Cảm biến quang và ứng dụng trong điều khiển độ sáng

1 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC VINH TRẦN KHẮC BÌNH CẢM BIẾN QUANG VÀ ỨNG DỤNG TRONG ĐIỀU KHIỂN ĐỘ SÁNG LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÝ Vinh, 2010 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC VINH TRẦN KHẮC BÌNH CẢM BIẾN QUANG VÀ ỨNG DỤNG TRONG ĐIỀU KHIỂN ĐỘ SÁNG Chuyên ngành:QUANG HỌC Mã số: 66.44.11.01 LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÝ Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: Tiến sĩ, LÊ VIẾT BÁU Vinh, 2010 MỤC LỤC Trang Mở đầu 02 CHƢƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CẢM BIẾN QUANG 04 1.1 Sự hấp thụ quang chất bán dẫn 04 1.1.1 Hệ số hấp thụ 04 1.1.2 Hiệu suất lượng tử 08 1.1.3 Vật liệu chế tạo cảm biến quang 11 1.2 Một số đặc trưng cảm biến quang 12 1.2.1 Tỉ số tín hiệu nhiễu độ phân giải 12 1.2.2 Thời gian đáp ứng 13 1.2.3 Độ nhạy cảm biến 15 1.2.4 Độ tuyến tính 17 1.2.5 Sai số độ xác 18 1.2.6 Vùng phổ làm việc 20 1.3 Một số loại cảm biến quang 21 1.3.1 Quang trở 21 1.3.2 Photodiot 25 1.3.3 Phototranzito 34 CHƢƠNG II: NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CỦA CẢM BIẾN QUANG TRONG ĐIỀU KHIỂN ĐỘ SÁNG 2.1 Khảo sát phụ thuộc điện trở cảm biến vào độ sáng 39 2.2 Nghiên cứu mạch ứng dụng 40 2.2.1 Sơ đồ nguyên lý 40 2.2.2 Lắp ráp mạch điện 44 2.2.3 Kết nhận xét 45 TỔNG KẾT CHUNG MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Đến biết rõ linh kiện điện tử nói chung linh kiện quang điện tử nói riêng tảng tạo nên mạch vi điện tử đại Nó tế bào tạo nên thiết bị điện tử Còn mạch vi điện tử tích hợp cao với tốc độ lớn, mạch vi điện tử thông minh sở sensor, mạch vi điện tử quang (OEIC) trở thành “tế bào não” “bộ não” hệ máy tính, thiết bị điện tử đại người máy Sự phát triển công ngiệp điện tử truyền thống tương lai có lẽ dựa vật liệu bán dẫn đơn chất silic chủ yếu, công nghệ phát triển mạnh mẽ, hoàn thiện tiến tới kích thước giới hạn nhỏ Có hai họ linh kiện quang điện tử họ linh kiện bán dẫn thu tín hiệu quang(sensor quang) họ linh kiện bán dẫn phát quang Hai họ có vai trị quan trọng phát triển khoa học - công nghệ, chúng liền phát triển song song với Việc nghiên cứu trình linh kiện quang điện tử hấp thụ phơtơn hồn thiện thêm cho ta kho tri thức tương tác quang – vật chất, từ làm tảng cho việc sáng tạo, thiết kế thiết bị ứng dụng cho sản xuất sinh hoạt Điều thực cần thiết cho kinh tế nước ta nay, kinh tế nông nghiệp tiến tới công nghiệp đại tự động hóa Trong phạm vi luận văn Thạc sĩ, lựa chọn đề tài nghiên cứu:”Cảm biến quang ứng dụng điều khiển độ sáng” Đây dề tài mang tính khởi đầu, đặt móng cho đề tài