Фотоприемник для телевизора. ИК-приёмник для телевизора: устройство, принцип работы и особенности

Как устроен ИК-приёмник для телевизора. Каков принцип его работы. Из каких компонентов состоит инфракрасный приёмник. Какие проблемы могут возникнуть с пультом ДУ телевизора.

Содержание

Что такое ИК-приёмник телевизора и для чего он нужен

ИК-приёмник (инфракрасный приёмник) — это важный компонент современных телевизоров, позволяющий осуществлять дистанционное управление с помощью пульта. Он представляет собой специализированную интегральную схему, предназначенную для приёма инфракрасных сигналов от пульта дистанционного управления (ДУ).

Основные функции ИК-приёмника телевизора:

  • Приём инфракрасных сигналов от пульта ДУ
  • Преобразование принятых сигналов в электрические импульсы
  • Передача декодированных команд в систему управления телевизора

Без ИК-приёмника было бы невозможно дистанционное управление телевизором, поэтому он является ключевым элементом системы ДУ.

Из каких основных компонентов состоит ИК-приёмник

Типичный ИК-приёмник для телевизора включает следующие основные компоненты:


  1. PIN-фотодиод — улавливает инфракрасное излучение от пульта
  2. Усилитель — усиливает слабый сигнал с фотодиода
  3. Полосовой фильтр — выделяет полезный сигнал на рабочей частоте
  4. Демодулятор — преобразует модулированный сигнал в цифровой код
  5. Декодер — расшифровывает принятый код команды
  6. Выходной каскад — формирует выходной сигнал для системы управления ТВ

Все эти элементы обычно интегрированы в единую микросхему, что обеспечивает компактность и надежность устройства.

Каков принцип работы инфракрасного приёмника телевизора

Принцип работы ИК-приёмника телевизора можно описать следующим образом:

  1. При нажатии кнопки на пульте ДУ излучается модулированный инфракрасный сигнал
  2. Этот сигнал улавливается PIN-фотодиодом приёмника и преобразуется в слабый электрический ток
  3. Далее сигнал усиливается и проходит через полосовой фильтр, настроенный на рабочую частоту (обычно 36-40 кГц)
  4. Отфильтрованный сигнал демодулируется, выделяя цифровой код команды
  5. Декодер расшифровывает принятый код и определяет, какая команда была отправлена
  6. Выходной каскад формирует соответствующий сигнал для системы управления телевизора

Таким образом, ИК-приёмник преобразует оптический сигнал от пульта в электрические импульсы, понятные системе управления телевизора.


Какие особенности конструкции имеют современные ИК-приёмники

Современные ИК-приёмники для телевизоров обладают рядом конструктивных особенностей:

  • Высокая степень интеграции — все компоненты размещены в одном корпусе
  • Миниатюрные размеры — типичный ИК-модуль имеет размеры около 5х5х5 мм
  • Встроенная оптическая фильтрация — корпус пропускает только ИК-излучение
  • Электростатический экран для защиты от помех
  • Высокая чувствительность — уверенный приём сигнала с расстояния до 10-15 метров
  • Низкое энергопотребление — ток потребления составляет единицы миллиампер

Такая конструкция обеспечивает надежную работу ИК-приёмника в составе современных телевизоров.

Почему телевизор может не реагировать на пульт ДУ

Если телевизор перестал реагировать на команды с пульта ДУ, причины могут быть следующие:

  • Разрядились или вышли из строя батарейки в пульте
  • Неисправность самого пульта ДУ (повреждение электроники, загрязнение контактов)
  • Выход из строя ИК-приёмника телевизора
  • Проблемы с процессором управления телевизора
  • Сильные электромагнитные помехи в помещении

Чаще всего проблема заключается в пульте ДУ или его элементах питания. Однако если замена батареек не помогла, может потребоваться диагностика телевизора в сервисном центре.


Как проверить работоспособность ИК-приёмника телевизора

Существует несколько способов проверки работоспособности ИК-приёмника телевизора:

  1. Визуальный метод с помощью камеры смартфона:
    • Включите камеру смартфона и направьте ее на ИК-приёмник телевизора
    • Нажмите любую кнопку на пульте ДУ
    • Если на экране смартфона видно мерцание — ИК-приёмник работает
  2. Проверка с помощью вольтметра:
    • Подключите щупы вольтметра к выводам ИК-приёмника
    • При нажатии кнопок на пульте должны фиксироваться изменения напряжения
  3. Замена ИК-приёмника на заведомо исправный:
    • Временно подключите другой ИК-приёмник к плате телевизора
    • Если телевизор начал реагировать на пульт — проблема была в приёмнике

При отсутствии навыков ремонта электроники рекомендуется обратиться в сервисный центр для профессиональной диагностики.

Можно ли отремонтировать ИК-приёмник телевизора самостоятельно

Самостоятельный ремонт ИК-приёмника телевизора в домашних условиях обычно затруднителен по следующим причинам:

  • ИК-приёмник представляет собой миниатюрную интегральную микросхему
  • Для диагностики требуется специальное измерительное оборудование
  • Замена приёмника предполагает наличие навыков пайки SMD-компонентов
  • Велик риск повреждения других элементов телевизора при неумелом ремонте

В большинстве случаев при выходе из строя ИК-приёмника рекомендуется его полная замена в условиях сервисного центра. Это обеспечит надежное восстановление работоспособности системы дистанционного управления телевизором.



ИК-приёмник. Устройство и принцип его работы.

Устройство и характеристики ИК-приёмника

В бытовой радиоэлектронной аппаратуре получили широкое применение интегральные приёмники инфракрасного излучения. По-другому их ещё называют ИК-модулями.

Их можно обнаружить в любом электронном приборе, управлять которым можно с помощью пульта дистанционного управления.

Вот, например, ИК-приёмник на печатной плате телевизора.


ИК-приёмник на печатной плате телевизора

Несмотря на кажущуюся простоту данного электронного компонента – это специализированная интегральная схема, предназначенная для приёма инфракрасного сигнала от пультов дистанционного управления (ДУ). Как правило, ИК-приёмник имеет не менее 3-х выводов. Один вывод является общим и подключается к минусу «-» питания (GND), другой служит плюсовым «+» выводом (Vs), а третий выходом принимаемого сигнала (Out).

В отличие от обычного инфракрасного фотодиода, ИК-приёмник может принимать и обрабатывать инфракрасный сигнал, представляющий собой ИК-импульсы фиксированной частоты и определённой длительности – пачки импульсов. Это технологическое решение избавляет от случайных срабатываний, которые могут быть вызваны фоновым излучением и помехами со стороны других приборов, излучающих в инфракрасном диапазоне.

Например, сильные помехи для приёмника ИК-сигналов могут создавать люминесцентные осветительные лампы с электронным балластом. Понятно, что использовать ИК-приёмник взамен обычного ИК-фотодиода не получиться, ведь ИК-модуль является специализированной микросхемой, заточенной под определённые нужды.

Для того чтобы понять принцип работы ИК-модуля разберёмся более детально в его устройстве с помощью структурной схемы.

Структурная схема ИК-модуля

Микросхема приёмника ИК-излучения включает:

  • PIN-фотодиод

  • Регулируемый усилитель

  • Полосовой фильтр

  • Амплитудный детектор

  • Интегрирующий фильтр

  • Пороговое устройство

  • Выходной транзистор


Структурная схема ИК-модуля

PIN-фотодиод – это разновидность фотодиода, у которого между областями

n и p расположена область из собственного полупроводника (i-область). Область собственного полупроводника – это по сути прослойка из чистого полупроводника без внесённых в него примесей. Именно этот слой и придаёт PIN-диоду его особенные свойства. К слову сказать, PIN-диоды (не фотодиоды) активно применяются в СВЧ электронике. Взгляните на свой мобильный телефон, в нём также используется PIN-диод.

Но, вернёмся к PIN-фотодиоду. В обычном состоянии ток через PIN-фотодиод не протекает, так как в схему он включен в обратном направлении (в так называемом обратном смещении). Так как под действием внешнего инфракрасного излучения в i-области возникают электронно-дырочные пары, то в результате через диод начинает протекать ток. Этот ток затем преобразуется в напряжение и поступает на регулируемый усилитель.

Далее сигнал с регулируемого усилителя поступает на

полосовой фильтр. Он служит защитой от помех. Полосовой фильтр настроен на определённую частоту. Так в ИК-приёмниках в основном используются полосовые фильтры, настроенные на частоту 30; 33; 36; 36,7; 38; 40; 56 и 455 килогерц. Чтобы излучаемый пультом ДУ сигнал мог быть принят ИК-приёмником, он должен быть модулирован такой же частотой, на которую настроен полосовой фильтр ИК-приёмника. Вот так, например, выглядит модулированный сигнал от излучающего инфракрасного диода (см. рисунок).

А вот так выглядит сигнал на выходе ИК-приёмника.

Стоит отметить, что избирательность полосового фильтра невелика. Поэтому ИК-модуль с фильтром на 30 килогерц вполне может принимать сигнал частотой 36,7 килогерц и более. Правда, при этом расстояние уверенного приёма заметно снижается.

После того, как сигнал прошёл через полосовой фильтр, он поступает на амплитудный детектор и интегрирующий фильтр. Интегрирующий фильтр необходим для подавления коротких одиночных всплесков сигнала, которые могут быть вызваны помехами. Далее сигнал поступает на

пороговое устройство, а затем на выходной транзистор.

Для устойчивой работы приёмника коэффициент усиления регулируемого усилителя контролируется системой автоматической регулировки усиления (АРУ). Поскольку полезный сигнал представляет собой пачку импульсов определённой длительности, то из-за инерционности АРУ сигнал успевает пройти через тракт усиления и остальные узлы схемы.

В случае, когда длительность пачки импульсов чрезмерна система АРУ срабатывает, и приёмник перестаёт принимать сигнал. Такая ситуация может возникнуть, когда ИК-приёмник засвечен люминесцентной лампой с электронным балластом, который работает на частотах 30 – 50 килогерц. В таком случае промодулированное инфракрасное излучение паров ртути лампы может пройти защитный полосовой фильтр фотоприёмника и вызвать срабатывание АРУ. Естественно, при этом чувствительность ИК-приёмника падает.

Поэтому не стоит удивляться, когда фотоприёмник телевизора плохо принимает команды от пульта ДУ. Возможно, ему просто мешает засветка люминесцентных ламп.

Автоматическая регулировка порога (АРП) выполняет аналогичную функцию, что и АРУ, управляя порогом срабатывания порогового устройства. АРП выставляет уровень порога срабатывания таким образом, чтобы уменьшить число ложных импульсов на выходе модуля. При отсутствии полезного сигнала число ложных импульсов может достигать 15-ти в минуту.

Форма корпуса ИК-модуля способствует фокусировке принимаемого излучения на чувствительную поверхность фотодиода. Материал же корпуса пропускает излучение с длиной волны от 830 до 1100 нм. Таким образом, в устройстве реализован оптический фильтр. Для защиты элементов приёмника от воздействия внешних электрических полей в модуле установлен электростатический экран. На фотографии показаны ИК-модули марки HS0038A2 и TSOP2236. Для сравнения рядом показаны обычные ИК-фотодиоды КДФ-111В и ФД-265.

ИК-приёмники

ИК-Фотодиоды

Как проверить исправность ИК-приёмника?

Поскольку приёмник ИК-сигналов является специализированной микросхемой, то для того, чтобы достоверно проверить её исправность необходимо подать на микросхему напряжение питания. Например, номинальное напряжение питания для «высоковольтных» ИК-модулей серии TSOP22 составляет 5 вольт. Потребляемый ток составляет единицы миллиампер (0,4 – 1,5 мА). При подключении питания к модулю стоит учитывать цоколёвку.

В состоянии, когда на приёмник не подаётся сигнал, а также в паузах между пачками импульсов напряжение на его выходе (без нагрузки) практически равно напряжению питания. Выходное напряжение между общим выводом (GND) и выводом выхода сигнала можно замерить с помощью цифрового мультиметра. Также можно замерить потребляемый модулем ток. Если ток потребления превышает типовой, то скорее всего модуль неисправен.

О том, как проверить исправность ИК-приёмника с помощью блока питания, мультиметра и пульта ДУ читайте здесь.

