaveme pusobenijiz neni schopna vydrzet a prorazi se. Za normalnich okolnosti se tim znic;' Jestlize pomoci 111efici techniky omezime proud na minimum, zde 10 /lA, muzeme zacatek konce diody dokonce zmefit. Udaje v tomto fadku ukazuji, jak chapat 111ezni hodnoty: typicka dioda LED by se mela prorazit ph 30 V, ale diky rozptylu parametru k tomu take muze dojit jiz pri mno­hem nizsi111 napeti , a proto uvadi vyrobce 5 V jako maxim3Jni pouzitelne napeti.

Take zaverny proud ("Reverse current") popisuje chovani diody v zavfenem sta­vu. Je to proud ph maximalni111 zavernem napeti (zde 5 V). Stejne jako prurazne napeti podleha zaverny proud velkemu rozptylu hodnot.

Teplotne zavisle chovani diod LED muze byt dulezite pi'edevsim pri jej ich mez­nim zatizeni. Casto se v lastnosti elektronickych soucastek meni pfi jejich zahfivani Jinearne s teplotou, takZe je 1110zno udavat pevne teplotni koeficienty. Jsou to vlast­ne prevodni Cisla, ktera udavaji, 0 kolik se urciry parametr soucastky zmeni pri zvyseni teploty 0 1 stupen. Jas diody LD 27 I klesa 0 0,55 % na 1 stupen. Ze fyz i­kalni111 rozmerem je zde stupen Kelvina, sice odpovida konvenci ust3Jene ve fyz i­

166

ce, ale u koeficienru vztahujicich se k teplotnimu rozdilu se nijak nelisi od stupn~ Celsiovy stupnice. Znamenko minus pfed cislem znaci, ze jas s rostouci teplotoll klesa. pfislusna kfivka na 4. strane katalogu ("Zafivost v zavislosti na okolni teplo­te") rovnez ukazuje lineami klesajici prubeh. V tomto grafujezafivost ph konkret­ni teplote vztazena k zarivosti pfi teplote 25°C.

V poslednich dvou fadcich tabulky je teplotni koeficient pro propustne napeti a pro vlnovou delku emitovaneho svetla. Teplotni koeficient propustneho napeti jl: take vyjadfen grafem na strane 3 katalogu ("Propustne napeti v zavislosti na teplo(i: okoli") . Graf a koeficient vyjadfuji pfesne totez. Diagram zavislosti propustneho proudu na okolni teplote majiny vyznam. Udava mezni hodnoty: cim vyssije tep­Iota okolf diody LED, tim mene ztratoveho teplaje okoli schopno odvest. Ph vyso­kych teplotach je tedy nutno proud omezovat. Asi do 25°C muze proud dosahovat maximalni hodnoty okolo 130 mA, pri vyssich teplotachjiz nelze maximaIni hod­noty proudu vyuzivat a konecne ph 100°C jsou momosti propustneho proudu diody LED vycerpany. Teplotni zavislost vlnove delky (barvy svetla) je znazomena grafem na strane 5 katalogu.

Posledni cast tabulky pfinasi informace 0 svitivosti, tedy kolik m W zai'iveho v'j­konuje predano do prostoroveho uhlu 1steradi{mu (kuzel 0 vrcholovem uhlu 32,7°), pfip. do celeho okolniho prostoru. Je videt, ze amplitudu zafiveho vykonu je moz­no v impulznim provozu znacne zvysit. Take pro zai'ivost existuje graf: "Zavislosl zarivosti na propustnem proudu" na strane 3 katalogu. Na rozdil od idealniho teore­tickeho prubehu neni namefeny prubeh lineami. Odchylka od pfimky je vsak zna­telna teprve v rozsahu nad 100 rnA. V prevazne vetsine svych apliklaci je dioda LD 271 stejne buzena jen cislicove, takZe nelineami odchylka charakteristiky ne­hraje zadnou roli.

Velky vyznam rna grafna 5. strane katalogu vlevo. Tyka se impulzniho provozu a vypovida, jak velky muze bYt impulzni proud v zavislosti na trvani impulzu. Parametrem odlisujicim jednotlive kfivky v diagramu je vztah mezi delkou impul­zu a intervalem mezi zabitky dvou sousednich impulzli, tzv. stfida.

Infracerveny zafic GaAs LD271 LD 271 H

Gallium-arsenidova (GaAs) dioda emitujici infracervene zareni LD 271 vyrobena pro­cesem epitaxe z kapalne faze (LPE) se vyznacuje vysokou ucinnosti a emituje zMeni o vlnove deice blizke infracervenemu pasmu. Zareni je vyvolano stejnosmemym nebo pulznim vybuzenim v propustnem smeru; je mozno i superponovana modulace zareni. Pouzdro 5mm pouzdro LED (T I 3/4), seda epoxidova pryskyi'ice, pajeci

nozky, vzdalenost mezi vyvody 2,54 mm (1110").

Pajeci nozka 0 vetsim prluneru. Identifikace katody

Aplikace Infracervene dalkove ovladani hifi souprav a televizoru, video­rekorderu, stmivacu, dalkove ovladl'mi rUznych zafizeni, svetlo­odrazejici spinace pro stabilni i promennou intenzitu svetla.

Vlastnosti '" "0

.:. ....

.:.

.... .:.

0 >

vysoka spolehlivost, 'i:­'N

dlouha zivotnost, ru<tElfl

vysoka intenzita svHla <ON 0 c

" zarice, 'iii "0 N

vysoky pulzni vykon, >

stejne pouzdro jako BP 103 B.

Typ Objednaci cislo

LD 271 LD 271 H

Q62703-Q 148 Q62703-Q256

Maximalni hodnoty

Skladovaci a pracovni teplota Teplota pajeni (~I 0 mm od spodku pouzdra; doba pajen[ t ~ 3 s Teplota pfechodu Zaveme napet; Propustny proud Narazovy proud (1: ~ Jl , D = 0) Ztratovy vykon (T A = 25 °C) Tepelny odpor

Plocha ne rovinna

Rozmery v mm

TSlg, Top -55 az 100

Tsold 260 Tj 100 VR 5

IF 130

lFS 3,5 P,O' 210

R'hlA 350

°C

°C °C V mA A mW KIW

0,6 0,4

LD 271 LD 271 H

Charakteristiky (TA=25 °C)

Delka vlny ph spickove emisi (IF= 100 rnA, tp = 20 ms) 950 ± 20 nm"'peak

Spektralni sifka pasma pri 50 % proudu Imax

(IF = 100 rnA) "" '"

55 nm Uhel otevreni cp ±25 deg. Aktivnf plocha cipu A 0,25 mm2

RozmelY aktivni plochy cipu L x W 0,5 X 0,5 mm Vzdale110st povrchu cipu od povrchu pouzdra D 4,0- 4,6 mm Spinacf do by Ie z 10 % 11a 90 % a z 90 % oa I 0 % (IF = 100 rnA) t,., t I 1 ~s Kapacita (VR= 0 V) eo 40 pF Propustne napNi (IF= 100 rnA) VF 1,30 ('::;1,5) V

