APPUNTI DI SISTEMI
anno V
92_TRASDUTTORI FOTOELETTRICI
I dispositivi fotoelettrici presentano una finestra trasparente all’interno della quale è realizzata una
lente convergente.
Fotoresistenza
Fotodiodo
Fototransistor
Il fotoresistore NORP-12
I fotoresostori sono costituiti da materiale semiconduttore leggermente drogati. Quando la
superficie sensibile del fotoresistore è esposta alla luce, l’energia raggiante assorbita provoca la
rottura dai legami covalenti generando cariche libere e pertanto aumentando la conducibilità e
quindi diminuendo la resistenza del semiconduttore.
Il legame tra la resistenza e l’illuminamento “E” è dato da:
R A E
Resistenza [k ]
in genere la caratteristica Resistenza-Illuminamento è fornita a mezzo di un grafico
Caratteristiche elettriche
Valori
Unità di
misura
Tensione Max di picco (AC- DC)
320
V
75
75
-6075
mA
mW
°C
Corrente Max
Potenza Max
Range di temperatura
In cui si evidenzia una forte non linearità della caratteristica “R-Lux” e la pendenza negativa
vale a dire all’aumentare dell’illuminamento si ha una diminuzione della resistenza, pertanto in fase
di condizionamento si dovrà provvedere a invertire la caratteristica e a linearizzarla tramite una
resistenza di linearizzazione ( vedi: Termistore NTC).
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Esempio:
Progettare un circuito di condizionamento per il fotoresistore NORP-12 in modo da avere
una tensione d’uscita variabile linearmente da –5[V] a +5[V] quando l’illuminamento varia
Resistenza [k ]
nell’intervallo 10 1000 [lux].
Caratteristiche elettriche
Valori
Unità di
misura
Tensione Max di picco (AC- DC)
320
V
75
75
-6075
mA
mW
°C
Corrente Max
Potenza Max
Range di temperatura
3
0.5
Lux
Svolgimento:
Dal grafico ricavo una resistenza :
R10 Lux = 10000 [] ;
R1000 Lux = 500 []
e dovendo linearizzare mi serve il valore della resistenza all’illuminamento medi , ottenendo:
R100 Lux = 3000 []
Dimensionamento della RL
L’espressione da utilizzare per dimensionare la resistenza di linearizzazione è:
RL
R( Emed ) R( E min) R( E max) 2 R( E min) R( E max)
R( E min) R( E max) 2 R( Emed )
applicandola:
RL
3000 10000 500 2 10000 500
4777[]
10000 500 2 3000
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Il circuito di condizionamento
Verifica della corrente che attraversa il fotoresistore:
Ci mettiamo nella condizione peggiore, vale a dire massima corrente cioè minima resistenza e
questa condizione si avvera a E(illuminamento)=1000 [lux] R= 500 [], pertanto:
I (1000 lux )
12
12
0.0023[ A] 0.075[ A]
( Rlux RL ) 500 4777
dimensionamento di R1
R1 R10lux 10[ k]
per bilanciare il ponte fisso
calcolo di VAB=VA-VB
mi pongo nella condizione di E=1000[lux], pertanto R1000lux=500[]
VA1000lux 12
R1000lux
500
12
1.14[V ]
R1000lux RL
500 4777
VB1000lux 12
R1
10000
12
8.12[V ]
R1 RL
10000 4777
VAB 1.14 8.12 6.98[V ]
Dimensionamento della RG
Faccio il modo di portare l’uscita del primo amplificatore V0=10[V], pertanto il guadagno G dovrà
essere : G
Vo
10
1.43
V AB 6.98
Per dimensionare la RG utilizzo la formula fornita da costruttore:
G 1
50 10 3 50 10 3
50 10 3
da cui RG
116279[]
G 1 1.43 1
RG
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Fino a questo punto il circuito mi fornisce una tensione variabile tra 010[V].
La richiesta era di ottenere una tensione variabile tra -55[V], per ottenerla dispongo in cascata un
altro amplificatore per strumentazione INA111 che amplifichi il segnale differenziale di uno,
pertanto RG 2
50 10 3 50 10 3
circuito aperto
G 1
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Il Fotodiodo
Se la giunzione di un fotodiodo, polarizzata inversamente, è sottoposta a radiazioni luminose,
all’interno della zona di svuotamento si genera una fotocorrente la cui caratteristica
Fotocorrente [uA]
corrente/illuminamento è quasi lineare come si evince dalla seguente figura:
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Circuito di condizionamento:
Il Fototransitor
Si basa sullo stesso principio di funzionamento del fotodiodo, raggiungendo una sensibilità
superiore.
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