Как видим, приёмники ИК-сигналов, используемые в системах дистанционного управления по инфракрасному каналу, имеют достаточно изощрённое устройство. Данные фотоприёмники часто используют в своих самодельных устройствах любители микроконтроллерной техники.

Главная &raquo Радиоэлектроника для начинающих &raquo Текущая страница

Также Вам будет интересно узнать:

 

Пульт от телевизора управляет моделью

категория

Радиоуправление

материалы в категории

В середине 1990-х годов отечественная промышленность начала выпускать первые телевизоры снабженные пультом дистанционного управления. Не отстали от них и мастера-самодельщики: в продаже появились устройства (в виде наборов для самостоятельной сборки или уже готовые собранные изделия), преднгазначенные для установки в «беспультовые» модели.

Система ДУ тех лет состояла из трех модулей- непосредственого самого пульта ДУ (маркировка у него была RC-4 и им оснащались в том числе и серийные модели телевизоров), фотоприемник (либо транзисторный либо на специализированной микросхеме), и само исполнительное устройство- дешифратор команд.
Весь этот комплект был выполнен на специализированных микросхемах серии КР1506ХЛ1 (пульт) и КР1506ХЛ2 (дешифратор команд).
В наше время, все это, конечно-же морально устарело и давно уже не применяется, однако если у Вас где-то завалялся старый 3УСЦТ снабженный системой ПДУ то данные микросхемы можно использовать для дистанционного управления моделями. Зона действия такого управления будет ограничиваться, конечно-же, областью приема ИК луча от пульта.

Здесь приводится схема четырех-командного дистанционного управления для модели типа «танк» или «трактор».
Схема самого пульта здесь упущена, показана только лишь приемная часть с дешифратором и ключами управления двигателями.

Схема дистанционного управления при помощи пульта от телевизора

Сигнал от пульта принимается фотоприемником (схема ниже) и поступает на модуль-дешифратор команд.
В результате декодирования на выходах 8, 9, 10 микросхемы D1 появляются сигналы соответствующие двоичному коду выбранной команды. Далее этот код при помощи дешифратора D2 преобразуется в десятичный.

Система управляет двумя двигателями (М1, М2 по схеме), при помощи которых выполняется 4 команды: движение вперед, движение назад, поворот направо, поворот налево.

В качестве фотоприемника устройства можно использвать готовый модуль ФП-2 от телевизора (или собрать его из подручных деталей), он показан на схеме:

Автор С. Павлов
Материал из журнала Радиоконструктор 1999 год, №6

Простой однокомандный ПДУ


Простой однокомандный ПДУ

  В настоящее время вся сложная бытовая техника снабжается пультами дистанционного управления. Однако существует много старых телевизоров, не имеющих таких пультов. В последнее время на всех каналах господствует телевизионный разбой. Это выражается в том, что рекламные вставки включаются с большим уровнем громкости. Особенные неудобства это создает в ночное время, когда вся семья спит, а телевизор смотрит один человек. Предлагаемый пульт дистанционного управления (ПДУ) можно применить для выключения громкости телевизора во время рекламы. Хотя его можно применить везде, где необходимо дистанционное включение- выключение электроприборов, например, освещения. Этот ПДУ может оказать неоценимую услугу людям с ограниченной подвижностью. ПДУ состоит из передатчика и приемника. Передатчик ПДУ – это пластмассовый корпус, в котором собрана схема, показанная на рисунке 1.

  Размеры корпуса определяют размеры батарейки типа 6F22 (Крона) и электролитического конденсатора емкостью 2000 – 4000 мкф. Кнопочный переключатель без фиксации можно поставить типа МП3-1, МП1-1 и т.п. Вместо передатчика можно использовать лазерную указку с расширяющей насадкой. В последнем случае дальность управления значительно увеличивается, но процесс наведения на фотоприемник усложняется. Приемник ПДУ состоит из фотоприемника-усилителя (ФПУ) и схемы фиксации команд. ФПУ лучше применить стандартный от первых выпусков ПДУ типа ФП-2 или ПИ-5. Схема фиксации команд дана на рисунке 2.

  Сигнал с ФПУ запускает ждущий одновибратор, собранный на элементах DD1.1, DD1.2 и, через инвертор DD1.3 переключает триггер на микросхеме DD2.1. Триггер включен в счетном режиме. Положительный уровень напряжения с прямого выхода триггера, через ключевой транзистор VT1, включает реле К1. Контакты реле размыкают звуковой канал возле резистора регулировки громкости (на схеме не показано). Для коммутации силовых устройств, можно применить схему на симисторе, показанную на рисунке 3. Реле К1 типа РЭС49 паспорт РС4.569.426 или РЭС15 паспорт РС4.591.003.

  Если вы не смогли приобрести готовый ФПУ, то его можно сделать самому по схеме на рисунке 4 [1]. Необходимо только помнить, что схема очень чувствительная, поэтому требует экранированного корпуса. При размещении фотоприемника его необходимо немного утопить в корпусе и прикрыть темным оргстеклом, так, как фотоприемник реагирует на лампы накаливания.

  Литература: С.А.Ельяшкевич, Цветные телевизоры 3УСЦТ, Справочное пособие, М. «Радио и связь», 1989.
Источник: shems.h2.ru

Схема инфракрасного датчика 0,3-2 метра » Вот схема!


Датчик реагирует на приближение к нему или перемещение перед ним какого-то предмета, человека, поднесение к нему руки. Он может работать в составе охранного устройства, или как рабочий элемент выключателя, реагирующего на поднесение руки, или в устройстве подсчета каких-то деталей. Такими датчиками можно оборудовать грузовой автомобиль, так чтобы они реагировали на оптимальное приближение к погрузочной платформе.

Дальность действия датчика зависит от настройки его излучателя и может быть от 0,3М до 2М. Принципиальная схема показана на рисунке 1.

Принцип действия

Генератор излучает импульсы инфракрасного излучения, как например в системе ДУ телевизора, а приемное устройство их принимает и регистрирует. Разница по сравнению с ДУ только в том, что и излучатель и фотоприемник направлены в одну сторону (а не друг на друга, как в ДУ), и более того, между ними установлена непрозрачная перегородка, исключающая прямое попадание ИК-света от излучателя на приемник.

Пока в зоне чувствительности перед датчиком ничего нет ИК-свет не попадает на фотоприемник. Но стоит появиться в этой зоне какому-нибудь предмету или человеку, как сигнал отражается от его поверхности и уже отраженный воспринимается фотоприемником. Излучатель состоит из импульсного генератора на микросхеме D2 и транзисторного ключа на VT1 и VT2 с ИК-светодиодом VD1 на выходе.

Генератор на D2 вырабатывает короткие положительные импульсы частотой около 3 кГц. Эти импульсы через R5 поступают на транзисторный ключ на VT1 и VT2, который пропускает импульсный ток через светодиод и тот излучает ИК-излучение, промодулированное этими импульсами. Мощность этого излучения зависит от сопротивления резистора R4 (в данном случае на схеме показано его минимальное значение, соответствующее максимальной дальности излучения, увеличивая его сопротивления можно установить нужную зону контроля).

Отраженный сигнал принимается готовым фотоприемником ПИ-4 от телевизора типа УСЦТ (можно использовать и другой фотоприемник от другого телевизора или видеомагнитофона, важно чтобы он выдавал отрицательные импульсы, по уровню соответствующие КМОП-логике). Отрицательные импульсы с его выхода поступают через инвертор D1.1 на одновибратор, выполненный по триггерной схеме на D1.2 и D1.3.

С поступлением первого-же импульса этот одновибратор вырабатывает отрицательный импульс длительностью около 5 секунд. Длительность этого импульса можно установить по вкусу подбором номинала R1. Затем следует интегрирующая цепь R2, C4 и далее инвертор D1.4 на выходе которого формируется четкий положительный импульс. Интегрирующая цепь нужна для того, чтобы исключить проникновение импульсов с выхода фотоприемника на выход устройства в том случае, когда объект длительное время находится в зоне контроля (значительно более длительности импульса, формируемого одновибратором на D1.2 и D1.3).

Сборка.

Все детали, за исключением фотоприемника, монтируются на одной печатной плате из фольгированного стеклотекстолита толщиной 1-1,5 мм. Фотоприемник используется готовый, от телевизора 3-УСЦТ. Не обязательно ПИ-4, подойдет и другой, важно чтобы он питался напряжением 12В и вырабатывал отрицательные импульсы. Если используется фотоприемник с более низким напряжением питания его нужно питать через параметрический стабилизатор, а выходные импульсы подавать на вход микросхемы D1 через транзисторный согласующий каскад.

Фотоприемник экранированный, он располагается в корпусе датчика в вырезе платы, а между ним и светодиодом в паз в плате устанавливается перегородка из черной пластмассы или металла, препятствующая прямому попаданию лучей от светодиода на фотодиод приемника. Светодиод — любой инфракрасного излучения, от пультов ДУ, наш или импортный. Силу света можно установить подбором R4 в пределах от 1 Ома до 100 Ом.

Устройство размещается в пластмассовом корпусе размерами 95×65 мм из черного полистирола. На торце этого корпуса сделано прямоугольное отверстие для выхода света от светодиода и для поступления света на фотодиод приемника. Светонепроницаемая перегородка расположена внутри корпуса, а торец корпуса с этим отверстием прикрыт пластиной из прозрачного оргстекла. При этом светонепроницаемая перегородка упирается в эту пластину.

Если возникнет паразитная связь между приемником и передатчиком нужно в разрыв цепи питания приемника включить блокировочную RC-цепочку.

Устанавливаем дополнительный ИК-приемник в спутниковый ресивер

Сейчас у многих есть спутниковые тарелки для приема телевидения, особенно это распространено всельской местности. Спутниковая система приема телевидения обычно состоит из антенны («тарелки») и ресивера, расположенного внутри помещения. Все задачи радиоканала по приему сигнала ложатся на этот ресивер, а телевизор работает только фактически как монитор.

Недостаток системы, — можно подключить только один телевизор, либо нужно покупать по отдельному ресиверу для каждого телевизора, что очень недешево. Хотя, конечно, к одному ресиверу, через простейший разветвитель, можно вполне подключить и два и даже три телевизора, что все, обычно и делают, но показывать они будут одно и то же.

Впрочем, с этим можно мириться, другое плохо, -чтобы переключить канал нужно будет бегать туда, где установлен ресивер. Особенно это неприятно в загородном доме, где ресивер и дополнительный телевизор могут оказаться даже на разных этажах.

Тема данного вопроса, похоже, давно тревожит умы «радиотехнической общественности». Практически во всех радиожурналах были статьи на эту тему, и много в интернете. Обычно предлагается два типа решения — проводной удлинитель и радиочастотный.

Не хочу никого обидеть, но радиочастотный вариант мне лично кажется полной ахинеей. Ну, смотрите, ведь сигнал от ресивера на дополнительный телевизор подается по кабелю, и этот кабель уже где-то проложен, в кабельном канале или просто пихнут под плинтус или наличник. А если один кабель уже где-то проложили, то туда же можно засунуть и еще один для дистанционного управления. Так зачем же чудить с радиомодулями?

Таким образом, проводной вариант оптимален. Из того, что было опубликовано, это обычно стандартный фотоприемник на одном конце кабеля и ИК-светодиод на другом. Еще где-то схема на микросхеме или транзисторах (видел даже на микроконтроллере) и источник питания.

Схема подключения ИК-приемника

Я же решил пойти несколько другим путем, может быть «варварским», но от этого не менее, а даже более эффективным.

Рис. 1. Примерная принципиальная схема включения ИК-приемника в ресиверах.

Рис. 2. Структурная схема фото-приемника TSOP4838.

На рисунке 1 показана схема включения фотоприемника дистанционного управления ресивера «Topfield 5000СІ». Схема состоит из интегрального фотоприемника TSOP4838 и нескольких деталей. Практически все аналогичные схемы других ресиверов выполнены точно так же, разница только в том, какой интегральный фотоприемник, на какую частоту, ну и цоколевка может отличаться.

При этом все интегральные фотоприемники, независимо от марки, типа, цоколевки и корпуса, функционально идентичны, и их структурные схемы практически совпадают (не считая нумерации выводов).