(IF= I A; tp= 100 Ils) VF 1,9 ('::;2,5) V Prilrazne napeti (IR = 10 ~A) VBR 30 (~5) V Zaverny proud (Vn = 5 V) IR 0,0 I (.::; 10) ~A Teplotoi koeficient Ie nebo <De TC! -0,55 %IK Teplotnf koeficient napeti VF Te,. -1 ,5 mVIK Teplotni koeficient "'peak Te), +0,3 nmIK

Zafivost Ie ve smeru osy V steradianu n = 0,0 I sr, nebo 6,5 stupne

Zarivost LD 271 LD 271 H (IF= 100 rnA, tp = 20 ms) Ie 15(~ IO) mW/sr I~ 16 (iF= I A; tp= 100 ~s) Ie typ 100 typ 120 mW/sr Celkovy zarivy tok (IF = 100 rnA, tp = 20 ms) <De I typ 12 I typ 16 mW

LD271 LD 271 H

Relativni spekt/'alni /'ozdeleni vyzarovani Ztivislost zal'ivosti na proPlistnem V zavis/osti Ila v/nove deIce prolldll

10' Ie'~ ~I IA ll l g Ie '(Xl mA

)1r 10

V1\ I V10

/ I

I'WoLI----'-_'---L---'----'----"_-'------'------'------1 10­2880 920 960 1000 1040 1080nm 10- 10-' 10° 10'A

-A -If

Vyzarovaci cha/'akle/'istika Zavislost propllstneho proudll na Relativni spektralni vyzaFovani V zavislos!i lUI okoilli teplote IIhili otevrelli

mA 200

20° ~ \ I- rp ---I ~ 200 I 180

F

1160

140

30° K' ~ )j 30° 120

100

8040°40°

60SOo 50°

4060°60°

70·70· 20 80· 80·

090· 90·

1\ \

\ r\

\.

Ie r\. 1\

20 40 60 80 100 .( -TA

---

LD271 LD 271 H

Ztivislost pl'opustne/zo prolldll na Zavislost kapacity na uivernem propustnem napeti napeti

A pF 10' 50

[IF

:,:' ­/' i 1,0/', ,""",

,

==fyp. -I ~=;, ......max. 1

'0 30==

20,II10- I

10

r'--­~~

10-2 I o 10'2

-- ._- ." _..

r-...

1\

I

I~ 1.0 1.5 2,0 2.5 3.0 3.5 4P 4.5V 10'1 10° IJI V

-V, ­VR

Propilstne napeti v zavislosti na ZriNvost V wvislosti na okolni teplote

teplote okoli

1.1, 1.1, V,

J.L ~ V' 25 1.2 <P,25 1.21,25

ilO 1.0

0.8 0.8

0.6 0.&

0.1, 0.1,

0.2 0.2

o

r-... .....

r--­~

1 ...... 1'0..

" "­ ......

/'

Y 0204 ­

-30 -20 -10 0 10 20 30 40 50 60 70 BO 90 100 DC -30 -20 -10 0 10 103040 50 60 70 80 90100 "1 -TA -TA

LD271 LD 271 H

Vlnova delka pH spickovemDosazitelna schopnost zpracovcini implllZlI vyzai'ovani v zavislosti na okolniPropustny proud v 'lavislosti na pracovnim teplotecyklll

TA = 25 °C; Paramelr pracovniho cyklu = D

nm

104 1000

A 990 IF p'D~

"'

~D=y

I'D=0005 T N '(h \\

~ 0.02

l\

§l :::r 0

I 0:5

~ II R~

IF 1 9801 970

960

950101

91, 0

930

920

f:: 910

90010 2

/

./

V /

./'"V

V

-~ 100 DC

10'S Hi4 10') 10'2 10" 10· 10' S o IS 50

-T - TA

Pro vysvetleni jeden pi'iklad: Dioda LED ma by! napajena proudovymi impulzy o intenzite 1 A. Jak dlouhe impulzy a jake mezery mezi nimi pi'ipadaji v uvahu? Vodorovna souradniee 10J( I A) protina jen ti'i nejvyssi ki'iv kyo Z teehto ti'i prusecikU dostaneme ti'i hodnoty deiky impulzu. LeZi mezi zhruba 200 I-ls (pro D = 0,02) a 600 I-ls (D = 0,005). Podle vzoree pro parametr D uvedeneho v diagramu je mozno vypocitat, v jakem nejmensim casovem odstupu T mohou impulzy pi'iehazet. Je to mezi

200 I-ls 600 I-lsT =--= 10000 I-ls = 10 ms a T =--=120 000 I-ls = 120 ms .

0,02 0,005

V prvnim pi'ipade to je max. 100 Hz, ve druhem pfipade max. 8 Hz .

BPI03 Hned na prvnim radku katalogoveho !istu vidime neeD diileziteho: kolektor toho­

to fototranzistoru NPN je spojen s pouzch-em . Ve "Vlastnosteeh" ("Features") jsou vyjmenovany duvody, ktere byly smerodatne pro volbu tohoto typu do experimenml­

75

nieh zapojeni: hodi se pro viditelne a infracervene zareni, vykazuje vysokou linearitu. vysokou citlivost a rychlost. Mezni hodnoty jsou ponekud nitsi nez u dnes obvyklych nizkov)rkonov)rch tranzistoru (napi'. BC 547). Pod pojmem napeti bize-emitor ("Em­mitter base voltage") se samozrejme mini napNi v zavernem smeru. Ostatne toto napeti neni v zadnem pi'ipade tak neduletite, jak by se na prvni pohled zdalo. I kdyz asi nebudete tranzistor provozovat s obracenou polaritou napajeni nebo zamenoval emitor a kolektor, muze v zapojenich s kondenzatory dojit pri pi'epnuti nabirych kapacit k obraceni polarity napeti emitor-bize, napt. v obvodu astabilniho multivi­bratoru.

VInova delka maxirnalni citlivosti ("Wavelength of max. sensitivity") neni u fotot­ranzistoru tak duletita jako delka vlny maximalni emise diody LED, protoze sifka pasma teto soucastky je mnohem yeW. Hodnota sirky pasma ("Range of spectral sensitivity") stejne jako graf "Relativni spektraIni citlivost v zavislosti na vlnove deI­ce" to ukazuji. Avsak tento graf je velmi duletiry, nebot' ukazuje, jakou vahu maji jednotlive barvy svetla. U fototranzistoru, ktere jsou vybaveny specialnimi filtry je jasne, na kterych vlnov)rch rozsazieh je citlivost potlacena. To, ze definice sirky pas­rna jeste zahmuje oblasti s 10 % pine citlivosti namisto 50 %, jak je tomu u mezni intenzity zareni v definici sifky pasma diody LED, nenl iadny obchodni trik, nybri odpovida praxi fototranzistoru. Ma-li byr napf. zachycen signal urcit6ho svetelneho zdroje, tfeba diody LED, musime vedet, zda a jak dalece mohou prijem rusit svetelne zdroje najinych vlnov)rch delkach.

