PIN -diodebasert brannsensor: 4 trinn

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sist endret: 2024-01-30 11:22

Her er en PIN -diodebasert brannføler som aktiverer en alarm når den oppdager brann. Termistorbaserte brannalarmer har en ulempe; alarmen aktiveres bare hvis brannen varmer termistoren i umiddelbar nærhet. I denne kretsen brukes en sensitiv PIN-diode som brannsensor for branndeteksjon over lengre avstand.

Den oppdager synlig lys og infrarød (IR) i området 430nm - 1100nm. Så synlig lys og IR fra brannen kan enkelt aktivere sensoren for å utløse alarmen. Den oppdager også gnister i strømledningen, og hvis disse vedvarer, gir den en advarselsalarm. Den er en ideell beskyttelsesanordning for utstillingslokaler, skap, opptaksrom og så videre.

Trinn 1: Deleliste

Halvledere:

_ IC1 (CA3140 op-amp);

_ IC2 (CD4060 -teller);

_ T1, T2 (BC547 npn transistor);

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

_ D1 (BPW34 PIN -fotodiode)

Motstander (alle 1/4 watt, ± 5% karbon):

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

_ R2, R3 (1 kilo-ohm);

_ R4, R7, R8 (100 ohm)

Kondensatorer:

_ C1 (0, 22 μF keramisk plate)

Diverse:

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

_ PZ1 (piezo summer)

Så, PIN -diode BPW34 brukes i kretsen som lys- og IR -sensor. BPW34 er en 2-pinners fotodiode med anode (A) og katode (K). Anodeenden kan lett identifiseres fra den flate overflaten på fotodioden ovenfra. Et lite loddepunkt som en tynn ledning er koblet til er anoden og den andre er katodeterminalen.

BPW34 er en liten PIN-fotodiode eller minisolcelle med strålende sensitiv overflate som genererer 350mV DC åpen kretsspenning når den utsettes for 900 nm lys. Det er følsomt for naturlig sollys og også for lys fra brann. Så den er ideell for bruk som lyssensor. BPW34 fotodiode kan brukes både i null-bias og revers-bias-tilstander. Motstanden reduseres når lys faller på den.

Trinn 2: Kretsdiagram

Kretsdiagram for den PIN-diodebaserte brannføleren er vist i figur 3. Den er bygget rundt 9V batteri, PIN-diode BPW34 (D1), op-amp CA3140 (IC1), teller CD4060 (IC2), transistorer BC547 (T1 og T2), en piezo -summer (PZ1) og noen få andre komponenter.

I kretsen er PIN-fotodiode BPW34 koblet til inverterende og ikke-inverterende innganger på op-amp IC1 i revers-forspent modus for å mate fotostrøm til inngangen til op-amp. CA3140 er en 4,5 MHz BiMO-op-amp med MOSFET-innganger og bipolar utgang. Gate-beskyttede MOSFET (PMOS) transistorer i inngangskretsen gir svært høy inngangsimpedans, vanligvis rundt 1,5 T ohm. IC krever svært lav inngangsstrøm, så lav som 10pA, for å endre utgangsstatus til høy eller lav. I kretsen brukes IC1 som en transimpedansforsterker for å fungere som en strøm-til-spenningsomformer. IC1 forsterker og konverterer fotostrømmen som genereres i PIN -dioden til den tilsvarende spenningen i utgangen. Den ikke-inverterende inngangen er koblet til bakken og anoden til fotodioden, mens den inverterende inngangen får fotostrøm fra PIN-dioden.

Trinn 3: Kretsoperasjon

Tilbakemeldingsmotstand R1 med stor verdi angir forsterkningen til transimpedansforsterkeren siden den er i inverterende konfigurasjon. Tilkobling av ikke-inverterende inngang til jord gir lav impedansbelastning for fotodioden, som holder fotodiodespenningen lav.

Fotodioden fungerer i fotovoltaisk modus uten ekstern skjevhet. Tilbakemelding fra op-amp holder fotodiodestrømmen lik tilbakemeldingsstrømmen gjennom R1. Så inngangsforskyvningsspenningen på grunn av fotodioden er veldig lav i denne selvstendige fotovoltaiske modusen. Dette tillater en stor forsterkning uten stor offset-spenning. Denne konfigurasjonen er valgt for å få stor gevinst under dårlige lysforhold. Normalt, i omgivende lysforhold, er fotostrømmen fra PIN -dioden veldig lav; det holder produksjonen av IC1 lav. Når PIN -dioden oppdager synlig lys eller IR fra brann, øker fotostrømmen og transimpedansforsterker IC1 konverterer denne strømmen til tilsvarende utgangsspenning. Høy utgang fra IC1 aktiverer transistoren T1 og LED1 lyser. Dette indikerer at kretsen har oppdaget brann. Når T1 leder, tar det tilbakestillingspinne 12 på IC2 til bakkepotensialet og CD4060 begynner å svinge.

IC2 er en binær teller med ti utganger som blir høy en etter en når den svinger på grunn av C1 og R6. Oscillasjon av IC2 indikeres av blinkende LED2. Når utgang Q6 (pin 4) på IC2 blir høy etter 15 sekunder, leder og aktiverer T2 piezo summer PZ1, og LED3 lyser også. Alarmen gjentas igjen etter 15 sekunder hvis brannen vedvarer. Du kan også slå på en vekselstrømalarm som produserer en høy lyd ved å erstatte PZ1 med en relékrets (ikke vist her). AC -alarmen aktiveres gjennom kontakter på reléet som brukes til dette formålet.

Trinn 4: Konstruksjon og testing

En enkeltside -kretskort for den PIN -diodebaserte brannføleren er vist i figur 4 og komponentoppsettet på figur 5. Omslutt kretskortet i en liten boks på en slik måte at du enkelt kan koble til PIN -diode BPW34 på baksiden av boksen. Installer PIN -dioden på et passende sted og dekk den til slik at normalt lys/sollys ikke faller på den.

Det er enkelt å teste kretsen. Normalt, når det ikke er noen brannflamme i nærheten av PIN -dioden, høres ikke piezo -summer. Når en ildflamme oppdages av PIN -dioden, avgir piezo -summer en alarm. Deteksjonsområdet er rundt to meter. Det kan også oppdage gnister i strømledningen på grunn av kortslutning.