PIN-diode gebaseerde brandsensor - Ajarnpa

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-30 11:16

Hier is een op PIN-diode gebaseerde brandsensor die een alarm activeert wanneer deze brand detecteert. Op thermistor gebaseerde brandalarmen hebben een nadeel; het alarm gaat alleen aan als de brand de thermistor in de directe omgeving verwarmt. In deze schakeling wordt een gevoelige PIN-diode gebruikt als brandsensor voor een grotere branddetectie.

Het detecteert zichtbaar licht en infrarood (IR) in het bereik van 430nm – 1100nm. Dus zichtbaar licht en IR van het vuur kunnen de sensor gemakkelijk activeren om het alarm te activeren. Het detecteert ook vonken in de elektriciteitskabels en als deze aanhouden, geeft het een waarschuwingsalarm. Het is een ideaal beveiligingsapparaat voor showrooms, lockers, opnameruimtes, enzovoort.

Stap 1: Onderdelenlijst

Halfgeleiders:

_ IC1 (CA3140 op-amp);

_ IC2 (CD4060-teller);

_ T1, T2 (BC547 npn-transistor);

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

_ D1 (BPW34 PIN-fotodiode)

Weerstanden (allemaal 1/4 watt, ± 5% koolstof):

_ R1, R5, R6 (1 megaohm);

_ R2, R3 (1 kilo-ohm);

_ R4, R7, R8 (100 ohm)

condensatoren:

_ C1 (0, 22 μF keramische schijf)

Diversen:

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

_ PZ1 (piëzo-zoemer)

Dus PIN-diode BPW34 wordt in het circuit gebruikt als licht- en IR-sensor. BPW34 is een 2-pins fotodiode met anode (A) en kathode (K). Het anode-uiteinde kan gemakkelijk worden geïdentificeerd vanaf het vlakke oppervlak van de fotodiode in bovenaanzicht. Een klein soldeerpunt waarop een dunne draad is aangesloten, is de anode en de andere is de kathode-aansluiting.

BPW34 is een kleine PIN-fotodiode of mini-zonnecel met een stralingsgevoelig oppervlak dat 350mV DC nullastspanning genereert bij blootstelling aan 900nm licht. Het is gevoelig voor natuurlijk zonlicht en ook voor licht van vuur. Het is dus ideaal voor gebruik als lichtsensor. De BPW34-fotodiode kan zowel in nul-bias als in omgekeerde-bias-toestanden worden gebruikt. Zijn weerstand neemt af als er licht op valt.

Stap 2: Schakelschema

Het schakelschema van de op PIN-diode gebaseerde brandsensor wordt getoond in Fig. 3. Het is gebouwd rond 9V-batterij, PIN-diode BPW34 (D1), op-amp CA3140 (IC1), teller CD4060 (IC2), transistors BC547 (T1 en T2), een piëzo-zoemer (PZ1) en een paar andere componenten.

In het circuit is PIN-fotodiode BPW34 verbonden met de inverterende en niet-inverterende ingangen van op-amp IC1 in omgekeerde vooringenomen modus om fotostroom in de ingang van op-amp te voeren. CA3140 is een 4,5 MHz BiMOs-op-amp met MOSFET-ingangen en bipolaire uitgang. Gate-protected MOSFET (PMOS)-transistors in het ingangscircuit bieden een zeer hoge ingangsimpedantie, meestal rond de 1,5 T ohm. Het IC heeft een zeer lage ingangsstroom nodig, zo laag als 10pA, om de uitgangsstatus te wijzigen in hoog of laag. In het circuit wordt IC1 gebruikt als een transimpedantieversterker om als stroom-naar-spanningsomzetter te fungeren. IC1 versterkt en converteert de fotostroom die wordt gegenereerd in de PIN-diode naar de overeenkomstige spanning in de uitgang. De niet-inverterende ingang is verbonden met aarde en anode van de fotodiode, terwijl de inverterende ingang fotostroom krijgt van de PIN-diode.

Stap 3: Circuitwerking

Terugkoppelingsweerstand R1 met grote waarde stelt de versterking van de transimpedantieversterker in, aangezien deze zich in een inverterende configuratie bevindt. Aansluiting van niet-inverterende ingang op aarde zorgt voor een lage impedantiebelasting voor de fotodiode, waardoor de fotodiodespanning laag blijft.

De fotodiode werkt in de fotovoltaïsche modus zonder externe bias. Feedback van de op-amp houdt de fotodiodestroom gelijk aan de feedbackstroom door R1. Dus de ingangsoffsetspanning als gevolg van de fotodiode is erg laag in deze zelfvoorzienende fotovoltaïsche modus. Dit maakt een grote versterking mogelijk zonder enige offsetspanning met een groot uitgangsvermogen. Deze configuratie is geselecteerd om een grote winst te behalen bij weinig licht. Normaal gesproken is de fotostroom van de PIN-diode bij omgevingslicht erg laag; het houdt de output van IC1 laag. Wanneer de PIN-diode zichtbaar licht of IR van vuur detecteert, neemt zijn fotostroom toe en transimpedantieversterker IC1 zet deze stroom om in overeenkomstige uitgangsspanning. Hoge output van IC1 activeert transistor T1 en LED1 brandt. Dit geeft aan dat het circuit brand heeft gedetecteerd. Wanneer T1 geleidt, wordt resetpen 12 van IC2 naar aardpotentiaal gebracht en begint CD4060 te oscilleren.

IC2 is een binaire teller met tien uitgangen die één voor één hoog worden als hij oscilleert door C1 en R6. Oscillatie van IC2 wordt aangegeven door het knipperen van LED2. Wanneer uitgang Q6 (pin 4) van IC2 na 15 seconden hoog wordt, geleidt en activeert T2 piëzo-zoemer PZ1 en brandt ook LED3. Het alarm wordt na 15 seconden opnieuw herhaald als de brand aanhoudt. U kunt ook een AC-alarm inschakelen dat een hard geluid produceert door de PZ1 te vervangen door een relaiscircuit (hier niet weergegeven). Het AC-alarm wordt geactiveerd via contacten van het hiervoor gebruikte relais.

Stap 4: constructie en testen

Een enkelzijdige printplaat voor de op PIN-diode gebaseerde brandsensor wordt getoond in Fig. 4 en de lay-out van de componenten in Fig. 5. Sluit de PCB in een kleine doos op zo'n manier dat u de PIN-diode BPW34 gemakkelijk kunt aansluiten op de achterkant van de doos. Monteer de PIN-diode op een geschikte plaats en dek deze zodanig af dat er geen normaal licht/zonlicht op valt.

Het testen van de schakeling is eenvoudig. Normaal gesproken klinkt de piëzo-zoemer niet wanneer er geen vuurvlam in de buurt van de PIN-diode is. Wanneer een brandvlam wordt gedetecteerd door de PIN-diode, klinkt een piëzo-zoemer. Het detectiebereik is ongeveer twee meter. Het kan ook vonken detecteren in de netbedrading als gevolg van kortsluiting.