Pod pojmy "Fotocitliva plocha" ("Radiant sensitive area"), "Rozmery plochy cipu" ("Dimension of chip area") a "Vzdalenost mezi povrchem cipu a povrchem pouzd­ra" ("Distance between chip surface and case surface") se rozumi aktivni plocha polovodicoveho cipu, jeho rozmery a umisteni v telese soucastky.

Uhel otevreni ("Half angle") fototranzistoru BP 103 je podstatne vetsi nez u dio­dy LED LD 271. Tabulka uvadi 55° a graf "Smerova charakteristika" na strane 3 katalogovych lisru to rovnez objasnuje. Rozdilnost 6hlu otevfeni diody LED a fo­totranzistoru spociva jednak v jejich zcela opacnych fyzikalnich principech a jed­nak v optickych vlastnostech jejich pouzder.

"Fotoelektricky proud diody kolektor-bize" ("Photocurrent ofcollector-base pho­todiode") je duletitou hodnotou fototranzistoru, protoze dioda baze - kolektor je vlastne svetlocitlivym prvkem fototranzistoru - jeho druhy pfechod slouzi jen k zesileni proudu. Diodu baze-kolektor Ize pouzit jako jednoduchou fotodiodu, ne­bot' baze fototranzistoru BP 103 je vyvedena. Fotoproud dnihy baze - kolektor doplnuje ve spodni tabulce fotoproud celeho fototranzistoru. lako mnoho jinych tranzistoru se i BP 103 ti'idi do tfi skupin podle rozdilneho proudoveho zesileni. (Rozdil mezi obema fadky fotoproudu tranzistoru spociva v definici meficich pod­

, minek: prvni definice v luxech (Ix) je ze svetelne techniky, druha v mW/cm2 je fyzikalni; viz nize). Pevne hodnoty fotocitlivosti se daji uvadet jen pri jednoznacne

definici. Vymluvnejsi je proto graf " Fotoproud v zavislosti na intenzite osvetleni" na 3. strane katalogovych Iistu. Je zde vidN dobra linear ita fototranzistoru.

lake dalsi jsou v tabulce uvedeny kapacity mezi Hemi vyvody fototranzistoru. liz merici definice jednotlivych dvojic davaji tusit, ze kapacity jsou ve skutecnosti zavisle na konkretnich hodnotach jinych parametru a ze je zde uvedeno jen par hodnot pro orientaci. Hi grafy na posledni strane katalogovych listu ukazuji sku­tecne silne nelineami prubehy kapacit mezi jednotlivymi vyvody v zavislosti na napetL Zmeny hodnot jsou znacne, pi'icemz zde jeste nebyla zahrnuta zavislost ka­pacity na fotoproudu. Vyznam techto udaju je mozno pochopit v souvislosti s osa­zenim tranzistoru do konkretniho zapojeni. V tom okamziku se napf. projevi odpory, ktere s kapacitami vytvofi dolni propusti a tim silne ovlivni kmitoctove zavisle chovani fototranzistoru.

"Svodovy proud kolektor-emitor" ("Collector-emitter leakage current") je proud, ktery tece mezi kolektorem a emitorem, kdyz na fototranzistor nedopada absolutne zadne svetlo. Podle tohoto udaje mohou navrhMi obvodu usoudit, jaky bude mIt svodovy proud vIiv na vysledky meteni svetla. Tento svodov)r proud muze byt vy­znamny pri mereni svetla 0 male intenzite.

V druhe tabulce jsou, jak jiz bylo zmineno, uvedeny rozdily mezi tfemi skupinami tohoto typu fototranzistoru. "Doba nabehu a doba dobehu" ("Rise and fall time") popisuje projevy, se kterymi jsme se jiz seznamili u diody LED: se zlepsujici se citli­vosti bude soucastka pomalejsi. Proto neni vzdy na miste volit typ IV Ostatne ani tyto do by nelze povazovat za absolutni, protoze silne zavisi na okolnich obvodech. Pra­covni odpor pri tech to mefenich byl I kQ. Zvetsenim tohoto odporu muze byt citli­Yost zapojeni zvysena, soucasne ale stoupaji i casove konstanty RC clenu, ktere jsou temito odpory tvoreny, a proto rychlost zapojeni, resp. mezni kmitocet klesa. Na dru­he strane je moino obratnym fesenim obvodu pracovni odpor "umele" snizit (napi'. zpetnovazebni vetvi operacniho zesilovace) a tim sifku pas rna rozsifit.

"Saturacni napeti kolektor-emitor" ("Collector-emitter saturation voltage") je mini­malni napeti, ktere zUstane mezi kolektorem a emitorem pri plnem vybuzeni. Saturacni napeti tedy pfedstavuje hranici vybuzeni. Navrhar rychlych obvodu se vSak tomuto stavu vyhyba, protoze tranzistoru to nejakou dobu trva, nez se z nej opet dostane.

Nakonec jeste tabulka uviidi "Proudove zesileni", kterym ruzne skupiny tranzistoru BP 103 zesiluji fotoelektrick)r nebo zvenci pfivedeny bazov)r proud ("Current gain").

Graf zavislosti celkoveho ztriitoveho rykonu na teplote okoli je u fototranzistoru mene zajimavy, protoze jej sotva nekdo pouziva k v)rkonov)rm ucelum. Grafvypovl­da 0 tom, jake ztratove v)rkony smi tranzistor pri ruznych teplotach maxi maIne vyvi­jet. Smerodatna je za nonnaInich okolnosti dolni kfivka. le-Ii tranzistor chlazen, sml byt podle ucinnosti chlazeni akceptovany i vyssi hodnoty, ale v zadnem pfipade nad horni kfivkou.

Kremikovy fototranzistor NPN BP 103

BP 103 je ki'emikovy fototranzistor NPN vyrobeny planame epitaxni technologii s vy­vedenou bazi. Vyvod kolektoru je elektricky spojen s pouzdrem. Pouzdro 18 A3 DIN 41870 (TO 18), zakladova deska, prusvitne cocky

z epoxidove pryskyhce, pajecl nozky, vzdalenost mezi vyvody 2,54 mm (1110").

Oznaceni kolektoru Orientace podle vystupku dna pouzdra.

Aplikace Pocitacem !'izene zablesky, svetlocitlive spinace pro staIou i promennou intenzitu svetia, "mereni a fizeni".

