Sensor Api Berbasis Dioda PIN: 4 Langkah

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Terakhir diubah: 2024-01-30 09:55

Berikut adalah sensor api berbasis dioda PIN yang mengaktifkan alarm ketika mendeteksi kebakaran. Alarm kebakaran berbasis termistor memiliki kelemahan; alarm menyala hanya jika api memanaskan termistor di sekitar. Di sirkuit ini, dioda PIN sensitif digunakan sebagai sensor api untuk deteksi kebakaran jarak jauh.

Ini mendeteksi cahaya tampak dan inframerah (IR) dalam kisaran 430nm – 1100nm. Jadi cahaya tampak dan IR dari api dapat dengan mudah mengaktifkan sensor untuk memicu alarm. Ini juga mendeteksi percikan api di kabel listrik dan, jika terus berlanjut, ini akan memberikan alarm peringatan. Ini adalah perangkat pelindung yang ideal untuk ruang pamer, loker, ruang rekaman, dan sebagainya.

Langkah 1: Daftar Bagian

Semikonduktor:

_ IC1 (op-amp CA3140);

_ IC2 (penghitung CD4060);

_ T1, T2 (transistor npn BC547);

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

_ D1 (fotodioda PIN BPW34)

Resistor (semua 1/4 watt, ± 5% karbon):

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

_ R2, R3 (1 kilo-ohm);

_ R4, R7, R8 (100 ohm)

Kapasitor:

_ C1 (0, piringan keramik 22 F)

Aneka ragam:

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

_ PZ1 (buzzer piezo)

Jadi, dioda PIN BPW34 digunakan dalam rangkaian sebagai sensor cahaya dan IR. BPW34 adalah fotodioda 2-pin dengan anoda (A) dan katoda (K). Ujung anoda dapat dengan mudah diidentifikasi dari permukaan datar tampak atas fotodioda. Titik solder kecil yang dihubungkan dengan kawat tipis adalah anoda dan yang lainnya adalah terminal katoda.

BPW34 adalah fotodioda PIN kecil atau sel surya mini dengan permukaan sensitif bercahaya yang menghasilkan tegangan rangkaian terbuka 350mV DC saat terkena cahaya 900nm. Hal ini sensitif terhadap sinar matahari alami dan juga cahaya dari api. Jadi sangat ideal untuk digunakan sebagai sensor cahaya. Fotodioda BPW34 dapat digunakan dalam keadaan bias nol dan bias mundur. Resistansinya berkurang ketika cahaya jatuh di atasnya.

Langkah 2: Diagram Sirkuit

Diagram sirkuit sensor api berbasis dioda PIN ditunjukkan pada Gambar. 3. Ini dibangun di sekitar baterai 9V, dioda PIN BPW34 (D1), op-amp CA3140 (IC1), counter CD4060 (IC2), transistor BC547 (T1 dan T2), buzzer piezo (PZ1) dan beberapa komponen lainnya.

Dalam rangkaian, PIN fotodioda BPW34 terhubung ke input pembalik dan non-pembalik dari op-amp IC1 dalam mode bias mundur untuk memasukkan arus foto ke input op-amp. CA3140 adalah op-amp BiMO 4,5MHz dengan input MOSFET dan output bipolar. Transistor gate-protected MOSFET (PMOS) di sirkuit input memberikan impedansi input yang sangat tinggi, biasanya sekitar 1,5T ohm. IC membutuhkan arus input yang sangat rendah, serendah 10pA, untuk mengubah status output menjadi tinggi atau rendah. Dalam rangkaian, IC1 digunakan sebagai penguat transimpedansi untuk bertindak sebagai konverter arus ke tegangan. IC1 memperkuat dan mengubah arus foto yang dihasilkan di dioda PIN ke tegangan yang sesuai dalam outputnya. Input non-inverting terhubung ke ground dan anoda fotodioda, sedangkan input pembalik mendapat arus foto dari dioda PIN.

Langkah 3: Operasi Sirkuit

Resistor umpan balik bernilai besar R1 menetapkan penguatan penguat transimpedansi karena berada dalam konfigurasi pembalik. Koneksi input non-pembalik ke ground memberikan beban impedansi rendah untuk fotodioda, yang menjaga tegangan fotodioda tetap rendah.

Fotodioda beroperasi dalam mode fotovoltaik tanpa bias eksternal. Umpan balik op-amp menjaga arus fotodioda sama dengan arus umpan balik melalui R1. Jadi tegangan offset input karena photodiode sangat rendah dalam mode photovoltaic self-bias ini. Hal ini memungkinkan gain yang besar tanpa tegangan offset output yang besar. Konfigurasi ini dipilih untuk mendapatkan gain yang besar dalam kondisi minim cahaya. Biasanya, dalam kondisi cahaya sekitar, arus foto dari dioda PIN sangat rendah; itu membuat output IC1 rendah. Ketika dioda PIN mendeteksi cahaya tampak atau IR dari api, arus fotonya meningkat dan penguat transimpedansi IC1 mengubah arus ini menjadi tegangan keluaran yang sesuai. Output tinggi dari IC1 mengaktifkan transistor T1 dan LED1 bersinar. Ini menunjukkan bahwa sirkuit telah mendeteksi kebakaran. Ketika T1 berjalan, dibutuhkan reset pin 12 dari IC2 ke potensial ground dan CD4060 mulai berosilasi.

IC2 adalah pencacah biner dengan sepuluh output yang berubah tinggi satu per satu ketika berosilasi karena C1 dan R6. Osilasi IC2 ditunjukkan dengan berkedipnya LED2. Ketika output Q6 (pin 4) dari IC2 menjadi tinggi setelah 15 detik, T2 melakukan dan mengaktifkan buzzer piezo PZ1, dan LED3 juga menyala. Alarm akan berulang lagi setelah 15 detik jika api terus berlanjut. Anda juga dapat menyalakan alarm AC yang menghasilkan suara keras dengan mengganti PZ1 dengan sirkuit relai (tidak ditampilkan di sini). Alarm AC diaktifkan melalui kontak relai yang digunakan untuk tujuan ini.

Langkah 4: Konstruksi dan Pengujian

PCB satu sisi untuk sensor api berbasis dioda PIN ditunjukkan pada Gambar. 4 dan tata letak komponennya pada Gambar. 5. Tutup PCB dalam kotak kecil sedemikian rupa sehingga Anda dapat menghubungkan dioda PIN BPW34 dengan mudah di sisi belakang kotak. Pasang dioda PIN di tempat yang sesuai dan tutup sedemikian rupa sehingga cahaya/sinar matahari tidak mengenainya.

Menguji sirkuit itu sederhana. Biasanya, ketika tidak ada nyala api di dekat dioda PIN, buzzer piezo tidak berbunyi. Ketika nyala api dirasakan oleh dioda PIN, buzzer piezo membunyikan alarm. Jangkauan deteksinya sekitar dua meter. Itu juga dapat mendeteksi percikan api di kabel listrik karena korsleting.