Андрей Смирнов
Время чтения: ~7 мин.
Просмотров: 0

Инфракрасные светодиоды и фотодиоды

Устройство и характеристики ИК-приёмника

ir-receiver.png

В бытовой радиоэлектронной аппаратуре получили широкое применение интегральные приёмники инфракрасного излучения. По-другому их ещё называют ИК-модулями.

Их можно обнаружить в любом электронном приборе, управлять которым можно с помощью пульта дистанционного управления.

Вот, например, ИК-приёмник на печатной плате телевизора.

hs0038a2.pngИК-приёмник на печатной плате телевизора

Несмотря на кажущуюся простоту данного электронного компонента – это специализированная интегральная схема, предназначенная для приёма инфракрасного сигнала от пультов дистанционного управления (ДУ). Как правило, ИК-приёмник имеет не менее 3-х выводов. Один вывод является общим и подключается к минусу «-» питания (GND), другой служит плюсовым «+» выводом (Vs), а третий выходом принимаемого сигнала (Out).

В отличие от обычного инфракрасного фотодиода, ИК-приёмник может принимать и обрабатывать инфракрасный сигнал, представляющий собой ИК-импульсы фиксированной частоты и определённой длительности – пачки импульсов. Это технологическое решение избавляет от случайных срабатываний, которые могут быть вызваны фоновым излучением и помехами со стороны других приборов, излучающих в инфракрасном диапазоне.

tsop.png

Например, сильные помехи для приёмника ИК-сигналов могут создавать люминесцентные осветительные лампы с электронным балластом. Понятно, что использовать ИК-приёмник взамен обычного ИК-фотодиода не получиться, ведь ИК-модуль является специализированной микросхемой, заточенной под определённые нужды.

Для того чтобы понять принцип работы ИК-модуля разберёмся более детально в его устройстве с помощью структурной схемы.

Структурная схема ИК-модуля

Микросхема приёмника ИК-излучения включает:

  • PIN-фотодиод

  • Регулируемый усилитель

  • Полосовой фильтр

  • Амплитудный детектор

  • Интегрирующий фильтр

  • Пороговое устройство

  • Выходной транзистор

Структурная схема ИК-модуля

PIN-фотодиод – это разновидность фотодиода, у которого между областями n и p расположена область из собственного полупроводника (i-область). Область собственного полупроводника – это по сути прослойка из чистого полупроводника без внесённых в него примесей. Именно этот слой и придаёт PIN-диоду его особенные свойства. К слову сказать, PIN-диоды (не фотодиоды) активно применяются в СВЧ электронике. Взгляните на свой мобильный телефон, в нём также используется PIN-диод.

Но, вернёмся к PIN-фотодиоду. В обычном состоянии ток через PIN-фотодиод не протекает, так как в схему он включен в обратном направлении (в так называемом обратном смещении). Так как под действием внешнего инфракрасного излучения в i-области возникают электронно-дырочные пары, то в результате через диод начинает протекать ток. Этот ток затем преобразуется в напряжение и поступает на регулируемый усилитель.

Далее сигнал с регулируемого усилителя поступает на полосовой фильтр. Он служит защитой от помех. Полосовой фильтр настроен на определённую частоту. Так в ИК-приёмниках в основном используются полосовые фильтры, настроенные на частоту 30; 33; 36; 36,7; 38; 40; 56 и 455 килогерц. Чтобы излучаемый пультом ДУ сигнал мог быть принят ИК-приёмником, он должен быть модулирован такой же частотой, на которую настроен полосовой фильтр ИК-приёмника. Вот так, например, выглядит модулированный сигнал от излучающего инфракрасного диода (см. рисунок).

А вот так выглядит сигнал на выходе ИК-приёмника.

Стоит отметить, что избирательность полосового фильтра невелика. Поэтому ИК-модуль с фильтром на 30 килогерц вполне может принимать сигнал частотой 36,7 килогерц и более. Правда, при этом расстояние уверенного приёма заметно снижается.

После того, как сигнал прошёл через полосовой фильтр, он поступает на амплитудный детектор и интегрирующий фильтр. Интегрирующий фильтр необходим для подавления коротких одиночных всплесков сигнала, которые могут быть вызваны помехами. Далее сигнал поступает на пороговое устройство, а затем на выходной транзистор.