V lastnosti Kulala folocitliva plocha

.:. vysoka spolehlivost I J E C B :g

zadna mefitelna degradace (">..1..-' _"".:. ~~~~~~~~tU">~U">~l .:. kratka spinaci doba =, . ~",-\ g~

.:. vysoka spektralni citl ivost ~

.:. dobra linearita ~·~s ~

.:. vhodny pro pouziti v pasmu viditelneho Pribl. hmotnost 0.5 9 •

svetla a pi'ilehle infracervene oblasti Rozmery v mm

.:. tfiden do skupin podle citlivosti (zesileni)

.:. stejne pouzdro jako LD 242

Typ Objednacf kOd

BP 103 II BPI03III BP 103 IV*

Q62702-P79-S I Q62702-P79-S2 Q62702-P79-S3

Maximalni hodnoty Pracovni a skladovaci teplota Pajeci teplota pri pajeni srnacenim (ve vzdalenosti od dna pouzdra ~ 2 mm; doba pajeni t ~ 5 s) Pajeci teplota pri pajeni pajeckou (ve vzdalenosti od dna pouzdra ~ 2 mm; doba pajeni ( ~ 3 s) Napeti kolektor-emitor Kolektorovy proud Kolektorovy spickovy proud (1: < 10 f.ls) Napeti emitor-baze Ztratovy vykon (pi'i teplote okoli TA = 25°C) Tepelny odpor

*) Dodavky z teto skupiny nemohou byt vzdy garantovany kwli rozptylu produk­ceo V tomto pfipade si vyhrazuj erne pravo dodavky mihradni skupiny.

Top, T"s -40 aZ +80 °C

TSOld 260 °C

Tsold 300 °C VeE 50 V Ie 100 mA IeM 200 rnA VE8 7 V P,o, 300 mW

500 K!WR'hJA R'hJC 200 K!W

Charakteristiky (TA = 25°C) Vlnova d61ka maximalni citlivosti ASm" Sifka pasma (S = 10 % hodnoty Smax) A

Fotocitliva plocha A L x W Rozmery plochy cipu

Vzdalenost mezi povrcbem cipu D

a povrchem pouzdra cp

Uhel otevreni Fotoelektricky proud diody kolektor-baze (Ev = 1000 Ix; VCB = 5 V) IpCB

Kapacita (VCE = 0 V; f = I MHz; E = 0 Ix) CCE (VCB = 0 V; f= 1 MHz; E = 0 Ix) CCB (VEB = 0 V; f = I MHz; E = 0 Ix) CEB Svodovy proud kolektor-emitor (VCED = 35 V; E = 0 Ix) IC ED

BPI03

850

440- 1100 0,12 0,5 x 0,5 0,2- 0,8 ±55

1,5

9 13 21

5 (~1 00)

nm

nm mm2

mm mm deg.

!-LA

pF pF pF

nA

Fototranzistory se tridi do skupin podle jejich spektralni citlivosti a odlisuji

fimskymi Cislicemi

F otoelektricky proud (E = 1000 Ix; VCE = 5 V) y

(Ee = 0,5 m W Icm2;

A = 950 nm; V CE = 5 V) Doba nabehu a doba dobehu (Ic = 1 rnA; VCE = 5 V; RL = I kQ) Saturacni napeti kolektor-emitor

(Ic = IPCEmin . 0,3; E = 1000 Ix) Proudov6 zesileni (E = 1000 Ix; VCE = 5 V) y

II 1111 IIV

IpCE r-;50-500 I 400-800 I ;:::630 I !-LA

IpCE 1 63-125 1 100-2001 160-3201 !-LA

1." tf 1 5 17 19 I !-Ls

VCE,ar 1 130 I 140 I 150 I mV

IpCE 250 1400 I 630Ipcs

L "' II

i 1 / 1

J

1 ~~ II

rI -1 ~ '

BPI03 BP 103

Relativni spektnilni citlivost v uivislosti Fotoelektrickj proud v uivislosti na Zavislost kapacity kolektor-emitor na Ztivislost kapacity kolektor-btize na na­na vlnove deice intenzite osvetlenf napeti kolektor-emitor peti kolektor-btize ~.

!JA100 pFpF 10

10 4

r'\

1\

f\

II. 90

Srel

[eE

l10 70t 80 3

r t 60

101

50

1.0 10 1

30

ZO 10°

10

10-1

1. 00 500 600 700 800 900 1000 1100 nm 10

y /

'10-

n

~7 1

10 2 10 3

104 Ix

-"

-

1\

"

10-2 10-1 100 10 1 102 V 10-2 10-1 100 101 102 V-A. -E, -vcr --- VeeSmerova charakteristika Zavislost celkoveho ztratoveho vyko­ Zavislost kapacity emitor-baze na napetiRelativni spektralnf citlivost v zavislosti lIa nil na teplote okolf emitor-btizeIlhlu otevrellf 10· o· 10· mW pF

20· 300 ZI.

11111 N I 1111111

r- - I

Il~ "fJfi II INIIIII II I , 'r:: ~~

18

16

100 I I~ II.

~ IIZ

10 10- 1 0 150 100 150 ·C 2 10- 10 10 V - TA ~VEB

178 179

Pojmy a definice

Radiometricky/fotometricky: pfi zjist'ovani radiometrickYch veliein se bere v uvahu cele spektrum vlnovych delek svetla veetne ultrafialoveho (UV) a infraeerveneho (IR) pasma, ktere jsou pro lidske oko neviditelne. Fotometricke veliciny berou v uvahu jell lidskym okem viditelny rozsah spektra. Navic mohou bYt definovana dalSi omezeni spektra. Pak se zj istene vel ieiny vztahuj i jell na tu east spektra, ktera je definovana udaji 0 vlnove delce v nm.

U diod LED, ktere vyzafuji viditelne svetlo, se svetelny vykon vetSillou udavajako fotome­tricka velicina, u infraeervenych LED pakjako radiometricka velieina (zMivy VYkon).

Veliciny vztahujici se ke zdrojum zareni

ZMivy tok, pi'ip. zMivy vYkon. Zariva energie vyzarena svetelnym zdrojem za jed­notku casu, radiometricka jednotka W (watt).

ZMiv3 energie, pi'ip. mnOZstvi zai'eni. Zarivy vykon vynasobeny casem (integrovany v case) . lednotky Ws (wattsekunda), 1 (joule).

Svetelny tok, pi'ip. svetelny vYkon. Totez, co zarivy tok, pfip. zarivy vykon , ale mere­no fotometricky. lednotka 1m (lumen).

Svetelne mnozstvi, pi'ip. svetelna energie. Totez, co zariva energie, avsak merena fotometricky. lednotka lms (lumensekunda).

Zal'ivost, pi'fp. intenzita. Zarivy vykon, ktery ureity zdroj svetla vyzai'i do lIfeiteho prostoroveho uhlu. Radiometricka jednotka je W /sr (watt na sterad ian). Svitivost. Totez co zarivost, avsak merena fotometricky. lednotky lmlsr (lumen na ste­radian), cd (kandela). .

ZM. Zarivy vykon, ktery lIfeity svetelny zdroj vyzari do urciteho prostoroveho uhlu a ktery pfitom prostoupi urcitou plochou. Radiometricka jednotka W/m2 • sr (watt na etverecni metr a steradian).

Jas. Totez co zM, avsak meren fotometricky. lednotky Imlm2 • sr (lumen na ctverecni metr a steradian), cd/m 2 (kandela na ctverecnf metr).

Veliciny vztahujici se k prijimaci zareni

lntenzita ozareni. Zarivy tok, ktery dopada na urcitou plochu, radiometrickajednotka W1m2 (watt na ctverecni metr) .

lntenzita osvetleni. Totez, co intenzita ozareni, avsak merena fotometricky. lednotky lx (lux), lmlm2 (lumen na ctverecni metr).