На рисунке 2 показана структурная схема фотоприемника TSOP4838. Как видно, на выходе транзисторный ключ, подтянутый к плюсу питания через резистор 33 kOm. Похоже, 33 kOm показалось много, и в схеме на рисунке 1 параллельно ему включен еще резистор на 10 kOm.

Ну и что мне мешает просто подключить дополнительный фотоприемник параллельно основному, как это показано на рисунке 3? Да ничего не мешает. И опытами это подтверждается. Два фотоприемника работают, и друг другу не мешают, конечно, если сигнал управления от пульта поступает только на один из них. Ну а как же иначе, ведь дополнительный фотоприемник будет в другой комнате.

Рис. 3. Принципиальная схема подключения дополнительного фотоприемника к спутниковому тюнеру.

Практически все было сделано следующим образом. Нужно вскрыть корпус ресивера и к выводам фотоприемника, прямо к печатным дорожкам, подпаять три разноцветных монтажных провода, у меня они белого, зеленого и синего цвета. Затем их вывести через предварительно проделанное отверстие в корпусе ресивера наружу. Разделать и временно заизолировать.

Дальше, нужно будет купить точно такой же фотоприемник, как в ресивере, в моем случае это был TSOP4838.

Еще потребуется нужной длины трехпроводной кабель для электропроводки с заземлением, желательно самый тонкий. Такой кабель хорош не только тем, что в нем три провода, но и тем, что эти провода разного цвета, в моем случае — белый, зеленый и синий.

Кабель прокладываю тем же путем, что и был проложен кабель для подачи сигнала на телевизор. Затем, на конце возле телевизора разделываю кабель и припаиваю к нему выводы дополнительного фотоприемника. Изолирую изолентой.

Сам дополнительный фотоприемник прилепил к корпусу телевизора обычной изолентой.

На другом конце, у ресивера, разделываю кабель, и присоединяю его к проводам, выведенным предварительно от основного фотоприемника, расположенного на плате ресивера. Изолирую изолентой. Разноцветность проводов не дает возможности наделать ошибок при подключении.

Заключение

Вот и все. Никаких радиоканалов, микросхем, ИК-светодиодов и дополнительных источников питания. Один недостаток -пришлось залезть в ресивер.

Но если срок гарантии истек, или вы сами мастер, это проблемы не создает никакой.

Кстати, если есть желание, можно все сделать «культурнее», установив на корпусе ресивера трехконтактный разъем для подключения кабеля от дополнительного фотоприемника, а дополнительный фотоприемник поместить в какой-нибудь корпус-подставку, и поставить возле дополнительного телевизора, либо повесить на стену.

Арканов В. В. РК-2016-04.

Телевизор не реагирует на пульт управления, не работает пульт

Главная » Статьи » Телевизоры » Не реагирует на пульт

 

Одним из самых используемых бытовых приборов является телевизор. У каждого жителя имеется один, а то и несколько в доме. Поломки случаются регулярно. В сервисные центры обращаются с жалобами о неисправном бытовом приборе, так как телевизор не реагирует на пульт дистанционного управления. В таком случае стоит говорить о проблеме с ПДУ, сам прибор ломается гораздо реже. Существует несколько причин подобной ситуации.

Плохо разбираетесь в технике? У вас нет времени решать проблему? Позвоните в нашу компанию Сервисный центр «21 век» по номеру +7 (495) 745-24-00 или оставьте онлайн заявку на диагностику и устранение неисправности с пультом или телевизором. Специалисты приедут к вам в удобное время и обязательно справятся с задачей в короткий срок и вы не пропустите любимую передачу. Сервсиный центр работает ежедневно, включая праздники и выходные с 8:00 до 23:00. Посвятите свое время себе и близким, а мы займемся бытовыми проблемами. Решили действовать самостоятельно? Рассмотрим несколько возмлжных причин неисправности.

Неисправный элемент питания

Первое на что необходимо обратить внимание — батарейки в пульте дистанционного управления. Даже если элементы питания менялись совсем недавно, стоит поставить новые. Количество бракованных батареек на рынке растет, они быстро выходят из строя. Покупайте только качественные батарейки, которые прослужат не меньше года.

Пульт неисправен

Достаточно просто проверить исправность пульта, никакого особого оборудования не понадобится. Воспользуйтесь мобильным устройством с функцией камеры, видеокамерой или фотоаппаратом. Далее согласно инструкции:

  • направьте объектив камеры на телевизор;
  • поднесите пульт ДУ к объективу;
  • нажмите на любую кнопку на мониторе камеры.

Увидели мерцание светодиода — пульт исправен. В противном случае телевизионный индикатор не горит и потребуется ремонт или смена пульта управления. Это могло произойти из-за механического воздействия на ДУ. Некачественные устройства дистанционного контроля тоже не редкость сегодня. Проверьте пульт в сервисном центре, специалисты помогут в его восстановлении, если это возможно.

Не совпадает частота подачи сигнала

Еще одной неисправностью пульта дистанционного управления является изменение частоты подачи сигнала. На телевизоре индикатор горит, а ничего не происходит. Такая поломка чаще всего встречается у техники марок Sony и LG. Проверьте частоту сигнала. Сделать это можно на телевизоре аналогичной модели. Нет такой возможности? Проще всего обратиться в сервисный центр, где наверняка проверят, в каком состоянии находится пульт.

Проблема с телевизором

Итак, вы определились, что пульт исправен, но телевизор не включается с первого раза, или не реагирует на пульт. Причина может крыться в неисправности самого предмета бытовой техники. Вариантов, почему произошел сбой в работе, несколько:

  • не работает фотоприемник;
  • неисправность в процессоре управления.

Такие поломки чаще всего встречаются у техники марок Sony и LG. Не пытайтесь починить самостоятельно, это может полностью вывести технику из строя и покупка нового прибора обойдется дорого. Ремонт телевизора доверьте специализированному сервисному центру, в таком случае вы получите исправную технику и не потеряете гарантию от производителя.

Потеря сигнала

Телевизор не включается с пульта, поломка может быть связана с потерей сигнала. Эта неисправность чаще всего встречается у техники марок Philips и Sumsung. Индикатор при этом реагирует, а действий не происходит, либо кнопки срабатывают только после многократного нажатия. Попробуйте решить проблему с помощью одновременного нажатия кнопок на передней панели телевизора Program и Volume.

Что делать, если подобные манипуляции ни к чему не привели? Пробуем прошить систему до последней версии программного обеспечения. Испытываете сложности с прошивкой, мастер по ремонту телевизоров нашего центра обязательно поможет в этом.

Помехи

Достаточно редкая проблема, но иногда встречается. Необходимо убедиться, что вблизи телевизора нет источников помех. Это могут быть:

  • яркие источники света, типа флуоресцентных ламп;
  • иные электронные приборы, мешающие сигналу.

Перепробовали все, но телевизор плохо включается с пульта? Специалисты сервисного центра проверят работоспособность телеуправления, проведут диагностику основных элементов телевизора, принимающие сигнал. Просто позвоните в наш центр, и проблема будет решена.

 

Схема инфракрасного датчика » S-Led.Ru


Разработку этого устройства побудил один случай. Ремонтируя телевизор, автор этой статьи, находился, как и полагается, сзади телевизора. Пульт ДУ лежал на верхней доске корпуса телевизора, прижатый толстым справочником и направленный в ту же сторону, что и фотоприемник телевизора. Под действием тяжести справочника одна из кнопок пульта нажалась.

Но обнаружилось это только после того, как мимо телевизора, на расстоянии около двух метров от него, прошел человек. ИК-излучение, исходящее от пульта отразилось от его белой рубашки и попало на фотоприемник. Телевизор переключился.

После нескольких нехитрых экспериментов удалось установить, что если пульт и фотоприемник расположить рядом и направить их не друг на друга, а в одну сторону, и между ними сделать небольшую перегородку, которая не даст лучам от пульта непосредственно попасть на фотоприемник, то переключать программы можно поднесением к этой системе руки на расстояние около одного метра. Можно сделать простой датчик, который будет считать прохожих, включать свет при проходе через дверь, и тому подобное.

На рисунке 1. показана схема одного из реально работающих простейших вариантов такого датчика.
Излучатель инфракрасного излучения — светодиод VD4 — АЛ 147А (такой как в пультах ДУ телевизоров типа 4-УСЦТ и других). Он излучает ИК-сигнал, промодулированный импульсами частотой около 1000 Гц.

Генератор выполнен на двух транзисторах — VT2 -выходной токовый ключ, и VT3 — источник прямоугольных импульсов на однопереходном транзисторе КТ117Г. Частота импульсов зависит от параметров цепи R5-C8, от сопротивления R5, кроме того, еще зависит и режим транзистора по постоянному току. Импульсы с баз VT3 поступают на токовый ключ на VT2. В его коллекторной цепи и включен инфракрасный светодиод.

Приемник выполнен на микросхеме А1 -К1056УП1, это специализированная микросхема — усилитель фототока-формирователь импульсов, она применяется в качестве усилителя фотоприемника дистанционного управления во многих отечественных телевизорах 4-5-го поколения. Отраженный ИК-сигнал принимает фотодиод VD1 (ФД320, от систем ДУ телевизорами). Микросхема А1 выполняет свои функции, — усиливает фототок и формирует импульсный сигнал с размахом, равным напряжению питания.

Эти импульсы, через разделительный конденсатор С4 поступают на детектор на диодах VD2 и VD3. Когда входной сигнал есть, на конденсаторе С6 появляется некоторое напряжение, что приводит к открыванию транзистора VT1, и на его коллекторе напряжение становится близким к нулю. При отсутствии сигнала VT1 закрыт и его коллекторное напряжение близко к напряжению питания.

Уровень с выхода (с коллектора VT1) можно подавать на схему, собранную на микросхемах логики КМОП, питающихся напряжением 5V.

Использование импульсной модуляции необходимо ввиду двух обстоятельств. Во-первых таким образом подавляются помехи от других источников ИК-излучения (нагревательные приборы, лампы), характер излучения которых либо постоянный, либо переменный с невысокой частотой (50 Гц). Микросхема К1056УП1, рассчитанная на работу в таких условиях, успешно подавляет такие помехи. Во-вторых, построение усилителя постоянного фототока более сложно, в смысле самовозбуждения, чем каскадный усилитель-формирователь переменного.

Недостаток датчика, построенного по схеме на рисунке 1 в относительно небольшой дальности, — он реагирует на поднесение руки к его «рабочей поверхности» с расстояния до 0,5 метра. Или на перемещение человека перед ним на расстоянии до 1-1,5 метра. Низкая дальность — результат низкой мощности ИК-излучения, потому что генератор на VT2 и VT3 не может обеспечить высокий импульсный ток через светодиод.

На рисунке 2 показана более совершенная, в этом смысле, схема. Датчик построенный по такой схеме способен «уловить человека» на расстоянии до 5 метров. Его можно установить в углу комнаты и отрегулировать таким образом, что он сможет срабатывать при входе человека в эту комнату, и выключаться при его выходе (угол обзора из угла комнаты получается достаточно большой).

Излучатель выполнен на таком же светодиоде AЛ1147A, но коммутируется он более мощным ключом на транзисторе VT1 (рисунок 2). На ключ поступают прямоугольные импульсы от мультивибратора на элементах D1.5 и D1.6 через усилитель мощности на двух, включенных параллельно элементах D1.3 и D1.4. Таким образом, ток, развиваемый через светодиод, получается даже больше чем в стандартном пульте ДУ.

Фотоприемник выполнен на такой же микросхеме К1056УП1. Импульсы с её выхода поступают на диодный детектор на диодах VD2 и VD3, а полученное постоянное напряжение — на формирователь логического уровня на элементах D1.1 и D1.2. При отражении сигнала на выходе будет логическая единица, при отсутствии отражения — нуль.
Чувствительность (дальность действия) датчика по схеме на рисунке 2 можно установить подбором номинала резистора R4 от указанного на схеме (максимальная дальность), до 200-300 Ом.

Наилучшие результаты получаются если светодиод и фотодиод расположить на одной печатной плате, на расстоянии примерно 50-60мм друг от друга, и разделить их металлическим, окрашенным в черный матовый цвет, экраном.

