Разработка устройства лазерного дистанционного управления

Курсовой проект

Разработка устройства лазерного дистанционного управления

по дисциплине

«Оптоэлектронные и квантовые приборы и устройства»

Чита 2009

Содержание

Введение

1.   Техническое задание на курсовой проект

2.   Описание и принцип работы схемы

3.   Графические материалы

4.   Справочные данные элементов

4.1 Фотодиод ФД256

4.2 Светодиод АЛ307ГМ

4.3 КП501А

4.4 IRF840

4.5 Цифровая микросхема К561ТМ2

4.6 К561

4.7 Корпус прямоугольный пластмассовый типа DIP14

4.8 Корпус прямоугольный пластмассовый типа SOIC-14

5.   Расчеты

Заключение

Список литературы

Введение

Источник света в лазерной указке — полупроводниковый лазер — формирует узкий, почти не расходящийся луч. Диаметр создаваемого указкой яркого светового пятна даже на расстоянии в несколько десятков метров не превышает нескольких сантиметров. Это дает возможность дистанционно управлять несколькими приборами независимо, не применяя для этого никакого кодирования сигналов, а просто наводя луч указки на нужный фотоприемник. Сделать это с помощью обычных ИК излучающих диодов или ламп накаливания практически невозможно.

1. Техническое задание на курсовой проект

Разработать устройство, срабатывающее при освещении фотоприемника-светодиода лазерной указкой с расстояния до 3 м. (Лазерное дистанционное управление).

Параметры данного устройства:

Напряжение 12В.

Необходимо рассчитать:

- Фототок фотодиода ФД256,

- Световой поток фотодиода ФД256,

- Световой поток светодиода АЛ307ГМ,

- Телесный угол светодиода АЛ307ГМ,

- Полный световой поток светодиода АЛ307ГМ,

- Яркость светодиода АЛ307ГМ,

- Светимость светодиода АЛ307ГМ,

- Потребляемую мощность одного светодиода АЛ307ГМ,

- Рассчитать транзисторы,

- Рассчитать делители напряжения.

2. Описание и принцип работы схемы

Схема приемника подаваемых лазерной указкой сигналов показана на рис. 1.

В качестве фотодиода BL1 применен обыкновенной светодиод АЛЗО7БМ, обладающий достаточной чувствительностью к лазерному излучению.

На транзисторе VTI собран истоковый повторитель.

Конденсатор С3 защищает от помех.

Счетный триггер DD1.1 изменяет свое состояние при каждом положительном перепаде уровня напряжения на входе С.

Когда уровень на прямом выходе триггера высокий, поступающее с него напряжение открывает полевой транзистор VT2, управляющий нагрузкой, включенной в цепь стока транзистора. Цепь С4R4 служит для установки триггера при включении питания в состояние с низким уровнем на прямом выходе. Это гарантирует, что после неожиданного перерыва в подаче питания транзистор VT2 будет закрыт, а нагрузка не включится "сама собой".

На рис. 2 изображена односторонний печатная плата устройства, которую можно изготовить из фольгированного стеклотекстолита толщиной 1.5...2 мм.

Размеры печатной платы: 30*45 мм.

Напряжение 12 В подают от любого стабилизированного сетевого источника, гальванической или аккумуляторной батареи. Ток, потребляемый собственно прибором, очень невелик. Полевой транзистор VT2 указанного на схеме типа позволяет управлять нагрузкой, потребляющей ток до 8 А при напряжении до 500 В. Естественно для такой нагрузки потребуется отдельный источник питаний. Если это сеть переменного тока, то участок сток—исток полевого транзистора включают в разрыв цепи нагрузки через диодный выпрямительный мост на соответствующее напряжение и ток, обеспечивающий нужную полярность коммутируемого транзистором напряжения: плюс — на стоке, минус — на истоке, при токе нагрузки более 1.5А транзистор VT2 следует снабдить теплоотводом. Если достаточно управлять нагрузкой небольшой мощности, то и транзистор VT2 монет быть менее мощным.

Светодиоды HL1— НL3 нужны для удобства "прицеливания" в темном помещении. Их располагают в вершинах небольшого равностороннего треугольника вокруг фотоприемника BL1. Чтобы включить нагрузку, достаточно "чиркнуть " по фотоприемнику лучом указки. Такая же повторная операция отключит нагрузку.

Устройство уверенно срабатывает при освещении фотоприемника-светодиода лазерной указкой с расстояния до 3м, не реагируя на обычное дневное освещение и на сравнительно слабое ИК излучение стандартного ПДУ (если конечно, не подносить пульт вплотную к фотоприемнику). Если такой дальности действия недостаточно, можно заменить светодиод более чувствительным "настоящим” фотодиодом, например, ФД25Б. Дальность возрастет как минимум до 5м.

