Lichterkennungsschaltkreise:Eine einfache Möglichkeit, Licht zu erkennen

Lichtsensor

Möchten Sie ein Projekt bauen, das die Anwesenheit und Abwesenheit von Licht erkennt? Dann wäre es hilfreich, wenn Sie eine Lichterkennungsschaltung hätten. Interessanterweise ist es ein einfaches Projekt, das anfängerfreundlich ist. Außerdem kann das Gerät die Lichtintensität in einer Umgebung leicht erkennen. Zusätzlich können Sie einen Lichterkennungsschaltkreis als Steuerschaltkreis verwenden. Aber die Aufgabe wird verwirrend, wenn Sie den am besten geeigneten Lichtdetektor auswählen müssen.

Die gute Nachricht ist:Dieser Artikel behandelt alles, was Sie zum Aufbau einer Lichterkennungsschaltung und mehr benötigen. Also bleib dran.

Was ist eine Lichtdetektorschaltung?

Lichtsensor

Ein Lichtdetektor oder eine Sensorschaltung ist ein Gerät, das Lichtintensität erfassen kann. Außerdem erzeugt das Gerät ein Ausgangssignal, das die Leistung des gemessenen Lichts anzeigt.

Lichtsensoren können die in jedem Lichtspektrum vorhandene Strahlungsenergie messen. Außerdem misst es verschiedene Lichtfrequenzen im Bereich von:

• Infrarotlicht
• Sichtbares Licht 
• Ultraviolettes Licht

Infrarotlichtsensoren

Quelle:Pixabay

Der Lichtdetektor wandelt auch Lichtenergie (sichtbar oder nicht) in elektrische Ausgangssignale um. Allerdings kann man Lichtsensoren auch als „photoelektrische Geräte“ bezeichnen.

Was ist mehr?

Es ist möglich, den elektrischen Ausgang einer Lichtsensorschaltung zur Steuerung anderer Kurse zu verwenden. Aber es ist entscheidend, elektrische Lastkreise oder Geräte wie Glühbirnen, Ventilatoren oder Straßenlaternen zu haben.

Arten von Lichtsensoren

Bevor Sie Ihre Lichterkennungsschaltung bauen, ist es wichtig, den idealen Lichtsensor zu kennen. Es gibt zwei Hauptkategorien von photoelektrischen Vorrichtungen. Der erste erzeugt Strom, wenn er Licht erkennt. Im Vergleich dazu kann die zweite Kategorie einige elektrische Eigenschaften verändern.

Daher haben wir die folgenden Arten von Lichtsensoren:

Photoemittierende Zellen 

Diese Photogeräte erzeugen freie Elektronen aus einem lichtempfindlichen Material wie Cäsium. Eine photoemittierende Zelle erzeugt nur dann Elektronen, wenn sie von einem Proton mit genügend Energie getroffen wird.

Außerdem hängt das Energieniveau eines Protons von seiner Lichtintensität ab. Je höher also die Leistung, desto mehr Energie wandelt ein Proton Licht in elektrische Energie um.

Photovoltaikzellen

Sensoren mit Photovoltaikzellen können elektrische Energie erzeugen, die der empfangenen Lichtenergie entspricht.

Außerdem können zwei miteinander verbundene Halbleitermaterialien Lichtenergie empfangen und ungefähr 0,5 V erzeugen. Außerdem ist Selen eine leicht verfügbare Photovoltaikzelle, die in den meisten Solarzellen funktioniert.

Photo-Junction-Geräte

Fotodioden oder Fototransistoren sind typische Beispiele für Fotoübergangsvorrichtungen. Diese Geräte verwenden die Lichtintensität, um den Fluss von Löchern und Elektronen über ihren PN-Übergang zu steuern.

Das Design der Photo-Junction-Geräte eignet sich am besten für Lichterkennungs- und Durchdringungsanwendungen. Außerdem reagieren diese Geräte nur auf die Wellenlänge der Einfallslänge.

Photoleitfähige Zellen

Lichtsensoren mit photoleitenden Zellen erzeugen keinen Strom. Stattdessen ändern sie ihre physikalischen Eigenschaften, wenn sie Lichtenergie erhalten.

Auch der Photowiderstand ist ein üblicher Typ eines photoleitenden Sensors. Und es ändert den elektrischen Widerstand entsprechend den Änderungen der Lichtintensität. Mit anderen Worten, Fotowiderstände können Lichtenergie verwenden, um den Elektronenfluss und den durch die Elektronen fließenden Strom zu steuern.

Der lichtabhängige Widerstand (LDR) ist ein weiterer häufig verwendeter photoleitfähiger Sensor. Und LDRs können ihren elektrischen Widerstand in Gegenwart von Licht von Tausenden Ohm auf einige Hundert ändern.

Lichtabhängiger Widerstand

Wie eine Lichtdetektorschaltung funktioniert

Wenn Licht auf den LDR-Sensor fällt, erhält er einen niedrigen Widerstand. Daher erhält die an den Stromkreis angeschlossene Last nicht genug Strom, um das Gerät zu aktivieren (d. h. es im ausgeschalteten Zustand zu halten).

Wenn es also dunkel ist, steigt der Widerstand des LDR auf ein Niveau, das Strom durch die Schaltung fließen lässt. Als Ergebnis wird der Transistor aktiviert. Und dies hilft, genügend Strom zum Starten der Last bereitzustellen.

Interessanterweise können Sie die Funktionsweise des Lichtdetektors umkehren. Das heißt, Sie können die Last einschalten, wenn eine Beleuchtung vorhanden ist, und sie ausschalten, wenn keine vorhanden ist. Außerdem hängt die Wahl der Funktionsweise eines Lichtdetektors vom Anwendungstyp ab.

Projekte für Schaltkreise zur Lichterkennung

In diesem Abschnitt lernen Sie, wie Sie zwei Arten von Lichterkennungsschaltkreisen bauen. Der erste ist ein Lichtdetektor, der LDR und OP-Amp verwendet. Dann ist die zweite Schaltung ein Lichtdetektor mit LDR und Transistoren.

Lichtdetektor mit LDR und Operationsverstärker

OP-Verstärker

Das zentrale Merkmal eines LDR ist, wie er seinen Widerstand in Abhängigkeit von der Lichtintensität ändert. Daher wird diese Funktion in diesem Projekt hilfreich sein, um Licht zu erkennen und eine LED einzuschalten.

Wenn die Schaltung mit einem Operationsverstärker im Komparatormodus gekoppelt ist, hilft sie außerdem dabei, durch Vergleichen von Spannungen einen hohen oder niedrigen Ausgang zu erzeugen. Hier sind die Komponenten, die Sie für diese Schaltung benötigen:

• LDR
• Verbindungsdrähte
• LM358 Operationsverstärker-IC
• 10-kΩ-Widerstand
• Weiße LED
• 9-Volt-Netzteil
• 10-kΩ-Potentiometer
• 220 Ω Widerstand
• Brotbrett

Schaltplan

Schaltplan

Wie man baut

Verbinden Sie zuerst den Schleiferanschluss des 10-kΩ-Potentiometers mit dem invertierenden Anschluss des Operationsverstärkers. Erstellen Sie dann eine Verbindungsstelle zwischen dem LDR und dem 10-kΩ-Widerstand. Als Ergebnis erstellen Sie einen Potentialteiler, der den Ausgang an den OP-Amp weiterleitet.

Stellen Sie außerdem eine Verbindung zwischen der weißen LED und dem 220-Ω-Widerstand her. Schließen Sie dann Ihr 9-V-Netzteil an den Stromkreis an und testen Sie, ob es funktioniert.

Wenn Sie etwas Licht auf den LDR werfen, sollte er seinen Widerstand verringern. Und die invertierende Spannung ist höher als die nichtinvertierende Spannung, wodurch die LED ausgeschaltet bleibt.

Wenn kein Licht auf den LDR fällt, hätte er einen höheren Widerstand. Als Ergebnis ist die invertierende Spannung niedriger als die nicht invertierende Spannung. Dadurch wird der Ausgang des Operationsverstärkers erhöht und die LED eingeschaltet.