Если нужен наибольший угол контроля, можно использовать три светодиода типа АЛ 107, включив их последовательно. Расположить их по углам равностороннего треугольника, а посредине разместить фотодиод, отгороженный от них трубчатой блендой. Можно придумать и опробовать и другие варианты.

Рис. 2


Датчики могут работать как на появление перед ними предмета (контроль за входящими людьми), так и на исчезновение или перемещение какого-то конкретного предмета. В этом случае датчик располагается напротив подконтрольного предмета таким, образом чтобы ИК-излучение отражалось от этого предмета и попадало на фотодиод датчика. Если предмет немного переместить или убрать вовсе отражение прекратится и состояние на отсутствии отражения — нуль.

Чувствительность (дальность действия) датчика по схеме на рисунке 2 можно установить подбором номинала резистора R4 от указанного на схеме (максимальная дальность), до 200-300 Ом.

Знакомство с фотодетекторами и приложениями

Эрик Дж. Лернер

Фотодетекторы являются одними из наиболее широко используемых сегодня технологий. Они варьируются от простых устройств, которые автоматически открывают двери супермаркетов, до приемников на телевизорах и пультах дистанционного управления видеомагнитофонов, до фотодиодов в оптоволоконном соединении, ПЗС в видеокамерах и огромных массивов, используемых астрономами для обнаружения излучения с другой стороны помещения. Вселенная. Фотодетекторы присутствуют в огромном разнообразии устройств, используемых в торговле, промышленности, развлечениях и исследованиях.Фактически, область разработки и использования фотоприемников выросла до такой степени, что немногие специалисты имеют полный обзор.

Для наших целей фотодетекторы включают в себя любое устройство для регистрации фотонов с частотами выше радиоволн — от дальнего инфракрасного диапазона до гамма-лучей. В этой статье мы рассмотрим основные типы приложений, в которых используются фотоприемники. Вообще говоря, эти приложения делятся на две общие группы — связь и дистанционное зондирование. В средствах связи излучение является просто носителем кодированного сигнала, тогда как в различных формах дистанционного зондирования излучение является сигналом, передающим информацию об объекте или сцене.

Возможно, самый распространенный рынок связи — это волоконно-оптические системы связи, в которых фотодетекторы, обычно работающие в инфракрасном (ИК) диапазоне, улавливают высокоскоростные сигналы. Эти детекторы не нуждаются в высокой чувствительности, поскольку драйверы лазера обеспечивают большое количество излучения в волокне, но они должны иметь чрезвычайно быстрый отклик, высокую надежность и низкую стоимость. Фотодиоды, особенно на основе арсенида индия-галлия (InGaAs), являются рабочими лошадками оптической связи, в настоящее время достигая скорости передачи данных до 2.5 Гбит / с, что более чем в 200 000 раз превышает пропускную способность одного медного телефонного провода.

В то время как детекторы, используемые в оптоволоконной связи, невидимы для пользователя телефона, те, которые используются в обычных устройствах дистанционного управления, очевидны и встречаются почти в каждом американском доме. Опять же, фотодиоды, чувствительные к длинам волн ИК-излучения, являются стандартом, но требования гораздо ниже, чем для оптоволоконных устройств, поскольку скорость передачи данных низкая, и обычно передается лишь небольшой объем информации — простые команды для переключения каналов или переключения видеомагнитофона или Телевизор включен или выключен.Однако даже пульты дистанционного управления становятся все изощреннее — например, беспроводные мыши для ПК используют детекторы, которые измеряют относительную силу сигналов для определения ориентации и положения мыши.

Безопасность и защита

Простейшие типы приложений дистанционного зондирования включают в себя только обнаружение присутствия или отсутствия объекта или условия для наблюдения за безопасностью и безопасностью. В таких приложениях обычно используются фотопроводники — самая дешевая и надежная технология детекторов.Наиболее распространенным из таких приложений являются ИК-чувствительные датчики движения для домашних систем безопасности. Недавно разработанные примеры включают такие автомобильные применения, как детекторы столкновений, для наблюдения за объектами в «слепой зоне» водителя и детекторы пассажиров, которые определяют, когда активировать подушки безопасности. На заводах детекторы безопасности, чувствительные к видимым или ультрафиолетовым (УФ) длинам волн, выполняют такие задачи, как обнаружение электрической дуги, автоматически отключая ток в месте возникновения дуги.

Управление процессами

Следующий шаг в усовершенствовании — приложения для управления процессами, еще одно крупномасштабное потребительское применение фотодетекторов.Во многих случаях эти устройства могут быть такими же простыми, как датчики положения, для проверки того, что заготовка находится в нужном месте, или для обеспечения обратной связи для роботизированных систем. Но другие системы нуждаются в точном сравнении интенсивности излучения на разных длинах волн, обычно требуя точно воспроизводимых детекторов, таких как фотодиоды или фототранзисторы. На заводах по переработке, например, естественная флуоресценция некоторых пластиков может использоваться с детекторами с оптическими фильтрами для сортировки различных материалов, в то время как другие спектроскопические тесты могут различать разные типы стекла.

Сравнение интенсивности излучения на двух или более длинах волн ИК-диапазона используется в пирометрии для дистанционного измерения и контроля высокотемпературных процессов. Подобные методы в УФ-области используются для контроля и контроля пламени. В некоторых из этих приложений, в которых излучение является интенсивным, часто предпочтительны болометры повышенной прочности, которые измеряют излучение по передаваемому теплу, а не по квантовому детектированию отдельных фотонов. В конце производственного процесса детекторы используются как часть устройств неразрушающего контроля, с использованием теплового сканирования для проверки физических дефектов или состава поверхности и отделки.Все чаще системы визуализации, особенно ПЗС-матрицы, используются в системах машинного зрения, которые встраиваются в более гибкие роботы, не только на заводах, но также, в ограниченной степени, в мобильных устройствах, используемых в учреждениях обслуживания, таких как больницы.

Для приложений управления технологическим процессом на предприятиях часто требуются детекторные системы, которые могут выдерживать экстремальные условия окружающей среды. В пищевой промышленности, например, дезинфицирующие щелочные растворы распыляются при высокой температуре и давлении до 1200 фунтов на квадратный дюйм, что требует чрезвычайно прочной упаковки фотодетектора.На металлообрабатывающих предприятиях для извещателей может потребоваться тефлоновый кожух для облегчения удаления брызг расплавленного металла при точечной сварке. В таких условиях особое внимание уделяется материалам детекторов, способным выдерживать широкий диапазон температур, что снижает потребность в изоляции.

Третье приложение для обнаружения большого объема применяется во всех формах видеокамер, от больших камер, используемых студиями телевещания и кабельного телевидения, до видеокамер размером с ладонь. Хотя это относительно зрелая область, улучшения светочувствительности, времени отклика и разрешения продолжаются в базовой технологии CCD, которая доминирует в бизнесе видеокамер.Последние разработки в этой области включают расширение технологии массового производства видеокамер для приложений ночного видения с ИК-подсветкой, которые ранее были ограничены в основном оборонным использованием.

Передовой

Самые современные детекторы, как правило, предназначены для небольших специализированных областей, таких как лабораторные исследования, биомедицина, оборона, мониторинг окружающей среды и астрономия. Термография, измеряющая тепло, излучаемое человеческим телом, долгое время была рутинным диагностическим тестом, требующим ИК-детекторов.Последние разработки позволили биологам-исследователям наблюдать быстрые биохимические реакции с помощью сверхвысокоскоростных ПЗС-матриц. Камеры, используемые для отслеживания химической диффузии в отдельных ячейках, например, обычно имеют скорость считывания в несколько мегагерц и частоту кадров до 10 000 в секунду. В спектроскопических приложениях высокая чувствительность фотоэлектронных умножителей (ФЭУ) делает их рабочей лошадкой лабораторных детекторов.

Несомненно, наибольшим стимулом для высокотехнологичных детекторов, особенно в ИК-области, были приложения для защиты.В течение десятилетий вооруженные силы использовали инфракрасные детекторы на ракетах с тепловым наведением, что привело к длительной гонке вооружений, поскольку ложные цели, такие как магниевые ракеты, сбивали с толку эти датчики, что побудило к разработке более сложных устройств, позволяющих отличать ложные цели от реальных целей. Это привело к разработке настраиваемых ИК-детекторов, которые могут определять спектры выхлопных струй, спутниковых матричных детекторов для изоляции теплых целей на теплом фоне и постоянного совершенствования инфракрасных видеокамер для ночного видения.Инфракрасное сканирование с самолета показывает расположение наземных мин, которые проявляются в областях с более теплой почвой. В конечном итоге бесполезная программа противоракетной обороны, Стратегическая оборонная инициатива (СОИ), хотя и так и не дала практического способа сбивать межконтинентальные баллистические ракеты, все же привела к разработке чувствительных детекторов дальнего ИК-диапазона для длин волн более 5 мкм, которые впоследствии нашли применение. в астрономии, среди других мест.

С сокращением масштабов SDI и окончанием холодной войны многие военные технологии переходят в гражданские приложения.Хорошо продвинулась работа по адаптации военных систем ИК-детекторов ночного видения для улучшения зрения водителя за пределами досягаемости фар. Рабочие лошадки для обнаружения при слабом освещении, такие как лавинные фотодиоды, впервые появились в результате исследований, финансируемых Пентагоном.

Зондирование окружающей среды

Сегодня для мониторинга окружающей среды используется широкий спектр фотодетекторов от УФ до ИК. Обычно сигналы имеют низкую интенсивность, поэтому первичными детекторами являются ФЭУ и лавинные фотодиоды (твердотельные фотоумножители).Обнаружение загрязнения обычно основывается на УФ-спектроскопии с детекторами, измеряющими силу линий поглощения для таких загрязняющих веществ, как диоксид серы, оксиды азота и озон. Флуоресцентная спектроскопия позволяет обнаруживать чрезвычайно небольшие количества загрязняющих веществ, таких как бензол, толуол, ксилол и оксиды серы, которые могут быть измерены на уровне частей на миллиард. Другой чувствительный метод — хемилюминесценция, при которой вводится реагент, который избирательно соединяется с загрязнителем, вызывая слабое свечение в процессе.Для таких приложений требуются большие активные области и низкий уровень шума.

Для мониторинга твердых частиц в воздухе и воде используются более простые методы. Здесь количество света, рассеянного частицами, является хорошей непрерывной мерой уровня загрязнения. Часто доступно достаточное количество света, поэтому можно использовать фотодиоды, пользуясь их надежностью и малым временем отклика.

Для мониторинга загрязнения на больших территориях все чаще используются методы лидарного рассеяния.В этом методе лазер излучает световые импульсы с частотой повторения около 50 Гц; эти импульсы рассеивают загрязняющие вещества в воздухе. Чувствительные детекторы, обычно ФЭУ, регистрируют количество рассеянного света и время прихода рассеянного света. Таким образом можно измерить расстояние до загрязнителя. Когда лидар сканирует регион, можно нанести на карту распределение данного загрязнителя.

Космический мониторинг окружающей среды, как для отслеживания загрязняющих веществ, так и для анализа погоды и климата, предъявляет повышенные требования к детекторам как по чувствительности, так и по компактности.Установленные на спутниках ИК-спектрометры могут измерять концентрацию озона из космоса, иногда с использованием пироэлектрических детекторов для преобразования тепла в электрические импульсы. Инфракрасные детекторы космического базирования для мониторинга температуры, как правило, представляют собой инфракрасные решетки из теллурида ртути и кадмия, которые впервые были разработаны для оборонных целей.

Астрономия

Без сомнения, самые сложные приложения для фотодетекторов находятся в области астрономии, где исследуемый диапазон длин волн простирается от дальнего ИК-диапазона в сотни микрон до фотонов космических лучей с энергией 1020 эВ и длиной волны 10 мкм. 20 мкм, диапазон 22 порядка.Что касается длинноволнового диапазона, Европейское космическое агентство строит планы для FIRST, космического телескопа дальнего инфракрасного и субмиллиметрового диапазонов, который откроет один спектральный диапазон, который еще не исследован, — от 60 до 670 мкм. В конструкции будут использоваться массивы германий-галлиевых фотопроводников от 100 до 200 мкм и массивы болометров, охлаждаемых до 0,1 К для остальной части диапазона. В диапазоне длин волн ближнего ИК-диапазона решетки из антиномида индия, теллурида кадмия и силицида платины в фокальной плоскости, изначально разработанные для военных, становятся аксессуарами для маршрутизации как наземных, так и космических телескопов.Миниатюрные ИК- и ПЗС-камеры на борту космического корабля «Клементина» позволили ему исследовать Луну в диапазоне длин волн от УФ до 9,5 мкм в дальнем ИК-диапазоне.