nghiên cứu vật lý ứng dụng sau này, đồng thời góp thêm phần tư liệu cho ứng dụng vật lý sinh hoạt sản xuất Nhiệm vụ nghiên cứu - Nghiên cứu lý thuyết tính chất quang vật liệu bán dẫn - Cấu tạo nguyên lý hoạt động số cảm biến quang - Thiết kế lắp ráp mạch ứng dụng có sử dụng cảm biến quang Đối tƣợng nghiên cứu - Quang trở - Photođiot - Phototranzito Phƣơng pháp nghiên cứu - Nghiên cứu lý thuyết thông qua giáo trình, tài liệu giảng điện tử web, internet - Nghiên cứu thực nghiệm: Khảo sát phụ thuộc điện trở linh kiện theo cường độ sáng - Thiết kế lắp mạch thực nghiệm Bố cục luận văn Ngoài phần mở đầu kết luận, luận văn gồm có hai chương: Chương 1: Trình bày tổng quan linh kiện thu quang Những kết gần đặc trưng họ linh kiện thu quang cảm biến quang, trình diễn trương tác photon bán dẫn Nghiên cứu số loại cảm biến quang quan trọng – quang trở, photodiot, phototranzito, cấu tạo, nguyên lý hoạt động số ứng dụng chúng Chương 2: Nghiên cứu ứng dụng cảm biến quang điều khiển độ sáng Tiến hành khảo sát thực nghiệm phụ thuộc điện trở cảm biến cường độ ánh sáng chiếu tới, vận dụng để thiết kế lắp ráp mạch điện ứng dụng Khảo sát hoạt động mạch so sánh kết thực nghiệm với lý thuyết Chƣơng TỔNG QUAN VỀ LINH KIỆN THU QUANG Trong chương chúng tơi trình bày đặc trưng q trình diễn có tương tác photon chất bán dẫn, dựa hiệu ứng để từ chúng tơi sâu vào nghiên cứu ứng dụng số linh kiện bán dẫn 1.1 Sự hấp thụ quang chất bán dẫn Khi có photon (hay chùm photon) chiếu vào bề mặt bán dẫn, phụ thuộc vào lượng photon, hấp thụ làm phát sinh cặp điện tử - lỗ trống bán bẫn Điện tử nhảy từ vùng hóa trị lên vùng dẫn để lại vùng hóa trị lỗ trống Q trình gọi trình hấp thụ photon Để cho điện tử có vùng hóa trị nhảy lên vùng dẫn lượng photon phải với lượng vùng cấm Đây hấp thụ vùng – vùng Cịn có số khả hấp thụ khác nữa, ví dụ điện tử khơng nhảy lên vùng dẫn mà nhảy lên mức lượng tạp chất có vùng cấm (ở bán dẫn pha tạp) hay giếng lượng tử điện tử nhảy từ mức lượng thấp lên mức lượng cao vùng Trong trình lượng photon không cần cao lượng vùng cấm 1.1.1 Hệ số hấp thụ Quá trình hấp thụ photon mạnh photon có khả tác động cách trực tiếp để điện tử nhảy thẳng hay nhảy trực tiếp lên vùng dẫn Quá trình dịch chuyển thực gần mép vùng cấm có cấu trúc thẳng bán dẫn Hệ số hấp thụ bán dẫn có vùng cấm thẳng có biểu thức:  m*   (  )  4.10  r   mo  3/ (   Eg )1/  cm1 (1.1) mr* khối lượng hiệu dụng e-h,  lượng photon, Eg độ rộng vùng cấm, mo khối lượng điện tử Khi bán dẫn có vùng cấm khơng thẳng, nghĩa cực đại vùng hóa trị cực tiểu vùng dẫn không nằm hệ số sóng k, dịch chuyển theo chiều thẳng đứng k xẩ điện tử có khả hấp thụ photon có thêm phonon tham gia vào q trình hấp thụ Photon Photon   Eg _ Phonon a) Hấp thụ bán dẫn vùng cấm thẳng _ b) Hấp thụ bán dẫn vùng cấm khơng thẳng có trợ giúp phonon Hình 1.1 Sự hấp thụ photon bán dẫn Các trình hấp thụ gián tiếp vùng cấm không thẳng không mạnh trình hấp thụ vùng cấm thẳng Lúc hệ số hấp thụ có dạng: giántiêp  ( Ko  K (T ))(   Eg )2 (1.2) K0 số K1(T) thừa số phụ thuộc vào nhiệt độ Khi nhiệt độ tăng K1(T) tăng hệ số hấp thụ tăng lúc mạng dao động mạnh K0 K1(T) có giá trị cho giá trị hệ số hấp thụ bán dẫn không thẳng nhỏ cỡ 100 lần so với bán dẫn thẳng giá trị lượng photon với độ lớn tối thiểu giá trị vùng cấm (ћω > Eg) Từ phương trình (1.2) ta thấy hệ số hập thụ quang lượng photon lượng vùng cấm bước sóng photon hệ số hấp thụ gọi bước sóng cắt (λC) Từ suy tần số cắt sau: C  hc 1, 24  (  m) Eg Eg (eV ) (1.3) Hình 1.2 biểu thị hệ số hấp thụ độ xuyên sâu photon cách chi tiết số bán dẫn vùng cấm thẳng không thẳng thường dùng chế tạo photodetector vùng bước sóng vùng nhìn thấy vùng hồng ngoại gần Từ hình vẽ suy tần số cắt bán dẫn Trong thiết kế chế tạo detector cần biết độ xuyên sâu photon để từ tính tốn thiết kế độ dày lớp bán dẫn Hình 1.3 mơ tả chi tiết độ xun sâu photon vật liệu bán dẫn hai nhiệt độ 78K 300K Ví dụ bước sóng λ = 0,9 μm độ xuyên sâu photon khoảng 20 μm 300K, cịn 78K độ xuyên sâu lớn 3,0 106 hυ (eV) 1,5 2,0 1,0 0,75 Ge (λC = 1,24/Eq = 1,88μm) 105 10-2 10-2 Ga30In70As64P36 (1,4 μm) 10 103 GaAs (0,87 μm) CdS (0,51 Μm) Si (1,1 μm) α - Si (0,82 μm) 102 102 1,6 1,8 103 Bước sóng λ (μm) Hình 1.2 Hệ số hấp thụ số bán dẫn quan trọng[2] D = 1/α, Độ sâu xâm nhập trung bình (μm) 100,2 101 0,4 0,6 0,8 1,2 1,4 10000 1000 100 10 0.10.35 0.45 0.55 0.65 0.75 0.85 0.95 1.05 1.15 Bước sóng, λ (μm) Hình 1.3 Độ xun sâu photon vật liệu bán dẫn Si dùng thiết kế detector[2] Trong photodetector không thuần, vật liệu bán dẫn pha số tạp chất đặc biệt, có mức tâm nông để đảm bảo cho mức lượng tồn rtong vùng cấm Khi điện tử bị kích thích photon có lượng nhỏ vùng cấm, chúng nhảy lên mức lượng có 10 vùng cấm Với trình vật liệu bán dẫn hấp thụ photon có lượng nhỏ dựa sở người ta chế tạo detector không Các photodetector khơng tạo thành nhóm detector quan trọng trình thu xạ sóng dài Năng lượng ức xạ có khả nhỏ nhiều so với vùng cấm Trong thực tế detector khơng hoạt động đến tận bước sóng 120 μm nhiệt độ thấp vật liệu pha số nguyên tử tạp chất vào Si Ge 1.1.2 Hiệu suất lƣợng tử Hiệu suất lượng tử định nghĩa xác suất để photon rơi vào bề mặt linh kiện bị hấp thụ làm sinh cặp điện tử - lỗ trống góp phần vào dịng điện mạch ngồi Khi có nhiều photon đến bề mặt bán dẫn hiệu suất lượng tử tỉ số thông