V preteklem nadaljevanju smo analizirali vezje s slike 3a, v katerem s spremembo intenzitete svetilnosti, ki pada na foto občutljiv upor (LDR), menjamo jakost toka skozi tranzistor in tako vplivamo na intenziteto svetlobe LED-ice.
Avtor: mag. Vladimir Mitrović
Da bi takšno vezje pravilno delovalo, je pomembno zagotoviti, da svetloba svetleče diode ne sveti na foto občutljiv upor. Sedaj bomo napravili prav nasprotno: postavili bomo LED-ico in foto občutljiv upor prav v takšen medsebojni položaj, da svetloba LED-ice direktno osvetljuje upor in preverimo, kaj se bo zgodilo!!
Ta vsebina je samo za naročnike
Na sliki 5 je prikazana shema istega vezja, na katerem smo modificirali vrednosti uporov R2 in R3. Z zmanjšanjem upornosti upora R3 smo povečali tok skozi LED-ico na okoli 7 mA, pri čemer občutljiva (low current) rdeča LED-ica premera 5 mm zalo intenzivno sveti, dokler smo z zmanjšanjem upora R2 vezje naredili manj odvisno od občutljivosti okoljskega prostora. Puščice na simbolih LED-ice in foto občutljivega upora sugerirajo, da svetloba LED-ice sije na foto občutljiv upor. Boljši občutek boste dobili s pogledom na fotografijo na isti sliki: LED-ica in LDR sta med seboj oddaljena okoli 5 mm in “gledata” eden proti drugemu.
Ko vključimo napetost napajanja, se na bo dogodilo nič: če okoliška svetloba, ki pada na LDR, ni dovolj svetla, da bi tranzistor začel prevajati, LED-ica ne bo svetila. Če pa za trenutek sklenemo tipko T1, bo LED-ica zasvetila in to stanje se bo zadržalo tudi, ko tipko spustimo: svetloba, ki jo oddaja LED-ica, bo zmanjšala upornost foto občutljivega upora pod vrednosti, pri kateri tranzistor Tr1 prične prevajati, in vezje bo samo sebe vzdrževalo v “aktivnem” stanju.
Najlepše od vsega je to, ker nam tipka T1 sploh ni potrebna: dovolj je LDR osvetliti z močnejšo svetlobo, npr. z lučko od mobitela z oddaljenosti okoli 10 cm, pa bo tranzistor pričel prevajati in LED-ica bo zasvetila. Na kateri koli način bi aktivirali vezje, je dovolj, da samo za trenutek postavimo list papirja ali neko podobno prepreko med foto občutljiv upor in LED-ico, in LED-ica se bo v trenutku ugasnila.
Da bi opisani poskus uspel, je osnovna predpostavka ta, da se vezje nahaja v slabše osvetljenem prostoru – če je okoliška svetloba premočna, se bo zmanjšala upornost foto občutljivega upora pod vrednosti, pri katerih tranzistor prične prevajati in bo LED-ica stalno svetila. Občutljivost vezja na intenziteto okoliške svetlobe se bo zmanjšala, če bomo zmanjšali upornost upora R2 in sočasno zamenjali rdečo LED-ico z belo. Bele LED-ice oddajajo močnejšo svetlobo, ki bo lažje “prevladala”nad okoljsko razsvetljavo, upornost upora R2 lahko zmanjšamo na 68 Ω ali 47 Ω – preverite s poizkusom, katera vrednost daje boljše rezultate. S takimi vrednostmi bo vezje korektno opravljalo svojo funkcijo in v močneje osvetljenem prostoru bomo za njegovo aktiviranje svetilko mobitela morati približati na par centimetrov od LDR-a.
Opisano vezje ima 2 stabilni stanji: eno, v katerem LED-ica ne sveti in drugo, v katerem LED-ica sveti in s svojo svetlobo sama vzdržuje vezje v “vključenem” stanju. Takšna vezja se imenujejo bistabilna in ker to vezje uporablja svetlobo kot mehanizem za spremembo stanja, ga lahko imenujemo “svetlobni bistabil”. Prehod med dvema stanjema je zelo hiter in ne moremo spremljati postopne spremembe intenzitete svetlobe LED-ice, kot smo lahko to naredili v vezju po shemi s slike 3a.
Shema na sliki 6 prikazuje še enostavnejši svetlobni bistabil, v katerem smo namesto foto občutljivega upora uporabili foto tranzistor. Za razliko od “običajnih” tranzistorje, katerih ohišja so neprozorna, ima gornja stran ohišja foto tranzistorja vgrajeno lečo. Leča fokusira svetlobo na silicijevo ploščico tranzistorja, na kateri se, odvisno od intenzivnosti svetlobe, osvobodi večje ali manjše število elektronov. Te elektroni ustvarijo bazni tok foto tranzistorja. Zaradi velikega tokovnega ojačenja tranzistorja bo njegov kolektorski tok nekaj stokrat večji od baznega, zato so vezja s foto tranzistorji v pravilu bolj občutljiva od vezij s foto občutljivimi upori.
Na sliki 6 sta prikazani risbi foto tranzistorja BPW77 v kovinskem ohišju s tremi priključki in BPW40, v plastičnem ohišju z dvema priključkoma. Enako dobro nam bodo služili tudi mnogi drugi foto tranzistorji, neodvisno tega, ali se nahajajo v ohišju z dvema ali s tremi priključki. Ta tretji priključek je bazni, vendar njega pri foto tranzistorju tudi ne uporabljamo. Fotografija na sliki 6 desno prikazuje izvedbo vezja na eksperimentalni ploščici: LED-ica je bela, foto tranzistor pa je no-name primerek nepoznanih karakteristik.