При длинах волн УФ, которые обязательно просматриваются из космоса, поскольку атмосфера в основном непрозрачна для УФ, достижения в области ФЭУ с микроканальными пластинами привели к значительному повышению чувствительности, что очевидно в таких приборах, как те, которые используются на платформе ASTRO на борту космических кораблей. При еще более высоких энергиях рентгеновские телескопы, такие как ROSAT, запущенные Европейским космическим агентством, открывают новые окна в наиболее энергичные процессы во Вселенной.Детекторы рентгеновского излучения обычно основаны на подходах, отличных от тех, которые используются для более длинноволнового излучения. В газонаполненных детекторах электроны выбиваются рентгеновскими лучами, и размножение электронов происходит в газе, когда электроны лавинообразно устремляются к высоковольтному проводу. Однако методы, заимствованные из других частей спектра, такие как микроканальные пластины для умножения электронов, также могут быть использованы в детекторах рентгеновского излучения. Для мягкого рентгеновского излучения ниже 10 кэВ более широкое применение находят специально разработанные ПЗС-матрицы.В детекторах с более высокой энергией часто используются калориметры, которые измеряют общее количество тепла, выделяемого при поглощении рентгеновских лучей. И в настоящее время ведется разработка принципиально новых типов детекторов на основе сверхпроводящих туннельных переходов.

Наконец, при самых высоких энергиях огромные массивы оптических детекторов могут косвенно реагировать на космические лучи сверхвысокой энергии, входящие в верхнюю часть атмосферы Земли. Детектор Fly’s Eye в Университете Юты (Солт-Лейк-Сити, штат Юта) имеет тысячу датчиков, расположенных на площади четверти квадратного километра, отслеживающих синхронизированные вспышки света, которые сигнализируют о каскаде, создаваемом космическими лучами, сталкивающимися с атомами атмосферы.Возможно, еще более экзотичными являются массивы фотодетекторов видимого света, погруженные в миллионы галлонов океанской воды, предназначенные для обнаружения чрезвычайно редких взаимодействий сверхпроникающих нейтрино с ядрами водорода в воде (см. Laser Focus World, октябрь 2000 г., стр. 77).

ЭРИК ЛЕРНЕР — физик, внештатный автор книг и редактор журнала Laser Focus World; электронная почта: [email protected].

Материалы MXene компании Drexel помогают фотодетекторам видеть свет | Сейчас

Фотодетекторы — это устройства, которые преобразуют информацию, переносимую светом, в электрический сигнал, который может обрабатываться электронными схемами и компьютерами.Они встречаются в повседневных устройствах, таких как телевизионные пульты дистанционного управления и датчики движения, и являются ключевым компонентом многих технологий искусственного интеллекта и Интернета вещей (IoT). Но самый крупный и быстрорастущий рынок для них — это центры обработки данных и телекоммуникации, где десятки миллионов из них развертываются каждый год, чтобы удовлетворить стремительно растущие потребности наших вычислительных технологий в хранении.

Рост в этих отраслях сделал фотодетекторы востребованным продуктом, но для их изготовления требуются дорогие материалы, такие как золото и титан, и строго контролируемые условия, обеспечиваемые капиталоемким оборудованием с высокими затратами на техническое обслуживание.

Исследователи из Университета Дрекселя недавно сообщили о новом способе изготовления сенсоров с использованием типа двумерного материала под названием MXene, который улучшает их чувствительность и существенно снижает производственные затраты.

Фотосенсоры — это устройства, которые позволяют передавать информацию посредством светового излучения в телевизионных пультах дистанционного управления, устройствах LiDAR и IoT.

В своем исследовании, которое недавно было опубликовано в журнале Advanced Materials , группа показывает, как замена золота полупрозрачно тонким слоем материала MXene может сделать возможным масштабирование процесса производства фотодетекторов и выпуск сенсоров, которые превосходят нынешний — золотой — стандарт.

«Это важное событие, поскольку ожидается, что мировой спрос на фотодетекторы к 2024 году достигнет 2 миллиардов долларов, поэтому существует острая необходимость в расширении процесса и поиске более экологически безопасных материалов для использования в качестве компонентов», — сказал Пуйя Дианат (Pouya Dianat). Доктор философии , доцент инженерного колледжа Дрекселя и соавтор статьи.

Фотоприемники преобразуют световое излучение в электрический ток. Обычно они используют золото в качестве контактного материала для соединения материала детектора с остальной схемой, поскольку он обладает высокой проводимостью.Эти детекторы все чаще используются в ряде приложений, требующих быстрой передачи объемов данных, таких как автоматизированные системы сборки, упаковки и доставки, количество которых растет, чтобы справиться с бумом онлайн-покупок. Их высокие стойки используются в центрах обработки данных размером с склад для передачи информации по зданиям, которые могут охватывать площадь четырех футбольных полей.

Поскольку MXenes, которые представляют собой двухмерно тонкие слоистые материалы, достаточно универсальны, чтобы сохранять высокую проводимость при нанесении в различных формах — от аэрозольной краски до глины и чернил — они стали привлекательными кандидатами для использования в прозрачная пленочная форма, как электроды в фотоприемниках.

«Одной из самых серьезных проблем при изготовлении фотоприемников является нанесение золотых контактов. Помимо стоимости самого золота, процесс изготовления должен выполняться при высокой температуре и в вакуумной камере, что также является довольно дорогостоящим », — сказала Киана Монтазери , доктор наук и ведущий автор статьи. «Мы заменяем золото на MXenes, которые являются менее дорогостоящими материалами, и производим компоненты фотоприемника, помещая его в условия окружающей среды с помощью настольного спиннера.”

Этот процесс нанесения тонких пленок похож на помещение капли чернил в центрифугу, а затем удаление образовавшихся брызг со стены. Поскольку это относительно простой процесс, который может выполняться в нормальных атмосферных условиях на подложке с рисунком, его можно легко масштабировать до массового производства фотоприемников MXene.

Чувствительность фотодетекторов зависит от площади поверхности светочувствительного материала. Хотя более желательны датчики большего размера, их размер также требует большей оптической мощности для работы и вызывает медленный отклик.Поскольку они являются проводящими, пленки MXene могут использоваться в нескольких компонентах датчиков, таким образом превращая почти всю поверхность устройства в зону чувствительности без снижения его энергоэффективности или производительности.

«Интерес к MXenes в последнее время резко возрос по ряду причин, главная из которых заключается в том, что их можно смешивать с водой для создания аэрозолей и чернил, оставаясь при этом достаточно проводящими», — сказал Бахрам Набет, доктор философии , профессор Колледжа Дрекселя. Инженер и соавтор статьи «Использование прозрачной пленки MXene в качестве контактов в фотодетекторах дает очевидное преимущество, так как позволяет избежать компромисса между расстоянием прохождения носителя и чувствительностью.”

Фотодетекторы — это устройства, которые позволяют передавать информацию с помощью светового излучения. Они используются десятками тысяч в центрах обработки данных, где информация передается на огромные пространства с помощью волоконной оптики.

В статье исследователи сообщают, что созданные ими пленочные фотоприемники MXene показали в четыре раза лучшую чувствительность, чем современные устройства, сделанные из золота.Это означает, что их можно использовать для повышения энергоэффективности центров обработки данных.

«Следующим шагом в этой работе является продолжение стандартизации производственного процесса и разработка методов стабилизации компонентов MXene для использования в различных средах и условиях», — сказал Мишель Барсум, доктор философии , заслуженный профессор инженерного колледжа. «Мы ожидаем, что это открытие откроет дверь для использования MXene в широком спектре оптоэлектронных устройств, таких как фотодиоды и фототранзисторы, а также в таких перспективных технологиях, как микроэлектроника, фотонные интегральные схемы и кремниевая фотоника.”

Это исследование было поддержано Национальным научным фондом и Управлением военно-морских исследований.

В дополнение к Монтазери, Набет, Барсум и Дианат; Луизиана Верже, доктор философии; также из Дрекселя, и Марк Карри, доктор философии из Военно-морской исследовательской лаборатории, принимал участие в этом исследовании.

Полный текст статьи можно прочитать здесь: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/pdf/10.1002/adma.2011

RP Photonics Encyclopedia — датчики изображения, матрицы фотодиодов, линейный датчик, последовательное считывание, усиленная ПЗС, CMOS, инжекция заряда, формирование цветных изображений, инфракрасный, болометр

Датчики изображения — это оптоэлектронные датчики, которые могут измерять интенсивность света с пространственным разрешением для получения изображений Приложения.Они используются в различных типах камер и для сканеров, например

. Некоторые датчики изображений генерируют только одномерные изображения, но, комбинируя несколько таких изображений с постоянными поперечными интервалами, можно собирать двухмерные изображения. Например, это часто делается в сканерах документов. Другие датчики напрямую создают двухмерные изображения.

Датчики изображения также называются матрицами фокальной плоскости (FPA), что указывает на то, что они представляют собой области детекторов, которые размещаются в фокальной плоскости системы формирования изображения.

Фотодиодные матрицы

Если требуется относительно небольшое количество пикселей, можно использовать матрицу фотодиодов. Он содержит один фотодиод на пиксель, и все эти диоды можно адресовать с помощью отдельных проводов. Обычно используется линейный датчик , в котором все пиксели расположены в один ряд.

Для диодных матриц не подходят технологии для датчиков с тысячами пикселей детектора.

Этот простой подход, однако, не более практичен для линейных датчиков с тысячами пикселей, потому что количество проводных соединений было бы непрактичным.Даже если бы можно было сделать подходящие соединители, это было бы неудобно для дальнейшей обработки данных, например. с микропроцессором.

Доступны матрицы фотодиодов с различными типами фотодиодов для использования в определенных спектральных областях. Например, есть кремниевые решетки для использования с видимым или ближним инфракрасным излучением, тогда как с устройствами на основе арсенида индия-галлия можно попасть дальше в инфракрасное.

Линейные датчики с последовательным считыванием

Последовательное считывание является важной концепцией для датчиков изображения с большим количеством пикселей.

Для линейных датчиков (используемых в камерах с линейной разверткой) с большим количеством пикселей необходимо изменить некоторые фундаментальные принципы работы. Вместо параллельного считывания сигналов для всех пикселей необходимо использовать некоторый метод для реализации последовательного считывания : интенсивности сигналов, относящиеся к разным пикселям, передаются последовательно, то есть в несколько разное время.

Работать с электрическими зарядами, а не токами или напряжениями удобнее.

Было бы не очень практично реализовать такой метод для фототоков — обеспечение выходного тока, который в какой-то момент соответствует фототоку определенного фотодиода.То же самое касается концепций, основанных на электрическом напряжении. Вместо этого общепринятым методом является работа с электрическими зарядами вместо токов; такие заряды накапливаются в течение определенного времени экспозиции (которое, конечно, может быть скорректировано в соответствии с условиями измерения).

Во время экспонирования конденсатор собирает электрический заряд пропорционально полученному количеству света.

Электронные датчики изображения обычно реализуются в виде оптоэлектронных полупроводниковых чипов, где необходимые структуры для всех пикселей изготавливаются параллельно.Используемые структуры для светочувствительных элементов могут существенно различаться для разных датчиков, но обычно они основаны на фундаментальном принципе наличия какого-либо фотодетектора, который заряжает конденсатор во время экспонирования. Перед началом экспонирования конденсатор заряжается до некоторого фиксированного напряжения смещения. После экспонирования конденсатор приобретет некоторое количество заряда (или изменение заряда), которое отражает общее количество света, полученного во время экспонирования.

В конце концов, заряд нужно преобразовать в сигнал напряжения.Для этого преобразования в датчиках изображения используются разные подходы; концепции датчиков CMOS и CCD описаны в следующих разделах. Все они основаны на кремниевой технологии, обеспечивающей светочувствительность во всем видимом диапазоне и отчасти в инфракрасном диапазоне.