Для устойчивой работы приёмника коэффициент усиления регулируемого усилителя контролируется системой автоматической регулировки усиления (АРУ). Поскольку полезный сигнал представляет собой пачку импульсов определённой длительности, то из-за инерционности АРУ сигнал успевает пройти через тракт усиления и остальные узлы схемы.

В случае, когда длительность пачки импульсов чрезмерна система АРУ срабатывает, и приёмник перестаёт принимать сигнал. Такая ситуация может возникнуть, когда ИК-приёмник засвечен люминесцентной лампой с электронным балластом, который работает на частотах 30 – 50 килогерц. В таком случае промодулированное инфракрасное излучение паров ртути лампы может пройти защитный полосовой фильтр фотоприёмника и вызвать срабатывание АРУ. Естественно, при этом чувствительность ИК-приёмника падает.

Поэтому не стоит удивляться, когда фотоприёмник телевизора плохо принимает команды от пульта ДУ. Возможно, ему просто мешает засветка люминесцентных ламп.

Автоматическая регулировка порога (АРП) выполняет аналогичную функцию, что и АРУ, управляя порогом срабатывания порогового устройства. АРП выставляет уровень порога срабатывания таким образом, чтобы уменьшить число ложных импульсов на выходе модуля. При отсутствии полезного сигнала число ложных импульсов может достигать 15-ти в минуту.

Форма корпуса ИК-модуля способствует фокусировке принимаемого излучения на чувствительную поверхность фотодиода. Материал же корпуса пропускает излучение с длиной волны от 830 до 1100 нм. Таким образом, в устройстве реализован оптический фильтр. Для защиты элементов приёмника от воздействия внешних электрических полей в модуле установлен электростатический экран. На фотографии показаны ИК-модули марки HS0038A2 и TSOP2236. Для сравнения рядом показаны обычные ИК-фотодиоды КДФ-111В и ФД-265.

ИК-приёмники

ИК-Фотодиоды

Как проверить исправность ИК-приёмника?

Поскольку приёмник ИК-сигналов является специализированной микросхемой, то для того, чтобы достоверно проверить её исправность необходимо подать на микросхему напряжение питания. Например, номинальное напряжение питания для «высоковольтных» ИК-модулей серии TSOP22 составляет 5 вольт. Потребляемый ток составляет единицы миллиампер (0,4 – 1,5 мА). При подключении питания к модулю стоит учитывать цоколёвку.

В состоянии, когда на приёмник не подаётся сигнал, а также в паузах между пачками импульсов напряжение на его выходе (без нагрузки) практически равно напряжению питания. Выходное напряжение между общим выводом (GND) и выводом выхода сигнала можно замерить с помощью цифрового мультиметра. Также можно замерить потребляемый модулем ток. Если ток потребления превышает типовой, то скорее всего модуль неисправен.

О том, как проверить исправность ИК-приёмника с помощью блока питания, мультиметра и пульта ДУ читайте здесь.

Как видим, приёмники ИК-сигналов, используемые в системах дистанционного управления по инфракрасному каналу, имеют достаточно изощрённое устройство. Данные фотоприёмники часто используют в своих самодельных устройствах любители микроконтроллерной техники.

Главная &raquo Радиоэлектроника для начинающих &raquo Текущая страница

Также Вам будет интересно узнать:

  • Устройство динистора.

  • Как купить радиодетали в интернете?

Инфракрасные светодиоды

Светодиоды излучающие инфракрасные. Изготовлены из эпитаксиальных гетероструктур арсенид галлий-аллюминий. Предназначены для использования в дымовых пожарных извещателях, системах охраны периметра, ИК-подсветки в аппаратуре телевизионного наблюдения, системах автоматического управления и другой аппаратуре народно-хозяйственного назначения.

АОИ200А3
В корпус
анод
В -40оС до +70оСВ 

Основные электрические параметры (при температуре 25оС)

В Тип В Iпр.max, мА В Габаритный чертеж
АОИ200А В 48 мВт/ср В 1,50 В В 60 В 25 В 1,5 A В 3 В загрузить
В АОИ200А3 12 мВт/ср В 1,5 A В загрузить
АОИ850А 110 мВт/ср В 100 В 45 В загрузить

ИК фотодиоды

Высокочувствительные кремниевые фотодиоды, предназанченные для использования в дымовых пожарных извещателях.