Če napravite to vezje, bo delovalo kakor pričakujemo samo v slabo osvetljenem prostoru. Najprej boste opazili, da LED-ica zelo slabo sveti tudi ko bistabil ni aktiviran. To je posledica načina dela foto tranzistorja, ki prepušča nek mali tok tudi takrat, ko je slabo osvetljen, in karakteristike belih LED-ic, ki slabotno svetijo tudi pri toku 1 µA. Če foto tranzistor postopno osvetljujemo z vse močnejšo svetlobo, bo tudi LED-ica svetila vse bolj intenzivno. V nekem trenutku, ko intenzivnost svetlobe, ki jo oddaja LED-ica postane dovolj da aktivira vezje, bo LED-ica zasvetila s polno svetlobo in vezje bo ostalo vključeno tudi takrat, ko odstranimo svetlobno pobudo oz. dokler ne postavimo neke ovire med LED-ico in foto tranzistor in ga s tem izključimo.
Ti “prehodni stanji” pri izvedbi svetlobnega bistabila s foto občutljivim uporom nista bili vidni. Čeprav nam je ta izražena odvisnost kolektorskega toka foto tranzistorja do intenzitete svetlobne pobude v nekaterih primerih uporabe lahko koristna, je v nasprotju s pojmom bistabila, pri katerem pričakujemo dve jasno definirani stanji: LED-ica sveti ali ne sveti. Lahko si pomagamo, če paralelno LED-ici vežemo ustrezen upor; v mojem primeru je odlično deloval upor vrednosti 10 kΩ. S to modifikacijo LED-ica ne bo svetila pri slabi svetlobi, prehod iz enega stanja v drugo pa bo hitrejši.
Seveda lahko tudi svetlobni bistabil s foto tranzistorjem vklopimo s tipko T1, če to želimo.
Okoliška razsvetljava je zelo vplivala na obnašanje vseh svetlobnih bistabilov, ki smo jih do sedaj preučevali, včasih je popolnoma onemogočila njihovo pravilno delo. To je posledica tega, da izvedbe foto občutljivega upora in foto tranzistorja niso zaščitene pred vplivom svetlobe.
Predstavili bomo sedaj novi element, foto stikalo (photoelectric switch ali opto interrupter), kot ITR9608 prikazan na sliki 7. Pri njemu sta LED-ica in foto tranzistor nameščena v ohišje neprozorne plastike, eden nasproti drugega in na oddaljenosti okoli 1 cm. Ohišje je razdeljeno po sredini, na delu v katerem se nahajata LED-ica in foto tranzistor so napravljeni ozke špranje, skozi katere svetloba LED-ice pada na foto tranzistor in ga krmili. Ko neka ovira prekine ta žarek svetlobe, bo foto tranzistor prenehal prevajati in LED-ica se bo ugasnila. Izvedba ohišja je takšna, da je vpliv okoliške razsvetljave najmanjši – to je točno to, kar potrebujemo!
S pomočjo foto stikala ITR9608 smo napravili svetlobni bistabil, katerega shema je prikazana na sliki 7 levo. Shema je identična bistabilu s slike 6, razen tega, da smo namesto diskretne LED-ice in foto tranzistorja sedaj uporabili foto stikalo. Ker svetloba LED-ice, nameščene znotraj foto stikala ni vidna, smo dodali še zunanjo LED-ico, ki nam signalizira, v kakšnem stanju se vezje nahaja. Ta zunanja LED-ica je vezana v serijo z notranjo in bosta obe svetil ali pa bosta obe izklopljeni. Uporabili smo občutljivo (low-current) LED-ico rdeče barve, na kateri je padec napetosti okoli 1,2 V, zato bo njen vpliv na delo vezja minimalen.
Ker je foto tranzistor dobro “skrit” znotraj ohišja foto stikala, ga ne moremo osvetliti od zunaj, da bi aktivirali vezje: zato je v tem primeru tipka T1 obvezna. Če pritisnemo tipko, bo LED-ica zasvetila s polno svetlobo – isto se dogodi tudi z “nevidno” LED-ico znotraj foto stikala, ki bo osvetlila foto tranzistor in on bo začel prevajati. Vendar pa takoj, ko tipko spustimo, se bo LED-ica izklopila! Zakaj, saj bi vendar morala ostati vklopljena?
Odgovor bomo našli v tehničnih specifikacijah foto stikala, kar lahko preverimo tudi sami z merjenjem po shemi na sliki 7 desno. Z uporom vrednosti 470 Ω bo skozi LED-ico tekel tok okoli 7 mA; LED-ica bo osvetlila foto tranzistor in skozi njega bo stekel desetkrat nižji tok, okoli 0,6 mA. Z drugimi besedami tokovno ojačenje foto stikala je manjše od 0,1! To je posledica medsebojne oddaljenosti in ozke špranje skozi katero svetloba LED-ice dohaja do foto tranzistorja.
Foto stikalo ima sijajne karakteristike in bo našel različne primere uporabe. Da pa bi ga lahko uporabili v svetlobnem bistabilu, bi moral imeti tokovno ojačenje večje od 1. To lahko popravimo tako, da mu dodamo en tranzistor glede na shemo na sliki 8! Skupno tokovno ojačenje foto stikala z dodanim tranzistorjem je večje od 20, in takšen svetlobni bistabil bo deloval, kot pričakujemo. Preizkusite! Upor R2 je potreben zato, da preprečimo šibkemu toku neosvetljenega foto tranzistorja da ne bi neželeno dovedel tranzistor Tr1 v stanje prevodnosti.
Na koncu tega članka smo uspeli konstruirati popoln svetlobni bistabil. V naslednjem nadaljevanju nas čakajo nova enostavna vezja. Do branja!