Линейные КМОП-датчики

CMOS означает дополнительный металл-оксид-полупроводник. — технология, разработанная для создания интегральных электронных схем, таких как микропроцессоры. По сути, та же технология применяется для датчиков изображения CMOS.Фотоприемник может быть фотодиодом или фотозатвором.

На заре создания КМОП-датчиков использовались пассивные пиксельные датчики (PPS), где каждый фотодетектор имел только один МОП-транзистор, с помощью которого можно было пропускать заряд через провод шины к усилителю заряда (только один для весь датчик), например высоколинейный емкостной трансимпедансный усилитель. Эта концепция может быть реализована с помощью относительно простых конструкций микросхем с хорошим коэффициентом заполнения , т.е.светочувствительное устройство покрывает большую часть площади на пиксель.

Обычно для каждого пикселя используется несколько транзисторов.

В современном датчике CMOS с активными пикселями (APS = датчик активных пикселей ) с каждым фотодетектором связан один усилитель заряда, так что достигается значительно лучшее соотношение сигнал / шум и более высокая скорость, но с меньшей точностью. линейность. Дополнительные транзисторы могут использоваться для таких функций, как управление экспозицией с помощью глобального затвора, подавление шума и т. Д.Эта электроника выдает значение напряжения, отражающее полученный заряд, который может быть направлен на провод шины с одним из транзисторов. Даже аналого-цифровое преобразование может выполняться на уровне пикселей, в результате чего получается цифровой пиксельный датчик с пятью или более транзисторами на фотодетектор и без потери качества сигнала при дальнейшей обработке.

Случайный доступ к пикселям может быть полезен для некоторых приложений.

Хотя на практике данные для всех пикселей обычно считываются последовательно, датчик CMOS также позволяет адресовать пиксели в произвольном порядке, аналогично адресации байтов в оперативной памяти (RAM).Например, в определенных ситуациях можно считывать только некоторый диапазон пикселей или использовать только каждый второй пиксель для быстрого получения некоторого ограниченного количества информации.

Основным преимуществом сенсорной технологии CMOS является то, что ее можно легко интегрировать с дополнительными аналоговыми или цифровыми схемами на кристалле CMOS.

Линейные ПЗС-датчики

ПЗС-датчики

основаны на принципе устройств с зарядовой связью , которые изначально были разработаны для чисто электронных приложений, но оказались наиболее полезными для получения изображений.Хотя светочувствительная часть может быть того же типа, что и в датчике CMOS, метод считывания совершенно другой. Сначала мы рассмотрим более простую ситуацию с линейной матрицей ПЗС-датчиков и рассмотрим двумерные ПЗС-датчики в следующем разделе.

Сдвиговый регистр используется для последовательной передачи данных изображения.

Обычный тип реализации включает передаточный вентиль , который представляет собой другую матричную структуру, размещенную параллельно пикселям МОП-датчика; он сам по себе стал нечувствительным к свету за счет некоторого экранирования и действует как аналоговый сдвиговый регистр .После экспонирования сначала переносят заряды фотоприемников в передаточный вентиль. После этого оттуда последовательно считываются сигналы по принципу сдвигового регистра. На каждом этапе переносится заряд из каждой ячейки сдвигового регистра в соседнюю, за исключением последней, где сигнал считывается с помощью усилителя заряда (обычно на отдельной аналоговой микросхеме), создавая сигнал напряжения. На первом этапе после экспонирования выходной сигнал будет отражать количество света, полученного одним из детекторов; в последующих циклах переключения получаются сигналы для всех остальных детекторов.Во время процедуры смещения фотоприемники могут производить экспозицию для следующего кадра изображения.

Зависящий от времени сигнал напряжения затем преобразуется в цифровой сигнал в аналого-цифровом преобразователе на той же микросхеме. Обратите внимание, что требуется только один усилитель заряда и аналого-цифровой преобразователь, что не только экономит пространство на кристалле, но также устраняет проблему отклонений производительности между различными пикселями и снижает частоту дефектов пикселей. Сами фотодетекторы, имеющие довольно простую структуру, легче изготовить с однородными свойствами по сравнению с более сложными многотранзисторными КМОП конструкциями.

Регистр сдвига для зарядов легко реализовать с помощью некоторого расположения электродов. Обычно на каждый пиксель детектора приходится три ячейки. Непосредственно после переноса зарядов в затвор переноса только каждая третья ячейка содержит заряд, удерживаемый в потенциальной яме, созданной с помощью соответствующего электрода. Теперь потенциальные ямы можно смещать, изменяя все напряжения на электродах, так что каждый заряд течет в соседнюю ячейку, избегая при этом любого смешивания зарядов. Существуют и другие подробные реализации принципа сдвигового регистра, но основной принцип всегда такой, как объяснено выше.

Также возможно комбинировать функции фотодетектирования и регистра сдвига, но тогда требуется внешний затвор для запрета дальнейшего освещения во время операции сдвига — за исключением, возможно, случая, когда сдвиг может быть выполнен намного быстрее, чем экспонирование изображения.

Обычно микросхемы ПЗС-датчиков дополняются дополнительными микросхемами для обеспечения необходимого тактового сигнала, аналого-цифрового преобразования, дальнейшей обработки сигнала и т. Д.

Важность технологии ПЗС-сенсоров подчеркивается Нобелевской премией по физике 2009 г., которая наполовину была присуждена Уильямсу С.Бойлю и Джорджу Э. Смиту за изобретение принципа устройств с зарядовой связью.

Для датчиков двумерного изображения, которые могут легко иметь многие тысячи или даже десятки миллионов пикселей, очевидно, было бы непрактично использовать один провод на пиксель детектора; Метод последовательного считывания, как объяснено выше для линейных детекторных матриц, необходим, только в несколько адаптированной форме.

КМОП

Датчики двумерного изображения CMOS позволяют случайным образом адресовать каждый пиксель по его номеру строки и столбца.(Количество строк или столбцов часто слишком велико для их адресации с помощью того же количества внешних проводных соединений; необходимо использовать двоичный адресный код, передаваемый по нескольким проводам, в качестве входа некоторого демультиплексора строк или столбцов.) В активных пиксельных датчиках аналоговый сигнал напряжения адресного пикселя отправляется на шину без значительной потери качества сигнала. Вместо этого цифровые пиксельные датчики передают цифровые данные, устраняя потерю качества сигнала.

В случае КМОП-сенсоров периоды экспозиции рядов изображений часто меняются; у одного есть поворотная шторка или прокручиваемая шторка .Однако также можно реализовать глобальный затвор , который лучше использовать с движущимися объектами, хотя он может уменьшить доступное время экспозиции, например в видеокамерах.

CCD

Для ПЗС-сенсоров можно использовать дополнительный сдвиговый регистр для мультиплексирования сигналов из разных столбцов изображения. Для каждой строки изображения используются регистры вертикального сдвига, чтобы заполнить регистр горизонтального сдвига одной точкой для каждого столбца, а затем сдвигать эти значения для получения выходного сигнала.Каждый последующий вертикальный сдвиг предоставляет данные для другой строки. Таким образом, порядок, в котором получаются данные изображения для пикселей, является жестким и не может быть изменен.

На самом деле существуют ПЗС-сенсоры разных архитектур, например: Датчики межстрочного переноса , датчики переноса кадра , полнокадровые датчики и другие, в которых детали техники мультиплексирования различаются.

Сравнение CMOS и CCD

Из-за значительных технологических разработок в области сенсорных чипов CMOS и CCD, их относительные достоинства со временем изменились и могут существенно зависеть от того, какие детальные устройства будут выбраны.Например, если изначально было известно, что КМОП-сенсоры менее чувствительны и предлагают более низкое качество изображения, то теперь существуют КМОП-сенсоры, которые предлагают довольно хорошее качество изображения и очень похожие коэффициенты заполнения и чувствительность. Тем не менее можно выделить некоторые общие различия:

  • КМОП-датчики могут быть более легко интегрированы с дополнительной микроэлектроникой на том же чипе, обеспечивая такие функции, как компенсация темнового тока и другая обработка сигналов. Например, есть устройства с логарифмической характеристикой для покрытия очень больших динамических диапазонов (иногда> 60 дБ).Возможны даже однокристальные датчики цифровых камер; это позволяет создавать чрезвычайно компактные камеры.
  • КМОП-камеры
  • , как правило, дешевле в производстве, особенно потому, что требуется меньше дополнительной электроники.
  • Для технологии CMOS
  • требуется только одно рабочее напряжение (например, 2,5 В, 3,3 В или 5 В, в то время как для микросхем ПЗС обычно требуется более высокое напряжение, а также значительно более высокая электрическая мощность (хотя были также разработаны некоторые устройства с более низким напряжением). КМОП-микросхемы
  • обеспечивают значительно более быстрое считывание.
  • Фиксированный шаблонный шум CMOS-сенсоров, возникающий из-за отклонений между электронными частями для разных пикселей, все еще ориентировочно выше, чем для CCD-матриц. Также чаще встречаются дефекты пикселей.

Устройства впрыска заряда

Вариантом ПЗС-датчиков являются устройства ввода заряда (УЗИ). Они изготавливаются по той же технологии MOS, а также используют конденсаторы, которые разряжаются за счет освещения. Отличие от ПЗС-сенсоров заключается в методе считывания: заряды для разных пикселей считываются напрямую через сигнал шины, а не последовательно связываются с соседними пикселями.Это существенно снижает перекрестные помехи между пикселями, например blooming эффекты при высокой интенсивности света. Кроме того, этот подход обеспечивает произвольный доступ к пикселям, то есть не требует последовательного считывания. В остальном показатели производительности аналогичны.

CID

не так широко используются, как CCD, но могут быть подходящим вариантом для специальных приложений, часто со специально адаптированной конструкцией. Например, есть устройства с довольно большой емкостью заряда пикселей, оптимизированные для обнаружения с широким динамическим диапазоном и, возможно, предлагающие квантово-ограниченный шум.Также есть датчики изображения с повышенной радиационной стойкостью.

Светочувствительность, коэффициент заполнения и квантовая эффективность

Часто желательно достичь достаточной мощности сигнала при ограниченном количестве света, чтобы ограничить необходимое время экспозиции. Поэтому стараются получить высокую квантовую эффективность детектирования.

Светочувствительные части чипов CMOS или CCD могут иметь довольно высокую квантовую эффективность, часто около 80 или даже 90% в видимом спектральном диапазоне.Однако часть света часто теряется, потому что светочувствительные части не покрывают всю область пикселей. Эту проблему ограниченного коэффициента заполнения можно уменьшить либо путем минимизации размера светочувствительных частей, либо путем правильного направления падающего света на чувствительные области, например с использованием массивов микролинз. Последний подход, однако, может иметь вредные побочные эффекты, такие как повышенная направленность чувствительности (актуальность которой зависит от используемой конструкции оптической камеры) и эффекты размытия из-за оптических перекрестных помех между различными пикселями.Были разработаны определенные клиновые конструкции, которые в этом отношении лучше.

Другой подход — подсветка задней стороны через подложку уменьшенной толщины. Этот принцип успешно применяется как к датчикам CCD, так и к CMOS.

КМОП-сенсоры

не хуже с точки зрения чувствительности, чем ПЗС-сенсоры, несмотря на ориентировочно большую площадь чипа, используемую для нечувствительных к свету деталей.

Обратите внимание, что термин чувствительность часто ошибочно используется вместо чувствительности.Чувствительность также зависит от шума изображения, который может иметь различное происхождение:

  • Дробовой шум, связанный со статистикой фотонов, может играть важную роль в чувствительных приложениях. Если детектор собирает определенное количество несущих за время измерения в среднем, будет неопределенность (стандартное отклонение), которая является квадратным корнем из этого числа.
  • Тепловой шум может не только вызывать темновой ток (для работы с некоторым напряжением смещения), но также влиять на измерение заряда: когда конденсатор разряжается в начале периода измерения, он не будет полностью разряжен, а скорее будет удерживать некоторое количество тепловая энергия, которая вызывает тепловой шум в результате измерения — если начальное напряжение также не измеряется и не вычитается из результата (что иногда и делается).
  • Усилитель заряда может добавить некоторый дополнительный шум, который частично также является тепловым шумом.
  • Между разными пикселями могут быть систематические отклонения из-за микроскопических вариаций параметров; такой фиксированный шаблонный шум может быть устранен после каждого измерения с помощью программного обеспечения.

