Рис. 2.25. Фоторезистор, его символ и график, показывающий его поведение при разных уровнях освещения
Для использования фоторезистора нам также нужно создать делитель напряжения, в который мы вставим новый элемент. Выберем сопротивление со значением в несколько кОм. Схема может быть подключена к питанию 5 В, так что в центральной точке мы можем прочитать напряжение, пропорциональное количеству света, который достигает фоторезистора.
В дополнение к фоторезисторам существуют и другие компоненты, такие как фотодиоды и фототранзисторы, способные обнаруживать или измерять количество света. Фотодиод ведет себя как малый генератор тока: фотоны, ударяющиеся об атомы полупроводника, высвобождают свободные электроны и создают небольшой ток (порядка десятка микроампер) на выходе из устройства. Фотодиоды широко используются в области телекоммуникаций, а также могут определять излучения не только видимой области (ультрафиолетового и инфракрасного диапазона).
Фототранзисторы работают аналогично фотодиодам. Транзисторы оснащены тремя выводами, но фототранзистор имеет только два вывода. Использование этого устройства достаточно простое, так как он ведет себя как кран, управляемый с помощью света, который контролирует ток, протекающий между двумя выводами.
Рис. 2.26. Фотодиод, фототранзистор и их электронные символы
Светодиод
Светодиоды являются компонентами, которые излучают свет, это своего рода лампочки. Они чрезвычайно широко распространены. Светодиоды часто обозначают аббревиатурой LED, которая расшифровывается каксветоизлучающий диод (Light Emitting Diode). В отличие от лампочки, у светодиодов выходы различаются, они называются анодом и катодом. Для работы светодиод должен быть правильно подключен, потому что ток может проходить через него только в одном направлении. Катод соответствует отрицательному выводу, анод – положительному. Обычно светодиоды не имеют надписи, позволяющей различить анод и катод. В наиболее распространенной модели с прозрачным цилиндрическим корпусом в виде колпака катод может быть распознан внутри колпака, так как этот вывод напоминает клюшку для гольфа. Кроме того, катод можно распознать по скосу на линзе светодиода или по длине вывода, вывод катода всегда короче по сравнению с выводом анода
Светодиод можно представить в виде трубы с обратным клапаном, в которой вода течет только в одном направлении и вращает вертушку, излучающую свет. Чтобы включить светодиод, нам необходимо подать напряжение от 1,2 до 3 В и ток в пределах от 10 до 20 мА: значения зависят от типа светодиода и цвета свечения (см. таблицу 2.2).
Таблица 2.2. Напряжение источника питания для светодиода в зависимости от цвета
Существуют светодиоды, способные излучать невидимый свет в инфракрасном диапазоне: они используются в пультах дистанционного управления, а также в приборах ночного видения в качестве источников «невидимого» света. В дополнение к светодиодам размером 3 и 5 мм можно также найти светодиоды необычных форм, квадратные или треугольные, пригодные для использования в качестве индикаторов на панелях.
Двухцветные светодиоды имеют три вывода, из которых центральный является обычным катодом. Эти устройства изготовлены путем размещения двух светодиодов, красного и зеленого, в одном корпусе. Боковые выводыподключают попеременно; если подключить оба, мы получим желтый или оранжевый свет.
Рис. 2.27. Светодиод размером 5 мм, 3 мм, светодиод для поверхностного монтажа (SMD) и символ компонента. На модели размером 5 мм катод имеет более короткий вывод, вместе со скосом и особой формы
Трехцветные RGB-светодиоды имеют три светодиода в одном корпусе: красный, зеленый и синий, таким образом, образуя четыре вывода. Путем изменения интенсивности света трех светодиодов вы можете создать практически любой цвет.
За последние несколько десятков лет в продаже появились светодиоды, способные производить лазерное излучение. Для их применения требуются специальные меры и специальные цепи питания.
Рис. 2.28. Двухцветный светодиод с тремя выводами, RGB-светодиод с четырьмя выводами и их электронные символы
Точечные матрицы – это блоки, образованные несколькими светодиодами, соединенными в сетку или матрицу. Дисплей, имеющий семь сегментов, состоит из семи светодиодов, с помощью которых можно показать любую цифру Дисплей имеет один общий вывод, который может быть анодом или катодом, в зависимости от модели, семь выводов, соответствующих сегментам, плюс один вывод для отображения точки. Есть и более сложные модели индикаторов, имеющие более семи сегментов или позволяющие отобразить большее количество символов.
Рис. 2.29. Массив светодиодов и семисегментный дисплей
Для простоты использования такие сложные индикаторы управляются с помощью специальных контролирующих интегральных схем, которые получают на входе знак для отображения, а затем включают соответствующие светодиоды, позволяя выводить многозначные числа. Для отображения более сложной информации, а также графиков используются устройства с другими технологиями, такие как жидкокристаллические (ЖК) дисплеи, образованные большими точечными матрицами. В этом случае управление каждым выводом отдельно немыслимо, поэтому они контролируются путем отправления команд по последовательному каналу или в виде последовательности цифровых сигналов. Эти элементы могут показаться очень сложными, но при помощи современных микроконтроллеров управление дисплеем становится очень простой операцией.
ШИМ-сигналы
Для изменения интенсивности света, производимого с помощью светодиода, мы могли бы использовать резистор, уменьшающий ток. Однако для включения светодиоды требуют определенного напряжения и тока, работая по принципу «ВКЛ-ВЫКЛ», они включены или выключены. С добавлением сопротивления можно варьировать ток, протекающий через них, изменяя таким образом яркость свечения. Для изменения интенсивности света мы должны прибегнуть к одной уловке, которая состоит во включении и выключении светодиода несколько раз в секунду. Это напоминает то, что происходит в кино, где движущаяся картина состоит из множества кадров в быстрой последовательности. Представьте, что у нас есть стопка с сотней фотографий нашего включенного светодиода, теперь быстро пролистаем эти фото: мы увидим фильм со светящимся светодиодом.