Ozareni. Intenzita ozareni nasobena casem (integrovana v case), radiometrickajednot­ka Ws/m2 (wattsekunda na ctverecnf metr).

Osvit. Totez, co ozareni, avsak mereno fotometricky. lednotky Ims/m2(lumensekunda na ctvereeni metr), lxs (luxsekunda na ctverecni metr).

Technicka data

I ve zhustene forme by technicka data dnes dodavanych optoelektronickych polovodi­eu zaplnila cele knihy. Proto jsou na nasledujicich strankach uvedeny vybrane udaje nekterych nejbeznejsich, bezne dostupnych optoelektronickych soueastek.

Q ~ ...:l ~ ~ o is

» £ \(') CO)

.Q)

!g <0 0....E<ii a. :;: (J)<\I co c > >­ 0 a. a.NOo. co ...o~»a.(J)_

i!' -E _.... 8 N Ng ~>tts.I ~ 8"'", .... '" .... ....N .... "0 "'0 o~

~ §~ __ 0 ~ .g-~~ +:i o~J2 ci(/) ; I

'" 'i:: "'">Q.

~ .c: '" N M"''''_M c: 0 M . CO) CO) Mro'lll ~ ...--~ '" '" '" '" ~

"' " I'" 0 "'--ov ci ci ci ci-g ~ ­r. o cotl

. Q)

.~ , ­ x >< ><-"co co N

8 8 '"ci '"ci 8 0.~~~ l ci ~ ~ ~ ;-=:~~

a. 0 E o co

. - N " ;Q) .~ ~ ~~~ ~ ~ ~ ~ ~ ~~E a. a. >

~~ .~~ § ~ g~g g ~ ~ ~ ~ g '~ .~ _ '" 0 > E ·>

~~ .Q) '" > co

~ "....~~ ~ ~ ~ ~ Z' ;& ~

'::'l E >

o <: ",«"0 N co o r. x g~ o 'c ro eE l '" o~g~ g 2J. g M N

~ ::2: 0.$

::;: '%.• N N '" N-;;; E )( )( . _ N .• <:\1 1.Q~~~~.Q.,;.!2~~"'.'i5"'i5~~ _ S:cc:--;' - « .<3 ~EooV>g!:c: ~~~~i~o j\ ci.....--«l j\ E j\E ~ 1\ t.r) 1\ ~ 1\ 1.(')

o ci ci

.w..

'" " 00 o o~ c~ to g

:;;; 0 E on 8 g - ~~ ~'" '" f,j} -

.~~> I@ t-Pi~ 1)j o N @ o

N .", '" Nco

'C: 0 'c c 'c o ~ ~ :ii ~ ~ eo -20- ~~ ~~ ~ ~~ ~~ ~~ ~~ 5~ ~~ U1~ g-~~~iL~~;;; 8.5 CLlL ':i-2~~':i~ 8.~ ~:8'::f.-2~2-:l.2 ,~ ,~

o > ::.:: Cii ~

..,. l8 l8 ~.i!~~~ '# ~ ~ C\I C\I ....o :;::;::;: I I I ",:2c. a. 0.. a. a. ~ ~ u... u... ..-- ..."­ U) U) '" ..~ co co co CD co co en

----

I V

(XlFotodiody o

Mezni hodnoly Charaklerislicke hodnoly Svitivost UhelPropust­ pri pro­ pri pro­pfiWce AMax. Max . Max. Typ ZaverneBarva, pou~dro, Poznamky~ ~ puslnem mcd olevrenfpustnem -0-0impulzu ne Srovnatelne typy impulzni "'0ztralovy propustny "napetipn'imer/rastr

-n~" <proudu stup~unapeti prouduproud (trvaly) proudvY kon " 3 ". ~. mAV rnAmm mAmW A I's

COV 41 -4 5cerv., difuz., 3 200 160 < 10 20 > 1,6 202.4 645 1265 COV 43·4 zluta, difuz., 3 200 15 60 2,4 20 > 1,6 < 10 20 590 65 to COV45·4 zelena. , difuz., 3 5 200 160 < 10 2,4 20 > 1,6 20 560 65 45

cerv., tira , 5COX 54 5 90 1 1 1,7 1030 20 10 20 630 35 COX 64 5 180 1 1 2,1 zelena, cira, 5 60 10 > 10 to 565 20 35 COX74 ilula , Ctra, 5 5 90 1 I 2,1 1030 1020 590 20 35 ChlazeniCOY 77-2 infraCerv., kovo­ 4 350 230 4 1,35 100< 10 >12,5 mW/sr 100 950 406 ad 100 mW va s tockou

ztn3toveho vykonuinfracervena, 5COY89A 5 215 1 1,4 100130 <50 >9mW/sr 100 40930 40 Mikro-LEOLD t2t cerv., cira, 1 2,4 5 35 15 0,35 <10 20 > 0,63 10 645 1230 Mikro-LEDLD 161 5iluta, cira, 1 35 15 0,35 2,4 < 10 20 10>0,63 590 1030

LD 171 zelena, eira, 1 5 15 0,35 2,4 20 Mikro-LEO35 <10 10> 0,63 560 30 45 infraeeIV., opal, 5LD 271H 210 1305 2,5 1,35<10 100 > 16mW/sr 100 950 25 40 TIL 39, OP 291A cerv., difuz" 2,54LD 461 5 85 35 1 1,6< 10 20 > 0,6 20 665 50 40 Mini-LED, Raslr

LD 471 zet. , difuz" 2,54 0,5 2,45 85 25 < 10 20 > 0,6 20 45560 50 Mini-LED, Rastr iluta, difuz., 2,54LD481 5 85 25 0,5 2,4<10 20 >0,6 57520 4550 Mini-LEO, Rastr zelena, difuz., 2 45GL56 5 150 I <10 2 10 10> 1 560 40 45 Axialni Mini-LED

MV55ARL 55 150cerv., difuz ., 2 5 75 1,5 1,6 < 10 10 > 3 10 40650 40 Axialni Mini-LEO Axialni Mini-LED YL56 150 105 45 1 2ilula, difuz" 2 < 10 10> 2 565 40 10

nL 224-2 i luta, difuz" 5 5 I 150 <3,2 20 > 6 20 560 60 nL228-2 terv., difuz., 5 15 50 1 <3,2 20 20 620> 6 60

zelena, difuz .. 5TIL 234 -2 5 1 150 <3,2 20 20>2,1 560 60

.:<(/) Charakterislick,; hodnoty ~ ~ Mezni hodnoty

Typ Pouzdro Filtr' )