Для максимальной чувствительности, например в астрономии датчики изображения часто необходимо охлаждать, чтобы уменьшить тепловой шум. При правильной оптимизации всей системы можно достичь ограниченной производительности по фотонному шуму.

Форматы сенсора

Датчики изображения доступны в широком диапазоне форматов. Датчики для миниатюрных фотоаппаратов, которые используются в смартфонах, имеют ширину всего несколько миллиметров, в то время как типичная зеркальная фотокамера имеет датчик шириной порядка 30 мм. Часто датчики значительно меньше, чем полноформатный размером 36 мм × 24 мм (где кроп-фактор указывает на уменьшение размера диагонали), но есть также полноразмерные датчики и даже датчики значительно большего размера. .

Отношение ширины к высоте часто составляет 4: 3 или 16: 9, что соответствует часто используемым форматам изображений. Однако другие форматы, такие как 1: 1 и 2: 1, также доступны для специальных камер.

Пространственное разрешение и шаг пикселя

Разрешение датчика изображения просто определяется количеством пикселей по горизонтали и вертикали — например, 1024 × 768 или 1600 × 1200.

Расстояние между пикселями (шаг пикселя) в датчиках CMOS или CCD обычно составляет от 2 мкм до 30 мкм.Например, если фотоаппарат потребительского типа содержит датчик изображения с разрешением 3000 × 2000 пикселей, то есть шириной 24 мм, расстояние между пикселями составляет 24 мм / 3000 = 8 мкм. (Высота и ширина пикселей обычно должны быть идентичными.) Размер пикселя может быть несколько меньше шага пикселя; не вся область чипа является активной.

Очевидно, что расстояние между пикселями должно быть достаточно маленьким, чтобы использовать весь потенциал разрешения оптической части, в то время как, с другой стороны, нет смысла делать его значительно тоньше, поскольку это не только увеличит стоимость изготовления, но и излишне увеличит объем данных, которые необходимо обработать, и, возможно, также снизить коэффициент заполнения и, следовательно, эффективность.

Динамический диапазон, линейность, эффекты переполнения

Датчики изображения со встроенным аналого-цифровым преобразователем (например, КМОП-датчики) имеют ограничение динамического диапазона в зависимости от количества бит. Например, 14-битный датчик может выдавать 2 1 4 = 16 384 различных значений интенсивности, соответствующих динамическому диапазону 42 дБ. Фактический динамический диапазон может быть меньше, если младшие биты не имеют смысла. Для сенсорных микросхем с аналоговым выходом (CCD) динамический диапазон ограничен шумом.

В зависимости от деталей электроники, микросхемы ПЗС или КМОП могут быть очень линейными в определенном диапазоне интенсивностей света или проявлять существенную нелинейность. Тип и качество используемого усилителя заряда могут иметь значение для этого аспекта.

При чрезмерном освещении, превышающем полную емкость пикселя, могут возникнуть эффекты цветения из-за переполнения несущих на соседние пиксели.

Перекрестный разговор

Перекрестный ток означает, что свет, падающий на один пиксель, также вызывает некоторую реакцию на наши пиксели.Это может происходить в виде оптических перекрестных помех, например рассеянием света на микролинзах. Кроме того, в электронике могут возникать перекрестные помехи, особенно при высоком уровне освещенности.

Дефекты пикселей

В частности, для датчиков CMOS, но также и для датчиков CCD может случиться так, что некоторые пиксели являются дефектными, например всегда обеспечивает максимальный сигнал даже при отсутствии падающего света или всегда нулевой сигнал. Это не всегда можно заметить сразу, но даже в потребительских камерах, конечно, не должно быть значительного количества битых пикселей.

Время считывания и частота кадров

Время считывания всего кадра изображения может быть значительным, особенно для ПЗС-датчика высокого разрешения с множеством миллионов пикселей. Это, например, ограничивает возможную частоту кадров видеокамеры. Поэтому метод с несколькими отводами был разработан для датчиков CCD, где разные части изображения передаются параллельно через два, четыре или даже больше выходов. Однако это может привести к проблемам, потому что тогда потребуется несколько усилителей заряда и аналого-цифровых преобразователей, которые могут несколько отклоняться в рабочих параметрах, создавая артефакты изображения.

КМОП-сенсоры

обычно быстрее, и существуют версии для нескольких тысяч изображений в секунду.

Совместимость с целями

Например, для фотоаппарата важно, чтобы используемый датчик изображения хорошо подходил к используемому фотографическому объективу. Например, объективы оптимизированы для определенного формата датчика изображения. Кроме того, угол падения света на датчик может зависеть от объектива, а некоторые датчики (например, с микролинзами) могут не работать с большими углами падения; их следует использовать вместе с телецентрическими объективами.

Обнаружение включения телевизора с помощью фотодиода / Sudo Null IT News

У меня есть телевизор, купленный на 8 лет, НЕ смарт-телевизор, у него нет USB и Ethernet. Иногда включаю, чтобы посмотреть телепередачи. И часто бывает, стал смотреть программу, как вдруг ему нужно было выйти из дома, оделся, стоишь в сапогах в коридоре, а телевизор не выключается! Надо снять обувь (не стоит ходить в обуви по комнате), заходишь в комнату, находишь пульт на диване, выключаешь телевизор, занимаешься своими делами.Такая ситуация случается часто, поэтому я решил положить этому конец и все же сделать кнопку выключения телевизора в коридоре.

Оглавление:

  • Описание используемой системы автоматизации Z-Wave
  • Детектор включения телевизора на основе фотодиода BPW34
  • Встраивание фотодетектора в систему автоматизации Z-Way HA с использованием устройство HTTP

Описание используемой системы автоматизации Z-Wave


Мой дом частично автоматизирован устройствами Z-Wave, в том числе несколькими Z-Wave.Me Dimmer для плавного управления освещением, пара универсальных датчиков Fibaro в качестве датчиков движения для включения света, переключатели с батарейным питанием и еще несколько устройств. В коридоре возле входной двери на стене крепится iPhone, который является панелью управления Умным домом. С этой панели можно увидеть температуру в доме и на улице, влажность в помещении, пробки и выключить свет в комнатах.


Рис. 1 — Панель управления умным домом от iPhone 4

Для телевизора я собрал ИК-трансивер, подключенный к Raspberry Pi.Благодаря этому устройству я могу управлять телевизором с помощью HTTP-запросов: включать / выключать, переключать каналы, изменять громкость и т. Д. Но я просто не могу узнать, включен телевизор или выключен.


Рис. 2 — ИК-приемопередатчик для управления телевизором.

Задача, которую мне предстояло решить, заключалась в том, как узнать, что телевизор включен и как передать эту информацию на контроллер умного дома RaZberry, чтобы работать с ним уже в составе моей системы домашней автоматизации. Я кратко расскажу о своем контроллере домашней автоматизации.

Для связи с устройствами Z-Wave я использую плату RaZberry, установленную на Raspberry Pi.


Рис. 3 — Плата Z-Wave RaZberry на Raspbberry Pi

В комплекте к плате идет ПО для автоматизации — Z-Way. Z-Way имеет модульную структуру. Одна его часть — это проприетарная библиотека для работы с Z-Wave, написанная на C, вторая часть — это движок автоматизации с открытым исходным кодом Z-Way Home Automation (Z-Way HA), написанный на JavaScript. Z-Way HA в дополнение к устройствам Z-Wave также поддерживает любое устройство HTTP, т.е.е. Устройства, с которыми вы можете связываться с HTTP-запросами. Для механизма автоматизации Z-Wave устройства и HTTP-устройства ничем не отличаются. Вы можете легко создать HTTP-устройство, которое принимает погоду с помощью OpenWeather и создать правило автоматизации: если на улице 30 ° C, включите реле Z-Wave, которое управляет электрическим стеклоподъемником мансардного окна.


Рис. 4 — Правило автоматизации в системе Z-Way HA

Используя HTTP-устройство, я могу добавить телевизор в свою систему автоматизации. Вам просто нужно понимать, какой сигнал с телевизора передавать по HTTP.
Существует несколько вариантов определения того, что телевизор включен:

  1. Современные телевизоры Smart TV через Ethernet сообщат вам, что вы хотите (Мой телевизор не имеет Ethernet)
  2. Многие телевизоры поддерживают технологию CEC для HDMI (Мой не поддерживает технологию CEC). support CEC)
  3. У некоторых телевизоров нет питания на выходе USB при выключении (у моего телевизора нет USB)
  4. Вы можете включить телевизор через настенный штекер Fibaro — модуль розетки Z-Wave с измерением энергии. Самый удобный вариант для меня, так как я остаюсь в рамках системы Z-Wave.Проста в установке, легко определить состояние телевизора, есть энергопотребление — телевизор включен, энергопотребления нет — телевизор выключен (3000 руб за модуль)
  5. Определить состояние светодиода телевизора, который горит, когда телевизор выключен и не горит, когда телевизор включен (Мой выбор!)

Детектор включения телевизора на основе фотодиода BPW34


Я решил определять состояние телевизора по светящемуся на нем светодиоду. Возле телевизора у меня стоит Raspberry Pi для просмотра фильма, я планировал подключить светодиод напрямую к GPIO и тем самым узнать состояние телевизора, но для этого пришлось снять телевизор со стены, разобрать его.Я решил пойти другим путем.

Чтобы определить, что светодиод горит, я использовал диод BPW34 photo , который работает как фотодетектор. Чтобы подключить его к Raspberry Pi, я сначала усилил сигнал с помощью операционного усилителя LM358 , а затем сигнал с операционного усилителя уже был подан на GPIO. Схема оказалась простой:


Рис. 5 — Схема фотоприемника с цифровым выходом

Устройство в сборе:


Рис.6 — Фотоприемник, подключенный к Raspberry Pi

На Raspberry Pi у меня уже есть инфракрасный передатчик и датчик влажности с экраном, я прикрепил к экрану фотодетектор:


Рис. 7 — Установленный фотоприемник на Операционный усилитель Raspberry Pi

выбирает приблизительно 1,5 В от источника питания 3,3 В. Когда светодиод горит, на выходе — 2 В, когда не горит — 0 В. Raspberry Pi принимает все, что больше 1 В, как логическую единицу, чтобы все работало по плану.Я подключил устройство к Raspberry Pi и прикрепил фотодиод к телевизору с помощью двусторонней черной ленты.


Рис. 8 — Фотодиод, подключенный к телевизору

Встраивание фотодетектора в систему автоматизации с использованием HTTP-устройства


С помощью фотоприемника я могу узнать состояние телевизора, а с помощью ИК-приемопередатчика я могу им управлять. Чтобы передать статус и управлять телевизором, я поднял Apache на Raspberry Pi и написал 2 небольших скрипта cgi, один скрипт принимает HTTP-команды и перенаправляет их в IR, другой скрипт возвращает статус TV на или на :
  xbian @xbian ~ $ cat / var / www / cgi-bin / tvstatus.cgi
#! / bin / bash
echo "Content-type: text / json"
эхо ""
СТАТУС = `cat / sys / class / gpio / gpio27 / value`
если ["$ STATUS" -eq "1"]; потом
    эхо "выключено"
еще
    эхо "на"
фи
  

В системе автоматизации Z-Way Home Automation я создал HTTP-устройство, которое включает / выключает телевизор и действительно показывает его состояние, т.е. если вы выключаете телевизор с помощью пульта дистанционного управления или кнопки на нем, то в Z-Way HA Я посмотрю реальное состояние телевизора.


Рис. 9 — Создание HTTP-устройства в системе Z-Way HA


Рис.10 — ТВ-виджет на приборной панели

Зачем мне знать статус телевизора? Кроме того, та же ИК-команда используется для включения и выключения телевизора, и мне нужно отправить только команду выключения с панели в коридоре, потому что если вы отправите команду на телевизор, когда он выключен, он будет включи.

Теперь, выйдя из дома, нажимаю в коридоре одну кнопку — «Выключить все», и команды расходятся по разным устройствам.