Lichterkennungsschaltungen:Lichtdetektor mit LDR und Transistoren

BC547C-Transistor

Wenn Sie keinen OP-Amp haben, um die vorherige Schaltung aufzubauen, können Sie stattdessen einen Transistor verwenden. Hier wird ein einzelner Transistor die Lichterkennungsoperation ausführen.

Sie können also ein Darlington-Paar für einen garantierteren Ausgangsstrom verwenden. In den meisten Fällen reicht jedoch ein einzelner Transistor aus. Hier sind die Komponenten, die Sie für diese Schaltung benötigen:

• BC547 NPN-Transistoren
• Verbindungsdrähte
• Weiße LED
• 9-Volt-Netzteil
• 10k Ohm Widerstand
• 470-Ohm-Widerstand
• Brotbrett

Schaltplan

Schaltplan

Wie man baut

Verbinden Sie zuerst Ihren LDR mit dem Breadboard und die Basis Ihres Transistors mit einem der Pins des LDR.

Verbinden Sie dann Ihre LED mit parallelen Pins am anderen Ende des Steckbretts. Als nächstes sollten Sie Ihren 470-Ohm-Widerstand am positiven Anschluss der LED (+ve) und an der positiven Schiene des Breadboards befestigen.

Verbinden Sie Ihren 10k-Widerstand mit der Basis des Transistors und der negativen Schiene (-ve) des Breadboards. Verbinden Sie als Nächstes einige Jumper zwischen der negativen Schiene des Breadboards und dem Emitter des Transistors.

Schließen Sie zuletzt Ihre 9-V-Stromversorgung (vorzugsweise eine 9-V-Batterie) an das Breadboard an und testen Sie Ihre Schaltung.

Wie es funktioniert

Das Projekt arbeitet mit drei Bedingungen:volles Licht, mittleres Licht und kein Licht.

Für den vollständigen Lichtzustand würde jede helle Beleuchtung des LDR seinen Widerstand verringern – was zu einem schwachen Leuchten der LED führt. In einem mittelhellen Zustand würde eine mittelstufige Beschreibung des LDR also zu einem mittelstarken Leuchten führen.

Auch ohne Licht erhöht sich der Widerstand des LDR. Daher erzeugt es ein helles Leuchten auf der LED. Außerdem können Sie die Helligkeit der LED regulieren, indem Sie den Widerstand einstellen, der mit der Basis des Transistors verbunden ist.

Lichterkennungsschaltkreise: Anwendungen der Lichtsensorschaltung

Lichtsensoren arbeiten in verschiedenen Anwendungen wie Sicherheitsalarmsystemen, hochempfindlichen Energiesparern für Straßenlaternen, Steuerungssystemen für die Hausbeleuchtung und einem solaren Straßenbeleuchtungssystem (zum automatischen Abschalten tagsüber).

Sicherheitsalarmsystem

Weitere Anwendungen sind automatisches Schalten für Geräte und Beleuchtungssysteme für Schränke und Kleiderschränke.

Lichterkennungsschaltkreise:Beleuchtungsschalter von Sonnenuntergang zu Sonnenaufgang

STS-Beleuchtungsschalter verwenden Lichtsensorschaltkreise, um ihre Last basierend auf dem auf den LDR einfallenden Licht zu steuern. Und der Lichtschalter STS funktioniert anders als die anderen hier aufgeführten Anwendungen und Projekte. Anstelle von Transistoren oder einem Operationsverstärker verwendet der STS-Beleuchtungsschalter also einen 555-Timer-IC im bistabilen Modus.

Und wenn Sie den LDR beleuchten, sendet er eine Ausgabe an den 555-Timer-IC, der einen TRIAC zur Steuerung der Last verwendet. Dann aktiviert der Sensor das Getriebe bei Sonnenuntergang und startet es bei Sonnenaufgang.

Aufrundung

Die Lichtsensorschaltung ist ein vielseitiges und einfaches Projekt in der Grundelektronik. Wir haben ausführlich besprochen, wie verschiedene LDRs funktionieren, und Ihnen die Komponenten gezeigt, die erforderlich sind, um die Dinge zum Laufen zu bringen. Daher können Sie das Projekt sofort ausprobieren.

Interessanterweise können Sie einen LDR mit einem Operationsverstärker, Transistoren und einem 555-Timer-IC verwenden.

Straßenlaternen

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