光検出回路:光を検出する簡単な方法

光センサー

光の有無を検出するプロジェクトの構築を検討していますか?それなら、光検出回路があれば助かります。興味深いことに、これは初心者に優しい簡単なプロジェクトです。さらに、デバイスは環境内の光の強さを簡単に検出できます。また、光検出回路を制御回路として使用することができます。しかし、最適な光検出器を選択しなければならない場合、作業は混乱します。

幸いなことに、この記事では、光検出回路の構築などについて必要なすべてをカバーしています。では、ちょっと待ってください。

光検出回路とは

光センサー

光検出器またはセンサー回路は、光の強度を検出できるデバイスです。また、デバイスは、測定された光のパワーを示す出力信号を生成します。

光センサーは、光のあらゆるスペクトルに存在する放射エネルギーを測定できます。さらに、次の範囲のさまざまな周波数の光を測定します:

赤外線
可視光
紫外線

赤外線センサー

ソース:Pixabay

光検出器はまた、光エネルギー (可視または非可視) を電気出力信号に変換します。とはいえ、光センサーを「光電デバイス」と呼ぶこともできます。

さらに何を?

光センサー回路の電気出力を利用して他のコースを制御することも可能です。ただし、電球、扇風機、街灯などの電気負荷回路または電化製品を用意することが重要です。

光センサーの種類

光検出回路を構築する前に、理想的な光センサーを知ることが重要です。光電デバイスには 2 つの主要なカテゴリがあります。一つ目は、光を感知して電気を発生させます。対照的に、2 番目のカテゴリはいくつかの電気特性を変更できます。

したがって、次のタイプの光センサーがあります。

発光セル

これらのフォトデバイスは、セシウムのような感光性材料から自由電子を生成します。光電子セルは、十分なエネルギーを持つ陽子が当たったときにのみ電子を生成します。

また、陽子が持つエネルギーのレベルは、その光強度に依存します。したがって、出力が高いほど、陽子が光を電気エネルギーに変換するエネルギーが大きくなります。

光電池

太陽電池を備えたセンサーは、受け取った光エネルギーと同じ電気エネルギーを生成できます。

さらに、接合された 2 つの半導体材料は、光エネルギーを受け取り、約 0.5v を生成することができます。また、セレンは、ほとんどの太陽電池で機能する、容易に入手できる太陽電池です。

フォトジャンクションデバイス

フォトダイオードやフォトトランジスタは、光接合デバイスの代表的な例です。これらのデバイスは、光強度を使用して、PN 接合を通過する正孔と電子の流れを制御します。

光接合デバイスの設計は、光検出および透過アプリケーションに最適です。さらに、これらのデバイスは入射長の波長にのみ反応します。

光伝導セル

光導電セルを備えた光センサーは電気を生成しません。代わりに、光エネルギーを受け取ると物理的特性が変化します。

また、フォトレジスタは一般的なタイプの光導電センサーです。そして、光の強さの変化に応じて電気抵抗を変化させます。言い換えれば、フォトレジスターは光エネルギーを使用して、電子の流れと電子を流れる電流を制御できます。

光依存抵抗 (LDR) は、一般的に使用されるもう 1 つの光導電センサーです。また、LDR は、光の存在下で電気抵抗を数千オームから数百オームに変えることができます。

光依存抵抗器

光検出回路の仕組み

LDR センサーに入射光があると、低抵抗になります。したがって、回路に接続された負荷は、デバイスをアクティブにするのに十分な電力を取得できません (つまり、デバイスをオフ状態に保ちます)。

そのため、暗い場合、LDR の抵抗は、回路に電流が流れるレベルまで増加します。その結果、トランジスタが動作します。これにより、負荷を始動するのに十分な電力を供給することができます。

興味深いことに、光検出器の動作を逆にすることができます。つまり、照明があるときに負荷をオンにし、照明がないときにオフにすることができます。さらに、光検出器の動作方法の選択は、アプリケーションの種類によって異なります。

光検出回路プロジェクト

このセクションでは、2 種類の光検出回路を構築する方法を学びます。 1 つ目は、LDR と OP-Amp を使用した光検出器です。次に、2 番目の回路は、LDR とトランジスタを使用した光検出器です。