Max. napEHi kolektor­emitor

Max. napeti­emitor baze

Max . kolektoro­vii proud (Irvaly)mA

Ztratovli vykon

mW

Foloel. proud

rnA

pri intenzite ozareni

mW/cm2

Max , pfi napMi ko- Vlnova delka proud za lektor-emitor maximalni cit­

temna nA livosti nm

Doba Ooba pri odporo­nabehu dobehu tv" zateii

I's kl1/,5

Kapacila (koleklor­baze) pF

., " '5ro ,

BP 103-3

BPW40

npn, M" cocka , vIi­vod baze npn, K.,

50

32

7 100

100

300

100

>0,4

> 1

1000 Ix

I

5

10

35

20

850

780

7

1,6

7

1,7

1

0,1

13

OP501

5mmLED

BPX99

pouzdro

npn, M., 32 10 500 300 > 3 100 Ix 10 20 600 80 60 0,1

BPY 62-2

SFH 309

co~ka ,

Darlington

~IT. · ~·~ka npn, K"

32

35

5 50

15

300

165

> 2

t,3

1000 Ix

0,5

5

60

25

25

850

660

5

10

5

10

I

1

10

5,3 (CCE )

TIL81

3mmLED­pouzdro

npn, M" 30 7 50 250 > 5 5 100 10 8 6 0,1 OP803

cocka

' ) K: plaslove pouzdro .) M: kovove pouzdro

-'­(Xl -'­

I

Fotoodpory (LDR)

Mezn! hodnoty

Max. zlratovyTYR vykon

mW

LDR 03 200

LDR 05 200

LOR 07 200 RPY60 50 RPY58 100 ORP69 100

Max. pracovni napeti

V

150

150

150 100 50

350

Odpor pri osviceni

n 75 ... 300

75 ... 300

75 ... 300 500 750 30k

Odpor za temna

Mn > 10

> 10

> 10 > 100 > 0,2 >100

Po dobe zalemneni

min

30

30

30

Charakleristicke hodnoty

Pri intenzi1~ o5vatlenl

Ix

1000

1000

1000 1000 50 50

Vlnova delka Poznamky maximalni citlivQsti Srovnatelne

typynm

zalilY ORP12

zalilY RPY 30

720 540 575

Sedmisegmentove displeje LED

SpoletneSarvaTyp Vyska crslic Deselinna teeka

zelena Katodailuta Anodacervena oranzova vlevo vpravomm OL 3041704 x x 8 x OL 3071707 x x 8 x DL 747 x x 16 x DL 750 x x 16 x HOllO . ... y.. r .. . 0 .. 5. . .. 7 . 10.. 9 x HA 114 ... ... r ... y ... 0 . . i. . .. 3. 14 x9 HA 118 . ... r ... y ... 0 ... 1. .. .3 . 18.. · 9 x HP 5082·76 . . .. 1. .. . 2. ... 3 . x 7,6 . .. 0 . 1 HP5082·76 . . 13 ... 23 . 33 x 7,6 x HP 5082·76 . .. .5. .. . 6. ... 7 . x 11 . .. 0 ... 1 HP 5082-76 . .. .53 ... 63 ... 73 x 11 x MAN .. 47. 46 ... . .. 10A 10 x MAN . 47 .. 46 .. ... 40A 10 x MAN . 67. 66 .. ... 60 .. . 80 10 x MAN86 . x .. . 10 20 x

Optoelektronicke vazebni cleny

Typ Max.zaverne napeti

I Max pro­pustny

I~axztrato­vy

I propUS'f i

ne propust­napetf nem

Max. napeU kolektor-

I Maxzav~r~e napetl­

fax I:·xkal~kto- zt,ratovY rovy vykon

Max. izolatni napeti

It zeb

-r I zaPI ­ni proudu nad cinitel vysila­ doba

1 VyPi- 1 ~ . ~ Ii ~I pflnad ~ g g. g odp~-dada c ~ rove

IrOZnamkY (Ko~trolnl znacky)

proud V'ikon proudu emitor emitor-baze proud ce zatezi

vysilac pfijimat optoclen

V rnA mW V rnA V V rnA mW V % rnA IJS ,",S ,",S IJS kQ

4N35 6 60 100 0,8 10 30 7 100 300 3550 > 100 10 5 5 0,1 VOE,UR 6N 136 5 25 45 1,5 16 15 5 8 100 3000 > 19 16 0,2 0,3 4,1 UR CNY 17·2 6 60 100 1,25 60 70 7 50 150 4400 > 63 10 42 23 3 14 0,075 VOE, UR CNY 74·2 6 60 100 125 50 70 7 50 150 5300 >50 5 7 4 4,5 3,7 0,1 VDE,UR CNY48 3 60 100 1,1 10 30 6 100 150 1270 >600 10 125 100 0,1 D&rIing·

lon, VDE Ilia 5 60 30 100 8000 > 50 10 SFH 601·2 6 60 100 125 60 70 7 50 150 5300 >63 10 4,2 23 3 14 0,075 VOE,UR SFH 610·2 6 60 100 1,25 60 70 50 150 2600 >63 10 4,2 23 3 14 VDE, UR TIL 111 3 100 150 1.2 16 30 7 150 1500 > 12,5 16 5 5 0,1 4N27 TIL 113 3 100 150 <1,5 10 30 7 150 1500 >300 10 300 300 0,1 Darling­

lon, 4 N 33 TIL 124 3 100 150 1,2 10 30 7 150 5000 >10 10 5 5 0,1

-" ex> I\.)

-" ex> w

184 185

Desky tistenych spoju

Klise desek plosnych spoju jsou znazornena zezadu, coz zvysuje ostrost pri jejich prenosu z fi lmu na fotocitlivou vrstvu materiaIu desky. Pri priprave filmu a osvitu desky je nutno davat pozor na dodrZeni spravne strany desky.

Jak to provest ?

.:. Tistenou stranu predlohy otocit dolu a polozit na medenou stranu desky s foto­citlivou vrstvou a vyhladit.

.:. Papir nastfikat zprlihlediiovacim sprejem, ktery lze dostat v papimictvi.

.:. Osvitit. K tomu vhodne lampy jsou napf. Osram Ultra-Vitalux E27 nebo Osram Nitraphot S 250 W. Pfiklad osvitu: 4-8 minut lampou Vitalux 333 W ze vzda­lenosti 40 cm. Nebo vyzkouset.

.:. Vyvolat a odleptat sodnym lou hem (asi 9 gramu hydroxidu sodneho rozpustiti v 1 Iitru vody) nebo chloridem zelezitym (asi 1 libru na litr).

.:. Deska je hotova .

•:. Z ekologickych duvodt1 nepatfi pouzita vyvojka a leptaci roztok do kanalizace - tedy vyHt do dfezu a hotovo! Jedm't. se tOti2 0 zvlast' nebezpecny odpad, ktery je nutno odkladat na sbemych mistech k tomu urcenych!