-40оС до +70оС
В 750-950 нм

Основные электрические параметры (при температуре 25оС)

В  В Значение параметров В Угол приема излучения, Q 0,5, град. В Темновой ток Iт при Up =10 В, нА В Время нарастания и спада фототока приUp = 10 В и Rн = 50В  Ом, нс В Габаритный чертеж
В КОФ137АВ В В  В не менее В +15 В — В — В загрузить
В не более В +15 В 70 В 5 В 7 В 10
В  КОФ137А3 В  +25 В 10 В — В — В загрузить
В  +25 В 20 В 5 В 5 В 10

Прием заявок по факсам: (4842) 73-58-70, 73-58-63, 55-12-50, или электронной почте:В info@voshod-krlz.ruПо техническим вопросам обращаться по телефону: (4842) 54-45-23,55-91-25 Либкинд Илья ВладимировичВ 

21 мая 2014

VEMD2003X01.jpg

Vishay Intertechnology пополнила свою линейку оптоэлектронной продукции двенадцатью новыми высокоскоростными SMD фотодиодами и фототранзисторами инфракрасного спектра, удовлетворяющими требованию AEC-Q101.

Основные характеристики:

  • Адаптированный радиус линзы для широкого ±35ºС угла половинной чувствительности ;
  • Характерные фотоэлектрические токи 10 мкА для фотодиодов и 2.7 мА для фототранзисторов на 1 мВт/кв.см и 950 нм;
  • Доступны корпуса с широкоугольными куполами линз:
    • миниатюрное «крыло чайки», обратное «крыло чайки» размерами 2.3х2.3х2.55 мм;
    • «вид с боку» размерами 2.3х2.55х2.3 мм;
  • C фильтрами или без фильтров блокировки дневного света;
  • Широкий спектральный диапазон пропускной способности:
  • от 750 до 1050 нм с фильтром блокировки дневного света;
  • от 350 до 1120 нм без фильтра блокировки дневного света;
  • Температура хранения и работы в диапазоне от −40 до +100ºC ;
  • Уровень MSL 2a;
  • Без галогенов, RoHS-совместимы, удовлетворяет «зеленым» стандартам VISHAY.
Наименование Тип Корпус Полоса пропускания (нм) Длинна волны предельной чувствительности Фототок
VEMD2003X01 Фотодиод обратное «крыло чайки» 750 до 1050 940 нм 10 мкА
VEMD2023X01 Фотодиод «крыло чайки» 750 до 1050 940 нм 10 мкА
VEMD2023SLX01 Фотодиод «вид с боку» 750 до 1050 940 нм 10 мкА
VEMD2503X01 Фотодиод обратное «крыло чайки» 350 до 1120 900 нм 10 мкА
VEMD2523X01 Фотодиод «крыло чайки» 350 до 1120 900 нм 10 мкА
VEMD2523SLX01 Фотодиод «вид с боку» 350 до 1120 900 нм 10 мкА
VEMT2003X01 Фототранзистор обратное «крыло чайки» 790 до 970 860 нм 2.7 мА
VEMT2023X01 Фототранзистор «крыло чайки» 790 до 970 860 нм 2.7 мА
VEMT2023SLX01 Фототранзистор «вид с боку» 790 до 970 860 нм 2.7 мА
VEMT2503X01 Фототранзистор обратное «крыло чайки» 470 до 1090 850 нм 2.7 мА
VEMT2523X01 Фототранзистор «крыло чайки» 470 до 1090 850 нм 2.7 мА
VEMT2523SLX01 Фототранзистор «вид с боку» 470 до 1090 850 нм 2.7 мА

Область применения: фотопрерыватели, детекторы для оптических выключателей, счетчиков, оптических датчиков, датчиков положения, для ИК пультов дистанционного управления, для передачи данных в автомобильных приложениях, в инфракрасных сенсорных панелях, в световых занавесах и барьерах, а также в системах учета.

•••Используемые источники:

  • https://go-radio.ru/ir-receiver.html
  • http://www.voshod-krlz.ru/product/39
  • https://www.compel.ru/lib/60380

Рейтинг автора
5
Подборку подготовил
Максим Уваров
Наш эксперт
Написано статей
171
Ссылка на основную публикацию
Похожие публикации