PIN -diodbaserad brandsensor: 4 steg

2025 Författare: John Day | [email protected]. Senast ändrad: 2025-01-23 15:11

Här är en PIN -diodbaserad brandsensor som aktiverar ett larm när den upptäcker brand. Termistorbaserade brandlarm har en nackdel; larmet slås bara på om elden värmer termistorn i närheten. I denna krets används en känslig PIN-diod som brandsensor för en branddetektering med längre avstånd.

Det detekterar synligt ljus och infrarött (IR) i intervallet 430nm - 1100nm. Så synligt ljus och IR från elden kan enkelt aktivera sensorn för att utlösa larmet. Det upptäcker också gnistor i elnätet, och om dessa kvarstår ger det ett varningslarm. Det är en idealisk skyddsanordning för utställningslokaler, skåp, inspelningsrum och så vidare.

Steg 1: Dellista

Halvledare:

_ IC1 (CA3140 op-amp);

_ IC2 (CD4060 -räknare);

_ T1, T2 (BC547 npn -transistor);

_ LED1, LED2, LED3, (5mm Led);

_ D1 (BPW34 PIN -fotodiod)

Motstånd (alla 1/4 watt, ± 5% kol):

_ R1, R5, R6 (1 mega-ohm);

_ R2, R3 (1 kilo-ohm);

_ R4, R7, R8 (100 ohm)

Kondensatorer:

_ C1 (0, 22 μF keramisk skiva)

Diverse:

_ BATT.1 (9, 0V batteri);

_ PZ1 (piezo summer)

Så, PIN -diod BPW34 används i kretsen som ljus- och IR -sensor. BPW34 är en 2-stifts fotodiod med anod (A) och katod (K). Anodänden kan lätt identifieras från fotodiodens plana yta ovanifrån. En liten lödpunkt till vilken en tunn tråd är ansluten är anoden och den andra är katodterminalen.

BPW34 är en liten PIN-fotodiod eller minisolcell med strålande känslig yta som genererar 350mV DC öppen kretsspänning när den utsätts för 900nm ljus. Det är känsligt för naturligt solljus och även för ljus från eld. Så den är idealisk för användning som en ljussensor. BPW34-fotodiod kan användas i både noll-bias- och reverse-bias-tillstånd. Dess motstånd minskar när ljus faller på den.

Steg 2: Kretsdiagram

Kretsschema för den PIN-diodbaserade brandgivaren visas i fig. 3. Den är byggd kring 9V batteri, PIN-diod BPW34 (D1), op-amp CA3140 (IC1), räknare CD4060 (IC2), transistorer BC547 (T1 och T2), en piezo -summer (PZ1) och några andra komponenter.

I kretsen är PIN-fotodiod BPW34 ansluten till inverterande och icke-inverterande ingångar på op-amp IC1 i omvänd förspänningsläge för att mata fotoström till ingången till op-amp. CA3140 är en 4,5 MHz BiMO-op-amp med MOSFET-ingångar och bipolär utgång. Gate-skyddade MOSFET (PMOS) transistorer i ingångskretsen ger mycket hög ingångsimpedans, vanligtvis runt 1,5T ohm. IC kräver mycket låg ingångsström, så låg som 10pA, för att ändra utgångsstatus till hög eller låg. I kretsen används IC1 som en transimpedansförstärkare för att fungera som en ström-till-spänningsomvandlare. IC1 förstärker och konverterar fotoströmmen som genereras i PIN -dioden till motsvarande spänning i dess utgång. Den icke-inverterande ingången är ansluten till marken och fotodiodens anod, medan den inverterande ingången får fotoström från PIN-dioden.

Steg 3: Kretsdrift

Stort återkopplingsmotstånd R1 ställer in förstärkningen för transimpedansförstärkaren eftersom den är i inverterande konfiguration. Anslutning av icke-inverterande ingång till jord ger låg impedansbelastning för fotodioden, vilket håller fotodiodspänningen låg.

Fotodioden fungerar i fotovoltaiskt läge utan extern förspänning. Återförstärkarens feedback håller fotodiodströmmen lika med återkopplingsströmmen genom R1. Så ingångsförskjutningsspänningen på grund av fotodioden är mycket låg i detta självpartiska fotovoltaiska läge. Detta medger en stor förstärkning utan stor offset-spänning. Denna konfiguration är vald för att få stor förstärkning i förhållanden med svagt ljus. Normalt är fotoströmmen från PIN -dioden i omgivande ljus mycket låg; det håller produktionen av IC1 låg. När PIN -dioden detekterar synligt ljus eller IR från eld, ökar dess fotström och transimpedansförstärkaren IC1 omvandlar denna ström till motsvarande utspänning. Hög effekt från IC1 aktiverar transistorn T1 och LED1 lyser. Detta indikerar att kretsen har upptäckt brand. När T1 leder, tar det återställningsstift 12 på IC2 till jordpotential och CD4060 börjar svänga.

IC2 är en binär räknare med tio utgångar som blir höga en efter en när den oscillerar på grund av C1 och R6. Oscillering av IC2 indikeras av blinkande LED2. När utgång Q6 (stift 4) på IC2 blir hög efter 15 sekunder, leder och aktiverar T2 piezosummer PZ1 och LED3 lyser också. Larmet upprepas igen efter 15 sekunder om brand kvarstår. Du kan också slå på ett AC -larm som ger ett högt ljud genom att ersätta PZ1 med en reläkrets (visas inte här). AC -larmet aktiveras genom kontakter på reläet som används för detta ändamål.

Steg 4: Konstruktion och provning

Ett enkelsidigt kretskort för den PIN -diodbaserade brandgivaren visas i Fig. 4 och dess komponentlayout i Fig. 5. Omslut kretskortet i en liten låda på ett sådant sätt att du enkelt kan ansluta PIN -diod BPW34 på baksidan av lådan. Installera PIN -dioden på en lämplig plats och täck den så att normalt ljus/solljus inte faller på den.

Att testa kretsen är enkelt. Normalt, när det inte finns någon eldslåga nära PIN -dioden, låter piezosummer inte. När en eldslåga avkänns av PIN -dioden, ljuder piezosummer ett larm. Detekteringsområdet är cirka två meter. Det kan också upptäcka gnistor i elnätet på grund av kortslutning.