LDR とオペアンプを使用した光検出器

オペアンプ

LDRの最大の特徴は、光の強さに応じて抵抗値が変化することです。したがって、この機能は、このプロジェクトで光を検出して LED をオンにするのに役立ちます。

さらに、回路がコンパレータモードでオペアンプと結合すると、電圧を比較することで高出力または低出力を生成するのに役立ちます。この回路に必要なコンポーネントは次のとおりです。

LDR
ワイヤーを接続する
LM358 オペアンプ IC
10 KΩ 抵抗器
白色 LED
9v 電源
10 KΩ ポテンショメータ
220 Ω 抵抗器
ブレッドボード

回路図

回路図

作り方

まず、10 KΩ ポテンショメータのワイパー端子をオペアンプの反転端子に接続します。次に、LDR と 10 KΩ 抵抗器の間に接続ジャンクションを作成します。その結果、出力を OP-Amp に供給する潜在的な分周器を作成します。

また、白色 LED と 220 Ω 抵抗の間の接続を作成します。次に、9v 電源を回路に接続し、動作するかどうかをテストします。

LDR に光を当てると、抵抗が減少するはずです。また、反転電圧は非反転電圧よりも高くなり、LED をオフに保ちます。

LDRに入射光がない場合、抵抗が高くなります。その結果、反転電圧は非反転電圧よりも低くなります。したがって、オペアンプの出力が増加し、LED がオンになります。

光検出回路:LDRとトランジスタを用いた光検出器

BC547C トランジスタ

前の回路を構築するためのオペアンプがない場合は、代わりにトランジスタを使用できます。ここでは、単一のトランジスタが光検出動作を実行します。

したがって、より保証された出力電流のためにダーリントンペアを使用できます。しかし、ほとんどの場合、単一のトランジスタで十分です。この回路に必要なコンポーネントは次のとおりです。

BC547 NPN トランジスタ
ワイヤーを接続する
白色 LED
9v 電源
10k オームの抵抗器
470 オームの抵抗器
ブレッドボード

回路図

回路図

作り方

まず、LDR をブレッドボードに接続し、トランジスタのベースを LDR のピンの 1 つに接続します。

次に、ブレッドボードのもう一方の端にあるパラレルピンに LED を接続します。次に、470 オームの抵抗器を LED のプラス端子 (+ve) とブレッドボードのプラスレールに固定する必要があります。

10k 抵抗をトランジスタのベースとブレッドボードの負のレール (-ve) に接続します。次に、ブレッドボードの負のレールとトランジスタのエミッターの間にいくつかのジャンパーを接続します。

最後に、9v 電源 (できれば 9v バッテリー) をブレッドボードに接続し、回路をテストします。

仕組み

このプロジェクトは、全光、中光、光なしの 3 つの条件で機能します。

完全な照明条件の場合、LDR の明るい照明はその抵抗を減らし、LED からの薄暗い光をもたらします。したがって、中程度の明るさの条件では、中レベルの LDR の説明は中程度の輝きになります。

また、光のない状態では、LDR の抵抗が増加します。したがって、LED に明るい光を生成します。さらに、トランジスタのベースに接続された抵抗を調整することで、LED の明るさを調整できます。

光検出回路: 光センサー回路の応用

光センサーは、セキュリティアラームシステム、街路灯の高感度パワーセーバー、家庭用照明の制御システム、ソーラーハイウェイ照明システム (日中の自動消灯用) など、さまざまなアプリケーションで機能します。

セキュリティ警報システム

その他のアプリケーションには、電化製品の自動切り替えや、食器棚やワードローブの照明システムなどがあります。

光検出回路:日没から日の出への照明スイッチ

STS照明スイッチは、光センサー回路を使用して、LDRの入射光に基づいて負荷を制御します。また、STS 照明スイッチは、ここにリストされている他のアプリケーションやプロジェクトとは動作が異なります。そのため、トランジスタやオペアンプの代わりに、STS 照明スイッチは双安定モードで 555 タイマー IC を使用します。

LDR を点灯させると、トライアックを使用して負荷を制御する 555 タイマー IC に出力が送信されます。次に、センサーは日没時にギアをアクティブにし、日の出時にギアを開始します.