Исследования закладывают основу для ультратонкого энергоэффективного фотоприемника на стекле

УНИВЕРСИТЕТСКИЙ ПАРК, Па.- Хотя мы не всегда можем это осознавать, фотоприемники вносят большой вклад в удобство современной жизни. Фотодетекторы, также известные как фотосенсоры, преобразуют световую энергию в электрические сигналы для выполнения таких задач, как открытие автоматических раздвижных дверей и автоматическая регулировка яркости экрана мобильного телефона в различных условиях освещения.

Новая статья, опубликованная группой исследователей из штата Пенсильвания в ACS Nano, направлена ​​на дальнейшее продвижение использования фотоприемников за счет интеграции технологии с прочным стеклом Gorilla Glass, материалом, используемым для экранов смартфонов, производимым Corning Incorporated.

Интеграция фотоприемников со стеклом Gorilla Glass может привести к коммерческой разработке «умного стекла» или стекла, оснащенного автоматическими сенсорными свойствами. По словам исследователей, умное стекло имеет ряд применений, начиная от обработки изображений и заканчивая передовой робототехникой.

«При попытке изготовления и масштабирования фотодетекторов на стекле необходимо решить две проблемы, — сказал главный исследователь Саптарши Дас, доцент кафедры инженерных наук и механики (ESM).«Это должно быть сделано при относительно низких температурах, поскольку стекло разрушается при высоких температурах, и должен гарантировать, что фотодетектор может работать на стекле с минимальным энергопотреблением».

Чтобы преодолеть первую проблему, Дас вместе с докторантом ESM Джозефом Р. Насром определили, что химическое соединение дисульфид молибдена является лучшим материалом для использования в качестве покрытия на стекле.

Затем Джошуа Робинсон, профессор материаловедения и инженерии (MatSE) и докторант MatSE Николас Симонсон использовали химический реактор при 600 градусах Цельсия — достаточно низкой температуре, чтобы не разрушить стекло Gorilla, — чтобы сплавить соединение и стекло. .Следующим шагом было превратить стекло и покрытие в фотодетектор путем создания на нем рисунка с помощью обычного инструмента для электронно-лучевой литографии.

«Затем мы протестировали стекло с использованием зеленого светодиодного освещения, которое имитирует более естественный источник освещения, в отличие от лазерного освещения, которое обычно используется в аналогичных исследованиях оптоэлектроники», — сказал Наср.

Ультратонкий корпус фотодетекторов на основе дисульфида молибдена позволяет лучше контролировать электростатический заряд и гарантирует, что они могут работать с низким энергопотреблением, что является критически важным требованием для технологии интеллектуального стекла будущего.

«Фотодетекторы должны работать в местах с ограниченными ресурсами или в недоступных местах, которые по своей природе не имеют доступа к источникам неограниченного электричества», — сказал Дас. «Следовательно, они должны полагаться на предварительное накопление собственной энергии в виде энергии ветра или солнца».

По мнению исследователей, в случае коммерческого развития интеллектуальное стекло могло бы привести к технологическому прогрессу в самых разных отраслях промышленности, включая производство, гражданскую инфраструктуру, энергетику, здравоохранение, транспорт и аэрокосмическую технику.Технология может быть применена в биомедицинской визуализации, наблюдении за безопасностью, зондировании окружающей среды, оптической связи, ночном видении, системах обнаружения движения и предотвращения столкновений для автономных транспортных средств и роботов.

«Умное стекло на лобовом стекле автомобиля может адаптироваться к встречным фарам дальнего света при движении ночью, автоматически изменяя его непрозрачность с помощью этой технологии», — сказал Робинсон. «А в новых самолетах Boeing 757 можно использовать стекла на окнах, чтобы пилоты и пассажиры автоматически затемняли солнечный свет.”

Марк В. Хорн, профессор ESM, и Аарьян Оберой, докторант ESM, также приняли участие в этом проекте.

Corning Incorporated и Центр атомно-тонких многофункциональных покрытий при Государственном научно-исследовательском институте материаловедения Пенсильвании финансировали это исследование.

(Контакты для СМИ)

Колледж инженерных отношений со СМИ

Последнее обновление 18 января 2021 г.

Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности.Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.


Настройка вашего браузера для приема файлов cookie

Существует множество причин, по которым cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее частые причины:

  • В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки вашего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
  • Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались.Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, нажмите кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
  • Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
  • Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
  • Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie.Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Чтобы предоставить доступ без файлов cookie потребует, чтобы сайт создавал новый сеанс для каждой посещаемой страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.


Что сохраняется в файле cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в cookie; никакая другая информация не фиксируется.

Как правило, в файле cookie может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта. Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, пока вы не введете его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступа к остальной части вашего компьютера, и только сайт, который создал файл cookie, может его прочитать.

Графеновый фотоприемник с фрактальной золотой «снежинкой»

Графеновый фотодетектор с золотыми контактами в виде фрактального узора в виде снежинки имеет более высокое оптическое поглощение и увеличение фотоэдс на порядок по сравнению с графеновыми фотодетекторами, имеющими контакты с гладкими краями.Предоставлено: Fang et al. © Американское химическое общество, 2016 г.

(Phys.org). Исследователи обнаружили, что фрактальный дизайн, похожий на снежинку, в котором один и тот же узор повторяется на все меньших и меньших масштабах, может увеличить изначально низкое оптическое поглощение графена. Результаты приводят к созданию графеновых фотодетекторов с повышенным на порядок фотоэдс, сверхбыстрым обнаружением света и другими преимуществами.

Среди исследователей из Университета Пердью в Индиане аспиранты Джиран Фанг и Ди Ван, которых руководили профессора Алекс Кильдишев, Александра Болтассева и Влад Шалаев, а также их сотрудники из группы профессора Йонга П.Чен. Команда опубликовала статью о новом дизайне фракталов графенового фотодетектора в недавнем выпуске Nano Letters .

Фотодетекторы — это устройства, которые обнаруживают свет путем преобразования фотонов в электрический ток. Они имеют широкий спектр применения, в том числе в рентгеновских телескопах, беспроводных мышах, пультах дистанционного управления для телевизоров, роботизированных датчиках и видеокамерах. Современные фотодетекторы часто изготавливаются из кремния, германия или других обычных полупроводников, но недавно исследователи изучали возможность изготовления фотодетекторов из графена.

Хотя графен обладает многими многообещающими оптическими и электрическими свойствами, такими как однородное сверхширокополосное оптическое поглощение, а также сверхбыстрая скорость электронов, тот факт, что он имеет толщину всего в один атом, дает ему по своей сути низкое оптическое поглощение, которое является его главный недостаток использования в фотоприемниках.

Чтобы решить проблему низкого оптического поглощения графена, исследователи Purdue разработали графеновый фотодетектор с золотыми контактами в форме фрактальной метаповерхности, похожей на снежинку.Они продемонстрировали, что фрактальный узор лучше собирает фотоны в широком диапазоне частот по сравнению с простым краем золото-графен, что позволяет новому дизайну генерировать в 10 раз больше фотоэдс.

Новый графеновый фотодетектор имеет несколько других преимуществ, таких как то, что он чувствителен к свету с любым углом поляризации, в отличие от почти всех других графеновых фотодетекторов с плазмонным усилением, в которых чувствительность зависит от поляризации. Новый графеновый фотодетектор также является широкополосным, что улучшает обнаружение света во всем видимом спектре.Кроме того, из-за присущей графену высокой скорости электронов новый фотодетектор может очень быстро обнаруживать свет.

«В этой работе мы решили жизненно важную проблему повышения изначально низкой чувствительности графеновых фотодетекторов в широком спектральном диапазоне и нечувствительным к поляризации способом, используя интеллектуальную самоподобную конструкцию плазмонной фрактальной метаповерхности», — сказал Ван. Phys.org . «Насколько нам известно, эти два атрибута не были достигнуты в ранее описанных плазмонно-усиленных графеновых фотодетекторах.«

Исследователи объяснили, что эти характеристики можно напрямую отнести к фрактальному узору.

Фрактальные уровни фрактального дизайна в виде снежинки, а также моделирование электрического поля под золотой фрактальной метаповерхностью. Предоставлено: Fang et al. © Американское химическое общество, 2016 г.

«Предлагаемая нами фрактальная метаповерхность обладает уникальной способностью поддерживать плазмонные резонансы (колебания свободных электронов) в широком спектральном диапазоне нечувствительным к поляризации способом из-за своей сложной и высокогексагональной симметричной геометрии», — сказал Кильдишев.«Ранее сообщалось, что в графеновых фотодетекторах с плазмонным усилением используются более простые узкополосные и поляризационно-чувствительные структуры, поэтому усиление также является узкополосным и чувствительным к поляризации».

Как показали предыдущие исследования, причина того, что фрактальный узор может улучшить оптическое поглощение, заключается в том, что фрактальная метаповерхность создает дополнительные резонансы, причем величина резонанса увеличивается по мере увеличения количества фрактальных уровней. Кроме того, исследователи обнаружили, что фрактальная метаповерхность ограничивает и усиливает электрическое поле света, падающего на поверхность.В конечном итоге это приводит к более высокому фотоэдс, генерируемому в графеновом фотодетекторе.

Как более подробно объяснил Кильдишев, существует два основных механизма создания фотонапряжения в фотодетекторе на основе графена: фотоэлектрический эффект и фототермоэлектрический эффект. Фотоэлектрический эффект использует встроенное электрическое поле, индуцированное различными легированными областями в графене, для разделения оптически возбужденных электронно-дырочных пар в графене. Фототермоэлектрический эффект перемещает свободные электроны в графене через области с разной термоэлектрической мощностью (коэффициенты Зеебека), учитывая градиент температуры между двумя областями.

Фрактальная метаповерхность усиливает оба эффекта в графеновых фотодетекторах, увеличивая напряженность электрического поля и нагревая падающим светом в очень ограниченном пространстве.

«Фрактальная метаповерхность усиливает фотоэдс за счет использования плазмонного резонанса — колебаний свободных электронов в золоте при возбуждении светом», — сказал Кильдишев. «Это затем ограничивает электромагнитную энергию сверхмалыми объемами, генерируя избыточные электронно-дырочные пары в графене, которые затем разделяются фотоэлектрическим эффектом.Падающий свет также нагревает плазмонную структуру, создавая большой градиент температуры на границе раздела металл / графен, вызывая более сильный фототермоэлектрический отклик ».

В будущем исследователи планируют изучить потенциальные применения графеновых фотодетекторов, которые могут выходить за рамки фотодетектирования до сбора фотоизображений с такими приложениями, как солнечные элементы и оптический нагрев. Технологии, требующие быстрого отклика, также могут быть значительно улучшены благодаря высокой скорости работы графенового фотодетектора.

«Одним из замечательных свойств графенового фотоэлектрического / фототермоэлектрического детектора является то, что он очень быстро реагирует на свет благодаря сверхбыстрой скорости движения электронов (фотоэлектрический эффект) и сверхкороткому времени, в течение которого электроны должны отдавать тепло (фототермоэлектрический эффект). в графене «, — сказал Ван. «Такая скорость отклика не имеет себе равных среди других фотодетекторных материалов.

«Плазмонное усиление, как известно, в незначительной степени жертвует сверхбыстрой скоростью отклика.Таким образом, плазмонно-усиленные графеновые фотодетекторы являются многообещающими для считывания полностью оптических модуляторов и других приложений, где скорость отклика является ключевой. Более того, графен имеет нулевую (или настраиваемую) запрещенную зону и однородное оптическое поглощение во всем электромагнитном спектре. Следовательно, графеновые фотодетекторы в принципе могут использоваться для обнаружения света любой частоты с идентичной чувствительностью, что опять-таки не имеет себе равных с другими детекторами, изготовленными из других фотодетекторных материалов ».


Разработка графенового микроволнового фотоприемника
Дополнительная информация: Джиран Фанг и др. .«Усовершенствованный графеновый фотодетектор с фрактальной метаповерхностью». Нано Письма . DOI: 10.1021 / acs.nanolett.6b03202

© 2017 Phys.org

Ссылка : Графеновый фотоприемник, усиленный фрактальной золотой «снежинкой» (2017, 16 января) получено 27 июля 2021 г.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *