Фотоэлементы используются для преобразования света в электрический сигнал. Они широко применяются в автоматике, системах управления освещением, сигнализации, аналогово-цифровых преобразователях, измерительных приборах, датчиках присутствия и других электронных схемах.
Что считает калькулятор
- Ток фотодиода в зависимости от освещённости, чувствительности и площади активной зоны.
- Мощность света, падающего на фотодиод, в зависимости от параметров.
- Сопротивление фоторезистора при различных уровнях освещённости.
- Выходное напряжение фототранзистора на нагрузке, в зависимости от β и освещённости.
- График зависимости тока, напряжения или сопротивления от освещённости.
Как пользоваться
- Выберите тип компонента: фотодиод, фоторезистор (LDR) или фототранзистор.
- Укажите освещённость (в люксах), напряжение питания и параметры конкретного элемента.
- Программа отобразит ключевые выходные параметры и график.
Для расчётов нужно учитывать чувствительность компонента, режим работы (линейный или цифровой), нагрузку и температуру. Фотодиоды, как правило, работают в режиме обратного смещения, фоторезисторы — в делителе напряжения, а фототранзисторы — в ключевом или аналоговом режиме.
Формулы расчёта
1. Ток фотодиода:
\[
I = E \cdot S \cdot A \cdot 10^{-3}
\]
где:
- E — освещённость, люкс
- S — чувствительность, А/Вт
- A — площадь, мм²
2. Сопротивление LDR при данной освещённости:
\[
R = R_{\text{свет}} +
\left( R_{\text{темнота}} — R_{\text{свет}} \right) \cdot \\
\left( \frac{E_{\text{макс}} — E}{E_{\text{макс}}} \right)
\]
3. Ток фототранзистора:
\[
I_C = β \cdot I_{свет}
\]
(где \(I_{свет}\) рассчитывается по формуле фотодиода)
4. Напряжение на нагрузке (фототранзистор):
\[
U_{вых} = V_{cc} \cdot \frac{R_{нагрузки}}{R_{нагрузки} + \frac{1}{I_C}}
\]
Рекомендации
- Фотодиоды требуют усиления или работы с компаратором.
- LDR просты в применении, но медленные (время отклика до сотен мс).
- Фототранзисторы быстрые и хорошо подходят для логических схем.
- Рабочая длина волны указывается в паспорте (обычно 550–950 нм).
📌 Не забудьте, что чувствительность зависит от длины волны и температуры. При реальном проектировании учитывайте условия эксплуатации.
Примерные значения
| Компонент | Параметр | Типичное значение | Применение |
|---|---|---|---|
| BPW34 (фотодиод) | Чувств. 0.6 A/W, A = 7 мм² | I ≈ 33 μA при 8000 lux | Освещённость, пульсации |
| GL5528 (LDR) | R: 10 кОм при 10k lux | R ≈ 2.5 кОм при 8000 lux | Датчик света, ночник |
| Фототранзистор CNY70 | β = 100, R = 10 кОм | Uвых ≈ 3.5 В | Световые барьеры |
📈 График под калькулятором показывает, как освещённость влияет на выходной ток, сопротивление или напряжение. Это удобно для подбора делителя или логического порога.
Краткая справочная таблица
| Компонент | Тип | Освещённость, лк | Чувствительность |
|---|---|---|---|
| BPW34 | Фотодиод | 1 – 100,000 | 0.6 A/Вт @ 850 нм |
| SFH203 | Фотодиод | 0.01 – 50,000 | 0.5 A/Вт @ 850 нм |
| TEMT6000 | Фотодиод (с усилением) | 10 – 100,000 | Аналоговый выход ~1 В |
| BPX61 | Фотодиод | 0.1 – 50,000 | 0.45 A/Вт @ 850 нм |
| GL5528 | Фоторезистор | 10 – 20,000 | R свет: ~10 кОм R тьма: ~1 МОм |
| VT935G | Фоторезистор | 1 – 10,000 | R свет: ~5 кОм R тьма: ~500 кОм |
| NSL19-M51 | Фоторезистор | 10 – 50,000 | R свет: ~2 кОм R тьма: ~500 кОм |
| TEPT5700 | Фототранзистор | 10 – 100,000 | I: ~50 μA при 10k лк |
| L14G2 | Фототранзистор | 0.1 – 10,000 | β ~100, до 1 мА |
| OP550 | Фототранзистор | 1 – 20,000 | I: до 100 μA при 5k лк |
| QRD1114 | Оптопара | — | ИК-диод + фототранзистор |
| TIL78 | Фототранзистор | 1 – 50,000 | Коллекторный ток до 500 μA |
👉 Подробнее об их работе читайте в предлагаемых далее обзорах.
