Tài liệu hướng dẫn và phương pháp thực hiện những phát minh khoa học kỹ thuật vào sản xuất ứng dụng tự động hóa p9 doc

Đồ án tốt nghiệp TĐH46 Nguyễn Văn Tú _ Lớp b) Duy trì hiển thị chân INTR Nếu INTR xuống thấp việc chuyển đổi đợc hoàn tất ta cã thĨ sang b−íc kÕ tiÕp NÕu INTR cao tiếp tục thăm dò xuống thấp c) Sau ch©n INTR xuèng thÊp, ta bËt CS = vµ gưi mét xung cao - xng - thấp đến chân RD để lấy liệu khỏi chíp ADC 804 Phân chia thời gian cho trình đợc trình bày hình 3.14 CS WR D0 – Data out INTR Start RD End Read it H×nh 3.14: Phân chia thời gian đọc ghi ADC 804 Mặt khác, kiểm tra ADC 804 cách sử dụng sơ đồ mạch hình 3.15 thiết lập đợc gọi chế độ kiểm tra chạy tự đợc nhà sản xuất khuyến cao nên sử dụng Hình 3.15 trình bày biến trở đợc dùng để cắp điện áp tơng tự từ đến 5V tới chân đầu vào Vin(+) ADC 804 đầu nhị phân đợc hiển thị đèn LED bảng huấn luyện số Cần phải lu ý chế độ kiểm tra chạy tự đầu vào CS đợc nối tới đất đầu vào WR đợc nối tới đầu INTR Tuy nhiên, theo tài liệu hÃng National Semiconductor nút WR INTR phải đợc tạm thời đa xuống thấp kế sau chu trình cấp nguồn để bảo đảm hoạt động 8051 Khoa điện ADC804 P2.5 P2.6 RD P1.0 D0 WR VCC CLK - 97 R CLK IN Vin(+) Vin(-) 5V 10k Trờng ĐHNNI_ Hà Nội 150pF 10k POT Đồ án tốt nghiệp TĐH46 Nguyễn Văn Tú _ Lớp Hình 3.15: Nối ghép ADC 804 với nguồn đồng hồ riêng 3.2.2 Cảm biến quang Định nghĩa Các cảm biến quang đợc sử dụng để chuyển thông tin từ ánh sáng nhìn thấy tia hồng ngoại (IR) tia tử ngoại (UV) thành tín hiệu điện 3.2.2.1 Tế bào quang dẫn Đặc trng cảm biến điện trở phụ thuộc điện trở vào thông lợng xạ phổ xạ Các tế bào quang dẫn cảm biến quang có độ nhạy cao Cơ sở vật lý tế bào quang dẫn tợng quang dẫn kết hiệu ứng điện nôi: tợng giải phóng hạt tải điện vật liệu dới tác dụng ánh sáng làm tăng độ dẫn vật liệu 3.2.2.1.1 Vật lý quang dẫn Dới xét mô hình đơn giản để rút mối quan hệ định lợng đại lợng Giả sử có bán dẫn phẳng thể tích V pha tạp loại n với nồng độ donor Nd có mức lợng nằ dới vùng dẫn khoảng Wd ( hình 2.2.1 ) Giả sử lơng ion hóa nguyên tử donor Wd đủ lớn để nhiệt độ phòng bóng tối nồng độ n0 donor bị ion hóa nhiệt nhỏ tối, nồng độ điện tử đợc giải phóng đơn vị thời gian kích Khoa điện - 98 - Trờng ĐHNNI_ Hà Nội Đồ án tốt nghiệp TĐH46 Nguyễn Văn Tú _ Lớp thích nhiệt từ nguyên tử donor tỷ lệ thuận với nồng độ tạp chất cha bị ion hóa(Nd-n0) đó: a ≈ exp(-q Wd/k.T) (3.17) BiĨu thøc cđa a cho ta thấy nhiệt độ có vai trò ảnh hởng quan trọng Số điệ tử tái hợp với nguyên tử đà bị ion hóa đơn vị thời gian tỷ lệ thuận với nồng độ nguyên tử đà bị ion hóa n0 với nồng độ điện tử cịng chÝnh b»ng n0, nghÜa lµ tû lƯ víi r.n0 Trong r hệ số tái hợp Hình 2.16.: Tế bào quang dẫn chuyển mức lợng điện tử Phơng trình độnh học trinh tái hợp biểu diễn thay đổi mật độ điên tử tự có dạng: dn0 = a(Nd - n0) r.n0 dt (3.18) trạng thái cân ta có: dn0 =0 dt Khoa điện (3.19) - 99 - Trờng ĐHNNI_ Hà Nội Đồ án tốt nghiệp TĐH46 Nguyễn Văn Tú _ Lớp Kết hợp với (2.2) ta đợc: a aN a +⎜ 2+ d⎟ n0 = ⎜ 4r r ⎟ 2r (3.20) Độ dẫn tối đợc biểu diễn biểu thức: 0= qn0 (3.21) Trong độ linh động điện tử q giá trị tuyệt đối điện tích điện tử Khi nhiệt độ tăng độ linh động giảm nhng mật độ n0 tăng kích thích nhiệt lớn ảnh hởng định độ dẫn Khi chất bán dẫn bị chiếu sáng, photon (năng lợng h Wd) ion hóa nguyên tử donor giải phóng g điện tử giây đơn vị thể