lượng cặp điện tử - lỗ trống sinh góp phần tạo dịng quang điện mạch ngồi thơng lượng photon tới Như linh kiện thu quang bán dẫn không khuếch đại có dịng quang điện IL tỉ lệ với công suất xạ ФL.Hiệu suất lượng tử η, tỉ số số electron ne chạy mạch số photon nph rơi bề mặt đầu thu thời gian:  ne / t n  e n ph / t n ph (1.4) Hiệu suất lượng tử cịn biểu thị qua cách khác sau:   (1  r ) [1  exp(-αd)] (1.5) Với r hệ số phản xạ bề mặt linh kiện thu, ξ tỉ phần cặp điện tử lỗ trống tham gia vào dòng quang điện, α hệ số hấp thụ photon vật liệu, d chiều dày photodetector Thành phần thứ ba móc vng thể tỉ phần thơng lượng phơtơn bị hấp thụ lịng detector, detector có kích thước dày thành phần thứ ba lớn 35 Phototranzito tranzito mà vùng bazơ chiếu sáng, Khơng có điện áp đặt lên bazơ, có điện áp đặt lên C, đồng thời chuyển tiếp B – C phân cực ngược Điện C _ B +E a) b) c) Hình 1.17 Phototranzito a) Sơ đồ mạch điện b) Sơ đồ tương đương c) Tách cặp điện tử - lỗ trống chiếu sang bazơ Điện áp đặt vào tập trung toàn chuyển tiếp B – C (phân cực ngược) điện áp chênh lệch E B thay đổi không đáng kể (VBE  0,6- 0,7 V) Khi chuyển tiếp B-C chiếu sáng, hoạt động giống photodiot chế độ quang với dòng ngược: (1.52) Ir = I0 + IP Trong I0 dòng ngược tối, Ip dòng quang điện tác dụng thông lượng Φ0 chiếu qua bề dày X bazơ (bước sóng λ < λS): Ip = qη(1-R)exp(-αX) λΦ0 hc (1.53) Dịng Ir đóng vai trị dịng bazơ, gây nên dịng colectơ IC: IC = (β + 1)Ir = (β + 1)I0 + (β + 1)Ip (1.54) β – Là hệ số khuếch đại dòng tranzito đáu chung emitơ Có thể coi phototranzito tổ hợp photodiot tranzito (Hình 1.17b) Photodiot cung cấp dòng quang điện bazơ, tranzito cho hiệu 36 ứng khuếch đại β Các điện tử lỗ trống phát sinh vùng bazơ (dưới tác dụng ánh sang) bị phân chia tác dụng điện trường nên chuyển tiếp B – C Trong trường hợp tranzito NPN, điện tử bị kéo phía colectơ lỗ trống bị giữ lại vùng bazơ (hình c) tạo thành dịng điện tử từ E qua B đến C Hiện tượng xẩy tương tự lỗ trống phun vào bazơ từ nguồn bên ngoài: Điện baz tăng lên làm giảm hàng rào E B, điều gây nên dòng điện tử IE chạy từ E đến B khuếch tán tiếp từ B phía C Sơ đồ dùng Phototranzito Phototranzito dùng làm chuyển mạch làm phần tử tuyến tính Ở chế độ chuyển mạch có ưu điểm so với photodiot cho phép sử dụng trực tiếp dòng chạy qua tương đối lớn Ngược lại chế độ tuyến tính, mặc độ khuếch đại người ta thích dùng photodiot có độ tuyến tính tốt + a) + b) + c) + + d) Hình 1.18 Phototranzito chế độ chuyển mạch a) Rơle; b) Rơ le sau khuếch đại; c) Cổng logic; d) Thyristo * Phototranzito chuyển mạch: Trong trường hợp sử dụng thơng tin dạng nhị phân: có hay khơng có xạ, ánh sáng nhỏ hay