1111111111111 111111111111 r 1I1111111111 I111111111111 III

~~ Stal1dardnf deska Elektor

~ o

I TC~ ~ 0 oTJ.'t!r~ ~

Deska pro solami radio

Klise desky digitalniho voltmetrll

186 187

REJSTRIK A akumulator NiCd 70 ampermetr 41 anoda 11 antena feritova 76 arsen 21 atom ionizovany 125 aud iosignal 98

B barva svetla 11, 24, 127 bod optimalni 69

pracovni 66 bodova matice 149 brum rusivy 76

C citlivost filmu 131

barevna 21 spektralni 138

civka 107 elona 57, 130 current transfer ratio 112

C earovy k6d 91 easovae 555 81 einitel plneni 69

proudoveho zesileni 43 vazebni 112, 113 zesilovaci 98, 112

Cisla osvitova 56 Cislicovy displej 20

zpusob 103 (digitalni) zobrazovae 149

elanek amorfni solarni 74 monokrystalicky 73 na bazi sirniku kadmia 137 niklkadmiovy 68 plochy 71 tenkovrstvy 74

elen reflexni vazebni 90 vidlicovy vazebni 80

eoeka 50

etee earoveho k6du 91 etvereeni mikrometry 124

D dalkovy spoustee 146 dekoder 82 delie napeti 136 delka impulzu 97 demodulace kmitoetova 108 dere obchodu 79 deska nastrekova 6 digitalni prenos signalu 96 digitron 149 dioda germaniova 75

laserova 123, 124 LED 33 ochranna 71 polovodieova 123 zabranujici vybijeni 74

disketova mechanika 80 displej barevny 154

fluoresceneni 151 s kapalnym krystalem (LCD) 152 sedmisegmentovy LED 149 signalu 27

doba nabijeni 74 sluneeniho svitu 73

dolni propust 109 dotovc:mi 23 doutnavka 125 doutnavy vyboj 126 draha propojovaci 73 druh skla 117 duplexni rezim 119 dute valcove zrcadlo 101

E elektricka rozvodna sit 65 elektroda 125

bimetalova 128 elektron volny 23 elektronika prijimaee 76 elektronova bleskova trubice 123 emitorovy sledovae 118 energie vynos elektricke 67 expozimetr s elankem CdS 139

F FET 35, 135 fosfor 21 fotoaparat 130 fotocitliva povrchova plocha 101 fotodioda 43

lavinova 43 PIN 43

fotoelement 38 fotometricka velieina 177 fotosenzor 51 fototranzistor 37, 42, 79 fotovolt 73 foto-FET 135 foto-triak 136 foto-tyristor 136 Fresnelova eoeka 91 funkce AND 31

prahova 45

G galium 21

H halogen 131 helium 125, 127 hlasie pohybu 79 hodnota

mezni 163 osvitu 51 soueastek 8 svetelna 17

hradlo TIL 31 hradlova vrstva 46 hrana impulzu 117 hystereze 86

Ch charakter spinaci 45 charakteristika 65, 66

diody 38 kmitoetova 132 odporova 70 proudove-napefova 126 proudu - napeti spoti'ebiee 70 spinacilvypinaci 29 zaverna 38

chod nakratko 37 naprazdno 37

chyba mereni 41

I ICL 7126 155 impulz

pravouhly 62 svetelny 60 synchronizaeni 97

impulzni provoz 166 indexovana vlakna 117 indukeni zatez 142 infracervena

dioda LED 82 fotodioda 82

infracervene eid lo 91 (IR) pasmo 123

infracerveny hlasie pohybu 91 integrovany obvod smycky

fazoveho zavesu (PLL) 404 107 intenzita 177

kolisajici 103 osvetieni 65, 178 ozareni 177 svetla 12, 37 , 130

izolator 125 izoluje 112

J jas 177 jednobarevnost 124, 127 jezek 7

K kabel vicevidovy 118 kapacita

baze-kolektor 43 prenosova 115

katalogovy list 163 katoda 11 Kerruv clanek 124 kino 150 kladna zpetna vazba 86 kmitocet

188 189 impulzu 20,117 mezni 43, 62 prirozeny 107 uzitecny 62 vystupn i 110

kmitoCtova modulace 104 kmitoctovy rozsah 76 koder uhlovy 87 k6dove pravitko 90 k6dovy zamek 96 kombinace clony a casu 57 komparator fazovy 107 kondenzator e/ektro/yticky 129 kotouc

k6dovaci 87 snimac 90

kfemik po/ykrystalicky 74 kfivka citlivosti oka 22 kvantum energie 24

L

lampa nizkotlaka p/nE'ma rtut'ovymi parami 128 solarni rucni 75

laser 123 kapa/ny 124 plynovy 124 polovodicovy 124 s trva/ou vlnou 124 z tuhe latky 124

lavina 123 linearita 114 logicka funkce NOR (negovane NEBO)

62 lumen 57 luminiscencni latka 128 luminofor 128 lux 43, 56 luxmetr 52

M maxima/ni hod nota 163 meric doby otevreni zaverky 58

jasu 52 mignon 74 mikrofon 98 mnozstvi

svetla 57 zareni 177

modul solarni 71 modulace 81 monochromaticke 124 monokrystalicke 71 multimetr 8 MV 500 96 MV 601 97

N nabijecka

akumulatoru 74 solarni 67

napajeni elektrickym proudem 73 napeti

budici 105 mericf 43 nabijeci 75 napazdno 70 propustne 11 prurazne 71 referencni 157 ubytek 75 vyboje 126 zapalovacf 126 zaverne 18

napet'ova (dielektricka) pevnost 112 napet'ovy delie 155 nasyceni 40 nemoznost zpetneho pusobeni 114 neon 125, 127 nespravna interpretace 90 nezavisly na polarite 137 NiCd akumulator 74 nixielampy 149 nulovy bod 157

o objekt testovany 32 oblast buzeni 61

N 23 P 23 synchronizace 82

obvod dekoderu 89 fotocitlivy integrovany 137

kmitavy 76 logicky AND (A) 64 log icky s diodami LED 30 ogicky NAND 63 PLL 107 pro synchronizaci fazovym zavesem

104 TTL 86 vyhodnocovacf 86

odpajeci lanka 162 odpor

povrchu tela 33 pracovni 62 predradny 12, 25 ve tme 139 zpetnovazebni 60

ohebne medene lanko 73 ohnisko 102 ochrana pred nezadoucim svetlem 80 okenko pro blokovani zapisu 80 oko 21 , 50, 150

lidske 139, 152 opakovac 116 opticky logicky obvod OR (NEBO) 62 optika 81 optimalni bod MPP 66 opto isolator 112 optoCien 110

bezpotencialovy 114 optoelektronicky vazebni elen 110 oscilator 81

kremenny 110 napefove rizeny 104, 108, 121

osvetleni mistnosti a ulic 127 pfidavne 48

osviceni 39, 67 intenzite 50

osvit 178 osvitomer 17, 51,139 otackomer 87 overeni 95 ozareni 178 p

pajeci lista 142 pajeni 7, 161 pajka cinova 161

panel solarni 71 paraleln i zapojeni 15 pas papiru 62 phase lock loop 107 PLL 104, 108 pocitac 113 poeitani 86 pokladna moderniho obchodu 91 poloha Siunce 73 polovicni vykon signalu 116 polovodie fotocitlivy 135 polovodicova soucastka 23 polovodicovy prechodu P-N 46 pomalost 139 porovnavac faze (komparatoru) 107, 108 porucha 113 pouzdro 50

kovove 50 Power Point maximum 66 pozitivni teplotni koeficient 131 pracovni cyklus 105 prah citlivosti (odezvy) 81 propust

dolni 61 horni 82

proud impulzu 20 LED 12 za tmy 44, 60 zaverny 37

provoz duplexni 102 impulzni 20 multiplexni 150, 151 nakratko 39

provozovani v zavernem stavu 18 prvek prepet'ove ochrany 127 predpeti 37 prehravae kompaktniho disku (CD) 123 prechod PN 21 prechodne uskladnena 70 prenasec 113 pre nos analogovy 101 prenos binarniho cisla 96 preslech 102 presnost 87