tích Các điện tử bổ sung thêm vào số điện tử đợc giải phóng kích thích nhiệt Số điện tử g đợc tính theo biểu thức: g= G (1 − R ) = φ A.L V hν (3.22) Trong ®ã V = A.L, ý nghÜa cđa A L thể hình 2.16, G số điện tử đợc giải phóng đơn vị thời gian Phơng trình động học tái hợp trờng hợp có dạng: dn = a(Nd n) + g - r.n2 dt (3.23) Thông thờng xạ chiếu tới đủ lớn để số điện tử photon giải phóng lớn nhiều so với số điện tử đợc giải phong nhiệt: g >> a(Nd n) n >> n0 (3.24) Trong điều kiện nh rút phơng trình động häc cho mËt ®é cđa ®iƯn tư ë ®iỊu kiƯn cân dới tác dụng chiếu sáng: g n= ⎛ ⎞ ⎜ ⎟ ⎝r⎠ (3.25) §é dÉn tơng ứng với nồng độ điện tử điều kiện cân 0= qn0 Khoa điện Nội - 100 - Trờng ĐHNNI_ Hà Đồ án tốt nghiệp TĐH46 Nguyễn Văn Tú _ Lớp Nếu tính đến biểu thức g nhận thấy độ dẫn hàm không tuyến tính thông lợng ánh sáng: thay đổi theo 1/2 Kết quan trọng, thực nghiệm đà chứng minh số mũ nằm 0,5 Nếu cần phải xét đến ảnh hởng tâm bắt hạt tính toán kỹ lỡng dẫn thực tế tâm tồn vật liệu 3.2.2.1.2 Vật liệu để chế tạo cảm biến Cảm biến quang thờng đợc chế tạo bán dẫn đa tinh thể đồng đơn tinh thể, bán dẫn riêng bán dẫn pha tạp, thÝ dơ: - §a tinh thĨ: CdS, CdSe, CdTe PbS, PbSe, PbTe - Đơn tinh thể: Ge, Si tinh khiết pha tạp Au, Cu, Sb, In, SbIn, AsIn, Pin, CdHgTe 3.2.2.1.3 Các đặc trng 3.2.2.1.3.1.Điện trở Giá trị điện trở tối RC phụ thuộc vào dạng hình học, kích thớc, nhiệt độ chất hóa lý vËt liƯu quang dÉn C¸c chÊt PbS, CdS, CdSe cã ®iƯn trë tèi rÊt lín (tõ 104 Ω ÷ 109 Ω ë 250 C ), ®ã SbIn, SbAs, CdHgTe lại có điện trở tối tơng đối nhỏ (từ 10 ữ 103 250 C ) Điện trở RC cảm biến bị chiếu sáng giảm nhanh độ rọi tăng lên Trên hình 2.2.1.3.1 thí dụ cu thể thay đổi điện trở tế bào quang dẫn nh hàm độ rọi sáng Khoa điện Nội - 101 - Trờng ĐHNNI_ Hà Đồ án tốt nghiệp TĐH46 Nguyễn Văn Tú _ Lớp Hình 2.17: Sự phụ thuộc điện trở vào độ rọi sáng Các tính chất tế bào quang dẫn đợc biểu diễn mạch tơng đơng, điện trở tối RC mắc song song với điện trở RC P xác định hiệu ứng quang điện chiếu ánh sáng có dạng: RC P = a (3.26) Trong a phụ thuộc mạnh vào vật liệu, nhiệt độ phổ xạ ánh sáng, có giá trị từ 0,5 ữ Vì chiếu sáng điện trở là: RC = RC a.Φ -γ RC 0.RC P = RC + a.Φ -γ RC + RC P (3.27) Th«ng th−êng RCP 0 a , với x>0 y>0 x Đặt Y = y vµ X = ta cã: Y = a.X x Tính toán với Y = y X = ta đợc số liệu cho bảng 2.3.1.6c sau: x Hàm có dạng y = Số lần thí nghiệm 10 Điện áp Đơn vị y (mV) 574 473 242 196 91.2 76 49 46 45 44 ∑Y = 1836,2 Y = 183,62 ∑ Y2 =672756,44 σ Y = 183,19 Y =33716,3 Cờng độ ánh sáng x 100 Đơn vÞ x (lux) 0,125 0,043 0,01 0,0054 0,0039 0,006 0,002 0,0015 0,0048 0,0014 ∑ X = 0,203 X = 0,0203 ∑ X2 = 0,0177 σ X =0,037 X =0,00041 áp dụng phơng pháp bình phơng cực tiểu ta có ®iỊu kiƯn: Khoa c¬ ®iƯn Néi - 108 - Tr−êng §HNNI_ Hµ ... quang dẫn cảm biến quang có độ nhạy cao Cơ sở vật lý tế bào quang dẫn tợng quang dẫn kết hiệu ứng điện nôi: tợng giải phóng hạt tải điện vật liệu dới tác dụng ánh sáng làm tăng độ dẫn vật liệu. .. tính toán kỹ lỡng dẫn thực tế tâm tồn vật liệu 3.2.2.1.2 Vật liệu để chế tạo cảm biến Cảm biến quang thờng đợc chế tạo bán dẫn đa tinh thể đồng đơn tinh thể, bán dẫn riêng bán dẫn pha tạp, thí... không tuyến tính vào thông lợng - Thời gian hồi đáp lớn - Các đặc trng không ổn định(già hóa) - Một số loại đòi hỏi phải làm nguội Trong thực tế, tế bào quang dẫn thờng đợc ứng dụng hai trờng