lớn 37 ngưỡng Tranzito chẵn bão hòa cho phép điều khiển trực tiếp (hoặc sau khuếch đại) rơle, điều khiển cổng lôgic thyristo (hình 1.18) * Phototranzito chế độ tuyến tính Có hai cách sử dụng chế độ tuến tính - Trường hợp thứ nhất: đo ánh sáng không đổi (giống Luxmet) - Trường hợp thứ hai: thu nhận tín hiệu thay đổi dạng: Φ(t) = Φ0 + Φ1(t) (1.55) Trong Φ(t) thành phần thay đổi với biên độ nhỏ để cho không dẫn tới phototranzito bị chặn bão hịa coi độ nhạy khơng đổi Trong điều kiện đó, dịng colectơ có dạng: IC(t) = ICΦ0 + S.Φ1(t) (1.56) Một vài ví dụ mạch ứng dụng dùng phototranzito a) Quang kế K 5kΩ 9V Hình 1.19 Mạch dùng phototranzito để đo thông lượng ánh sáng Đây mạch đơn giản để đo cường độn ánh sáng, biến trở 5K dùng để chuẩn máy nhờ quang kế mẫu Khi ánh sáng chiếu vào mạnh, quang tranzito dẫn mạnh, kim điện kế lệch nhiều Dĩ nhiên mạch ta dùng quang điện trở hay quang điơt nhạy b) Đóng hay tắt rơle 38 Trong mạch đóng rơle, quang tranzito chiếu sáng dẫn điện làm T1 thơng Rơle hoạt động Ngược lại mạch tắt rơle, trạng thái thường trực quang tranzito không chiếu sáng nên quang tranzito ngưng T1 thông, Rơle trạng thái đóng Khi chiếu sáng, quang tranzito dẫn mạnh làm T1 ngưng, Rơle không hoạt dộng (ở trạng thái tắt) Hình 1.20 Mạch đóng tắt Relais dùng phototranzito Kết luận chƣơng Trong chương chúng tơi trình bày hiểu biết số loại cảm biến quang, nghiên cứu dược đặc trưng, cấu tạo nguyên lý hoạt động quang trở, photodiot phototranzito Đã đưa vài mạch ứng dụng loại cảm biến Trên sở đó, chúng tơi hy vọng tiền đề cho số đề tài vật lý ứng dụng có quy mơ 39 Chƣơng NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CỦA CẢM BIẾN QUANG TRONG ĐIỀU KHIỂN ĐỘ SÁNG Trong chương tiến hành khảo sát thực nghiệm phụ thuộc điện trở loại cảm biến cường độ ánh sáng chiếu tới, so sánh kết đo đạc với lý thuyết có trước Nghiên cứu thiết kế mạch điện có ứng dụng thực tiễn, khẳng định lần tính đắn đề tài, đóng góp đề tài việc nghiên cứu vật lý ứng dụng 2.1 Khảo sát phụ thuộc điện trở cảm biến vào độ sáng R(k) 0 200 400 600 800 1000 I(Lux) Hình2.1 Đặc trưng I-R sensor Như vấn vấn đề nghiên cứu trên, chiếu xạ ánh sáng vào quang trở, điện trở giảm rõ rệt, thay đổi phụ thuộc vào cường độ ánh sáng chiếu tới Trên sở sử dụng quang trở vào thành phần mạch điện điện áp đặt vào quang trở thay đổi có ánh sáng chiếu tới Điện áp 40 đưa vào để điều khiển hoạt động số thiết bị điện tranzito, triac, hay rơle điện từ… Nghiên cứu phụ thuộc điện trở vào cường độ ánh sáng chiếu vào quang trở, thu kết thực nghiệm hình 2.1 2.2 Nghiên cứu mạch ứng dụng Sử dụng lượng điều thiếu quốc gia, nhu cầu sử dụng lượng ngày cao, đặc biệt