190 191

primichani cizich atomu 23 primka spotrebice 70 pripojka 119 PTC 131 Pulse Position Modulation 97 pulvlna 114

R radio solarni 76 reflektor trojity 84 rekombinace 23 rele 46, 80 reproduktor 100 rezonator keramicky 97 rezim multiplexni 20 robotika 87 rovina kmitani 152 rozdelen i barev 129 rozsah odporovy 138 rozsah dynamicky 61 rubinova tyc 123 ruseni 140 rychlost 64

5 samoindukce 46 segment tvorici 1/16 kotouce 87 senzor tepelny 91 Schmittuv klopny obvod 60 signal nosny 96

uzitecny 82 sit'ovy napajec regulovany na primarni

strane 110 SL 486 98 sledovac emitorovy 48 slozka spektralni 81 sluchatko 77, 100 slunce 65 slunecni svetlo 131 smerne cislo 130 smycka

fazoveho zavesu 107, 108 regulaeni 105

snimac otacek 87 solarni clanek 65 solarni technika 65 soustava binarni (dvojkova) Ciselna 87

spolehlivost 90 stabilita 109 stabilizator napeti 126 starter 128 stMa 83 stupen

budici 86 demodulacni 105 vstupni 105

stupnice ASA 58 DIN 58 osvitovych cisel 57

superpozice 114 svetelna

energie 177 ucinnost 128

svetelny vykon 131 , 177 svetlo

denni 48 diody LED 23 infracervene (IR) 50 okoli 60 okolni 61 rozptylene 102 umele 55 z okoli 81

svetlocitlivy odpor (LDR) 137 svetlovod urcite delky 115 svitivost 177 svodice prepeti 127

5 sirka pasma 43, 113 sumove chovani 136

T teleskop zrcadlovy 101 teplo 91 teplotni chovani 141 test prijmu 76 tester zarovek a pojistek 32 tlumivka 128 tma 44 totalni odraz 115 transformator 113 translator 113

transmiter 128 tranzistor

Darlingtonuv 143 NPN 27

triak 142 (polovodicovy spinac stridaveho

proudu) 110 typ SFH 120 tyristor 136

U ucinek izolacni 47 ucinnost 67 udaj referencni 56 uhel 87

dopadu 84 vyzarovaci 101

utlum 115

V vazba zaporna zpetna 114

zpetna 45, 98, 102 vazebni elen 40 VCO 108

voltage controlled oscillator 104 vetrna korouhvieka 88 videosignal 114 vlakna

bez plaste 116 jednovidova 118 opticka 50

vlnovy charakter 124 voltage controlled oscillator 108 voltmetr 41

cislicovy 155 vrstva hradlova 23, 37 vybojka nizkotlaka plnena sodikovymi

parami 127 plnena plynem 125 vysokotlaka plnena parami rtuti 127 xenonova zableskova 129

vyhodit 129 vykon

maximum 66 svetelny 57 ztratovy 138

vypinaci spieky 142

vyssi harmonicke 82 vzacny plyn 125

W wolframove vlakno 131

zhavici 131

Z zapojeni

Darlingtonovo 48, 105 fotoDarlingtonovo 43 mustkove 48 proudoveho zdroje 35 s diodou LED 25 s optotriakem 142 s proudovym buzenim 118 seriove 12 vazebni 60

zar 177 zarivka 62 zarivy vykon 177 zarizeni zamerovaci 73 zasuvka pro automobilovy prives 25 zavora vidlicova svetelna 80 zavora svetelna 79

vidlicova 84 zdroj

konst. proudu s tranzistorem FET 36 proudu 34

zemska atmosfera 65 zesileni 54 zesilovac 54 zisk proudovy 71 zkousecka napeti 125 zmena

svetelna 61 teploty 92

zona 91 zrcadelko 83 zrcadlovka 56 zrcatko k holen i 101 ztrata v kabelu 117

Z zarovka 131

energeticky usporna 129 pro domacnost 128

zivotnost 19, 131 , 152

Adrian Schommers

Elektronika tajemstvi zbavena Objevovat experimentovat porozumet - 4: Pokusy s optoelektronikou

Vydalo nakladatelstvi HEL, ul. 26. dubna 208, 725 27 Ostrava - Plesna ve spolupraci s nakladatelstvim BEN - technicka literatura, Praha 1. ceske vydani , 2002

Preklad Miroslav Hrdina Jazykova uprava Sarka Hrdinova Redigoval Miroslav Hrdina, HEL Obalka nakladatelstvi ELEKTOR

podle puvodnfho vydanf zpracoval Martin Havlak, BEN ­ technicka literatura

Sazba Iveta Kubicova, BEN - technicka literatura

Tisk Marten s. r. 0

Pocet stran 192

objednaci cislo 120954 doporucena cena 147 Kc EAN 9788086167046 ISBN /. • 80-86167-04-6

" HEL

,. .1 "'

Elektronika tajemstvi zbavena je fada peti knih , ktere jsou urceny vsem zajemcum 0 elektroniku. Ve ctvrte knize provazi autor ctenai'e krok za krokem optoelektronikou od fyzikalnich principu optoelektronickych prvku pO nejnovej~r aplikace, napr. V pfenosu dat a pocitacove technice. Pokusy umoznuji pfiblizlt si optoelektroniku doslova na dosah a tim ji porozumet.

V dodatku jsou uvedeny nejdu!ezitejsi specifikace typickych optoelektronickych soucastek umozi'lujici jejich bezprosti'edni vyuziti.

Kazda kniha petidilneho souboru se zabyva jednou ucelenou oblasti elektroniky. Doposud vysly:

Kniha 1: Pokusy sa stejnosmernym proudem Kniha 2: Pokusy se sti'idavym proudem Kniha 3: Pokusy s cislicovou technikou

Nasledovat bude: Kniha 5: Pokusy s operacnimi zesilovaci

Z oblasti e/ektroniky a vypocetni techniky vam nakladatelstvi HEL dale nabizi:

• B. Kainka: Vyuziti rozhrani PC pod Windows (s CD-ROM)

• Integrovane obvody 2 ­ nejduleii­tejsludaje

·30.4zaj(m.aVY.~hza.p~iEmi"- 1 . dil . , 2. dil

• Elektronika pro kempink a aneb jak se obejit bez site 220 V

• A. Seibt: Osciloskopy od A do

ISBN 80-86167-04-6

I788086"167046