3. Графические материалы

Принципиальная схема устройства

Рис. 1. Принципиальная схема

Рисунок печатной платы

Рис. 2. Печатная плата устройства

Размещение элементов на печатной плате

Рис. 3. Размещение элементов на печатной плате

4. Справочные данные элементов

4.1 Фотодиод ФД256

Фотодиодом называют полупроводниковый диод, в котором под действием падающего на него светового потока образуются подвижные носители зарядов, создающие дополнительный ток (фототок) через обратно смещенный р-п переход.

Полупроводниковый фотодиод – это полупроводниковый диод, обратный ток которого зависит от освещенности.

Величина, на которую возрастает обратный ток, называется фототоком.

Свойства фотодиода можно охарактеризовать следующими характеристиками.

а) вольт-амперная характеристика фотодиода представляет собой зависимость светового тока при неизменном световом потоке и темнового тока Iтемн от напряжения.

б) световая характеристика фотодиода, то есть зависимость фототока от освещенности, соответствует прямой пропорциональности фототока от освещенности. Это обусловлено тем, что толщина базы фотодиода значительно меньше диффузионной длины неосновных носителей заряда. То есть практически все неосновные носители заряда, возникшие в базе, принимают участие в образовании фототока.

г) спектральная характеристика фотодиода – это зависимость фототока от длины волны падающего света на фотодиод. Она определяется со стороны больших длин волн шириной запрещенной зоны, при малых длинах волн большим показателем поглощения и увеличения влияния поверхностной рекомбинации носителей заряда с уменьшением длины волны квантов света. То есть коротковолновая граница чувствительности зависит от толщины базы и от скорости поверхностной рекомбинации. Положение максимума в спектральной характеристике фотодиода сильно зависит от степени роста коэффициента поглощения.

д) постоянная времени – это время, в течение которого фототок фотодиода изменяется после освещения или после затемнения фотодиода в е раз (63%) по отношению к установившемуся значению.

е) темновое сопротивление – сопротивление фотодиода в отсутствие освещения.

ж) интегральная чувствительность

K = Iф/Е,

Где Iф – фототок,

 – освещенность.

Основные параметры:

Iтемн - Темновой ток

Sинт - Интегральная токовая чувствительность

Uном - Номинальное рабочее напряжение

Важная особенность фотодиодов – высокое быстродействие. Они могут работать на частотах до нескольких миллионов герц. Фотодиоды обычно изготовляют из германия или кремния.

Фотодиод является потенциально широкополосным приемником. Этим и обуславливается его повсеместное применение.

4.2 Светодиод АЛ307ГМ

Светодиоды, или светоизлучающие диоды (СИД, в английском варианте LED — light emitting diode)— полупроводниковый прибор, излучающий некогерентный свет при пропускании через него электрического тока. Работа основана на физическом явлении возникновения светового излучения при прохождении электрического тока через p-n-переход. Цвет свечения (длина волны максимума спектра излучения) определяется типом используемых полупроводниковых материалов, образующих p-n-переход.

Диоды светоизлучающие, с рассеянным излучением, эпитаксиальные. Изготовляются на основе соединений галлий-алюминий-мышьяк и фосфида галлия.

А- арсенид галлия,

Л – индикатор,

307 – номер разработки,

Масса диода не более 0,35 г.

Выпускаются в пластмассовом корпусе с гибкими выводами.

Корпус диодов АЛ307хМ:

Рис. 4. Корпус диодов АЛ307хМ

Электрические и световые параметры

Цвет свечения:

АЛ307ГМ. . . . . . . . зеленый

Сила света, не менее:

АЛ307ГМ. . . . . . . . 1,5 мкд

Длина волны излучения в максимуме спектральной плотности:

АЛ307ГМ . . . . . . . . 0,566 мкм

Постоянное прямое напряжение, не более:

АЛ307ГМ. . . . . . . . 2,8 В

Предельные эксплуатационные данные

Постоянное обратное напряжение

АЛ307ГМ. . . . . . . . 2 В

Постоянный прямой ток:

АЛ307ГМ . . . . . . . . 22 мА

Температура окружающей среды

АЛ307ГМ. . . . . . . . -60 ... +70 °С

4.3 КП501А

ZVN2120 высоковольтный полевой МОП-транзистор, используемый в качестве ключа для аналоговых средств связи.

Страницы: 1, 2