nước phát triển nước ta Bên cạnh nhu cầu tăng việc sử dụng lượng lãng phí lượng ngày trở nên nghiêm trọng, với nguồn lượng cạn kiệt dần Vậy tiết kiệm lượng vấn đề thiết cần quan tâm cho quốc gia muốn phát triển lâu dài bền vững Từ chúng tơi đến ý tưởng nghiên cứu thiết kế mạch điện đóng ngắt đèn tự động, giúp tắt bóng đền cách từ động để đảm bảo cường độ ánh sáng sinh hoạt mà khơng bị lãng phí Đồng thời chứng minh khảo sát đặc tính quang học quang trở Bộ thí nghiệm ứng dụng vào việc đóng mở đèn đường với tác dụng ban ngày đèn tắt ban đêm đèn sáng, điều chỉnh cường độ sáng đèn, hay sử dụng an ninh quân đội, chống xâm nhập 2.2.1 Sơ đồ nguyên lý Bảng 3.1 Cường độ ánh sáng chiếu tới quang trở (lux) Điện trở tương ứng (Ω) 100 1600 200 280 300 240 350 200 400 170 Cường độ ánh sáng chiếu tới quang trở (lux) Điện trở tương ứng (Ω) 41 Sơ đồ mạch điện +E L1 R0 R11 R12 L2 L3 T1 RS L4 R21 R22 R13 R31 R32 R41 R42 T2 R23 T3 R33 T4 R43 Hình 2.2 Sơ đồ mạch điều khiển đóng ngắt tự động Từ đồ thị thực nghiệm lựa chọn số điểm làm việc quang trở (bảng 3.1) ứng với giá trị cường độ ánh sáng chiếu tới nó, từ thiết kế mạch điện làm việc ứng với chế độ Từ điểm làm việc trên, thiết kế mạch với chế độ hoạt động Khi cường độ chiếu sáng mức 100 Lux có ngõ hoạt động làm sáng bóng đèn Khi cường độ ánh sáng tăng lên ứng với mức 200, 300 350Lux ngõ 1, tương ứng tắt, làm tắt bóng đèn tương ứng Khi cường độ sáng đạt 400Lux – cường độ sáng đạt tiêu quy định bóng tắt, mạch tự động ngắt bóng đèn khơng cần thiết 42 Mạch điện (hình 2.2) thiết kế gồm ngõ dùng để điều khiển hệ thống đèn chiếu sáng Để ngõ không ảnh hưởng lẫn sử dụng tranzito trường T1, T2, T3, T4 làm việc ngưỡng V0 = 0,2V Thế đặt vào mạch E = 5V + Khi cường độ chiếu sáng vào quang trở RS 350 Lux, điện trở tương ứng quang trở 200 Ω, để tranzito T1 thông, ta lựa chọn áp đặt vào tiếp giáp B-E V0 , chọn điện trở R áp đặt vào quang trở, ta tính áp đặt vào điện trở R0 V0 Dòng điện vào cực bazơ tranzito T1 khơng nên ta có phương trình: V0 VS = R RS Ta lựa chọn R = (2.1) V0 R S , VS điện áp hai đầu RS VS Để đảm bảo có tầng hoạt động điện trở R 24, R34, R44 phải lựa chọn khác + Khi cường độ chiếu sáng vào quang trở RS 300 Lux, điện trở tương ứng quang trở RS = 240 Ω, ta có điện áp rơi vào hai quang trở là: V0 R = VS R S  V0  VS R +R S = VS RS  VS  (V0  VS )R S R +R S (2.2) Thỏa mãn điều kiện ngưỡng tranzito T1, nên tầng làm việc thứ hoạt động Ta lựa chọn điểm làm việc cho tranzito T2 trường hợp 0,2V cần chọn R22 R24 phù hợp để áp rơi R24 V24 , điện áp rơi R22 V22 43 Chọn R24 , ta có: R 22 = V22 R 24 V24 (2.3) + Khi cường độ chiếu sáng vào quang trở RS 200 Lux, điện