Cómo convertir la luz en electricidad con circuitos operacionales simples

Esta es su oportunidad de convertir la luz en electricidad utilizando circuitos operacionales simples. Puede aplicar un enfoque similar para desarrollar instrumentos que miden otras variables físicas en el medio ambiente, tales como la temperatura y la presión.

Se utiliza un transductor de entrada para convertir una variable física en una variable eléctrica. LA fotoresistor es un transductor que convierte la energía de entrada de luz en un cambio en la resistencia, lo que resulta en un cambio en la corriente que fluye en el circuito. La luz es, de hecho, una señal eléctrica.

Supongamos que usted está tratando con una fotorresistencia que tiene un valor de resistencia entre 20 M # 87- en la oscuridad total y 20 k # 87- # 32 en la luz brillante. Si la fotorresistencia es un dispositivo lineal, a continuación, duplicar la cantidad de luz se duplica la cantidad de voltaje. Por tanto, puede modelar una fotorresistencia como una resistencia variable que cambia la resistencia de acuerdo a la cantidad de luz.

La siguiente figura muestra una fotorresistencia y un diseño completo de un amplificador operacional (op-amp) circuito para producir un voltaje de salida v_O.

Utilice el análisis de circuitos para mostrar que la tensión de salida del op-amp v_O es 0 voltios en la oscuridad total y 5 voltios en la luz brillante. En otras palabras, muestran que el rango de tensión de la salida varía de 0 a 5 voltios. Así es cómo:

1. Determinar la tensión de salida v₂ desde el transductor.

   Para determinar el rango de la salida v₂ desde el transductor (es decir, el voltaje a través de las terminales A y B), puede utilizar la ecuación de divisor de tensión. Esta ecuación establece la tensión de salida igual a la tensión de entrada multiplicada por la relación de la resistencia del dispositivo de salida (R₂) Para la resistencia total de la serie (R₁ + R₂):

   

2. Determinar el límite inferior de v₂.

   El límite inferior de la tensión de salida v₂ se produce en luz brillante, cuando la resistencia de la fotorresistencia está en un mínimo. Cuando R_{# 50-}# # 61- # 32- 32- 50- 48- # # # 32-k # 87-, el voltaje más bajo v_2L es

   

3. Determinar el límite superior de v₂.

   El límite superior de la tensión de salida v₂ se produce cuando la resistencia de la fotorresistencia es más alto. En la oscuridad total, R_{# 50-}# # 61- # 32 de 32 # 50- # 48- # 32-M # # 32 # 87- 61- # 32 # 50- # 48- # 44- # 48- # 48- # 48- # 32-k # 87- # 32 # 44- por lo que la tensión superior v_2U es

   

   El voltaje de v₂ varía de 5 a 10 voltios.

4. Simplifique el transductor (el circuito de la fuente), utilizando la técnica de Th # 233-venin.

   El Th # técnica 233-venin reduce un circuito de fuente a una sola resistencia R_T y una fuente de voltaje único v_T. Al utilizar el Th # 233-venin equivalente a simplificar el transductor, se obtiene una tensión # 233-venin Th v_T que varía de 5 a 10 voltios y una resistencia # 233-venin Th R_T que varía de 10 k # 87- # 32 de 20 k # 87- # 46;

5. Analizar el circuito amplificador operacional (invirtiendo verano).

   El circuito amplificador operacional en la figura siguiente es una configuración típica de un circuito de verano amplificador operacional inversor. En este circuito, tiene dos entradas: una que vienen del transductor y otro proveniente de una fuente de tensión de -10 voltios. La ecuación para el amplificador operacional inversor es

   

Debido a que el rango de tensión de v₂ varía entre 5 y 10 voltios, el rango de voltaje de salida del sumador inversor va de 0 a 5 voltios.