trở tương ứng quang trở RS = 280 Ω, ta có điện áp rơi vào hai đầu quang trở là:  VS  (V0  VS )R S R +R S (2.4) Điều thõa mãn ngưỡng cho T1 T2 làm việc Để T3 làm việc điểm 0,2 V cần chọn R32 R34 thích hợp cho điện áp đặt vào R34 V34 = 0,2V, điện áp rơi R32 V32 Chọn R34 , ta có: R 32 = V32 R 34 V34 (2.5) + Khi cường độ chiếu sáng vào quang trở RS 100 Lux, điện trở tương ứng quang trở RS = 1600 Ω, ta có điện áp rơi vào hai đầu quang trở là:  VS  (V0  VS )R S R +R S (2.6) Để T4 làm việc điểm 0,2 V cần chọn R42 R44 thích hợp cho điện áp đặt vào R44 V44 điện áp rơi R42 V42 Chọn R44 , ta có: R 42 = V42 R 44 V44 (2.7) 2.2.2 Lắp ráp mạch điện - Từ kết thu sau tính tốn lý thuyết, lựa chọn linh kiện gồm: + Một quang trở + tranzito trường IRF3805, tranzito bán dẫn 44 + điện trở: Bảng 3.2 Điện trở R0 R12 R13 R22 R23 R42 R43 R41 Giá trị(Ω) 1000 134 43 93 86 100 Các điện trở R11, R21, R31, có giá trị 100Ω + bóng LED + Nguồn V - Sơ đồ kết lắp ráp thí nghiệm Hình 2.3 Mạch điện cường độ sáng đủ mạnh ( I >= 400 Lux) 45 Hình 2.4 Mạch điện cường độ ánh sáng chiếu tới I = 350 Lux Hình 2.5 Mạch điện cường độ ánh sáng chiếu tới I = 200 Lux 46 Hình 2.6 Mạch điện cường độ ánh sáng chiếu tới 350 Lux Hình 2.7 Mạch điện cường độ ánh sáng chiếu tới 100 Lux 2.2.3 Kết nhận xét Qua mạch điện ứng dụng lắp ráp mạch cụ thể, mạch đóng ngắt bóng đèn nhằm mục đích sử dụng 47 điện hiệu quả, chống lãng phí Mạch thí nghiệm điều chỉnh độ sáng đèn, tìm ngưỡng đóng mở tranzito cách thay đổi độ sáng đến quang trở Sau giữ nguyên ánh sáng điều chỉnh ngưỡng đóng mở mạch Từ kết ta thấy mạch ứng dụng chúng tơi lắp ráp hoạt động tốt, điều chỉnh ngưỡng đóng mở phụ thuộc vào cường độ sáng sản xuất hàng loạt tắt mở đèn đường cơng cộng, khối xóm, bóng đèn sử dụng công sở, trường học… Trên ứng dụng nhỏ quang trở ta thiết kế nhiều kiểu mạch khác đo độ sáng, bảo vệ …để phục vụ cho sống người Kết khảo sát thực nghiệm phù hợp với tính tốn ban đầu, song nhiên cịn nhiều sai số Nguyên nhân sai số do: - Nguồn điện đo không thực ổn định - Quá trình đo đạc ảnh hưởng đến cường độ chiếu sáng, dẫn tới có thay đổi điện trở cảm biếna - Trong tính tốn, giá trị điện trở để ngõ hoạt động mà gồm khỏang định, ứng với tửng khoảng giá trị cường độ sáng chiếu tới Do đo ta giá trị rơi khoảng Kết luận chƣơng Trong chương dựa vào hiểu biết quang trở, nguyên lý hoạt động tranzito tiến hành lắp ráp thành công mạch điện sử dụng quang trở để điều khiển trình đóng ngắt điện thắp sáng cách tự động nhằm tiết kiệm điện sinh hoạt tiêu dùng Đã khảo sát thực nghiệm phụ thuộc điện trở quang trở vào cường độ sáng 48 KẾT LUẬN CHUNG Từ việc tìm hiểu tính chất đặc trưng số ứng dụng cảm biến quang đưa đến số kết luận cho luận văn sau: Đã trình bày đại cương thông số đặc trưng linh kiện thu quang như: Hiệu suất lượng tử, đặc trưng độ nhậy phổ, tìm hiểu trình hấp thụ quang bán dẫn nghiên cứu chế tượng diến chất bán dẫn có xạ ánh sáng chiếu vào Đưa khái niệm cảm biến quang, đặc trưng cảm biến quang Đã tìm hiểu cấu tạo nguyên lý hoạt động số loại cảm biến quang quan trọng quang trở, photodiot, phototranzito Chúng đưa số ứng dụng khác cảm biến quang điều khiển tự động, hệ thống an ninh, công nghiệp, thông tin, đo lường, y tế, thiết bị điện tử dân dụng số ứng dụng khác Đã khảo sát thực nghiệm mối liên hệ cường dộ chiếu sáng điện trở quang trở Vận đụng lý thuyết quang trở tranzito, lắp ráp thành công mạch điện sử dụng quang trở để điều khiển q trình đóng ngắt bịng đèn cách hồn tồn tự động, để kiểm sốt việc thắp sáng gia đình, cơng sở hay phịng làm việc cách hiệu mà không bị lãng phí Mạch điện sử dụng quang trở, tranzito trường điện trở Đây đề tài mang tính thực nghiệm đơn giản, song lại có tính thực tiễn cao việc nghiên cứu vật lý ứng dụng, chúng tơi hy vọng tảng, sở cho đề tài vật lý ứng dụng có tính thực tiễn cao 49 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] A.S.Grore, “Vật lý công nghệ dụng cụ bán dẫn”, Nhà xuất Khoa học kỹ thuật Hà Nội, 1978 [2] Đào Khắc An, “Vật liệu linh kiện quang điện tử thông tin quang”, Nhà xuất Đại học Quốc gia Hà Nội, 2003 [3] Hồ Văn Sung, “Linh kiện bán dẫn vi mạch”, Nhà xuất Giáo dục, 1999 [4] Nguyễn Minh Hiển, Vũ Linh, “Vật lý điện tử”, Nhà xuất Giáo dục, 2001 [5] “Photodiode characteristics and applycations”, UDT Sensors, Inc, http://www.udt.com [6] “Application curcuit examples of Si photodiode”, HAMAMATSU PHOTONICS, Solid State Division, http://hamamatsu.com [7] Mai Văn Dương, “Tính chất đặc trưng số ứng dụng photodiot” Luận văn thạc sỹ, Vinh 2009 [8] Globalspec Inc.350 Jordan Rd, Troy, Ny, 12180, http://Globalspec.com [9] http://amptek.com [10] Cảm biến, http://cnx.org/content/m30403/latest/ ... Phototranzito 34 CHƢƠNG II: NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CỦA CẢM BIẾN QUANG TRONG ĐIỀU KHIỂN ĐỘ SÁNG 2.1 Khảo sát phụ thuộc điện trở cảm biến vào độ sáng 39 2.2 Nghiên cứu mạch ứng dụng 40 2.2.1 Sơ đồ nguyên lý... Nghiên cứu ứng dụng cảm biến quang điều khiển độ sáng Tiến hành khảo sát thực nghiệm phụ thuộc điện trở cảm biến cường độ ánh sáng chiếu tới, vận dụng để thiết kế lắp ráp mạch điện ứng dụng Khảo... trưng cảm biến quang Đã tìm hiểu cấu tạo nguyên lý hoạt động số loại cảm biến quang quan trọng quang trở, photodiot, phototranzito Chúng đưa số ứng dụng khác cảm biến quang điều khiển tự động,