Como converter luz em eletricidade com circuitos operacionais Simples

Aqui está sua chance de converter luz em eletricidade usando circuitos operacionais simples. Você pode aplicar uma abordagem semelhante para desenvolver instrumentos que medem a outras variáveis ​​físicas no ambiente, como temperatura e pressão.

Você usa um transdutor de entrada para transformar uma variável física dentro de uma variável elétrica. UMA photoresistor é um transdutor de entrada que converte a energia da luz para uma mudança na resistência, resultando numa alteração no fluxo de corrente no circuito. A luz é, de facto, um sinal eléctrico.

Suponha que você está lidando com um photoresistor que tem um valor de resistência entre 20 M # 87- na escuridão total e 20 k # 87- # 32 na luz brilhante. Se o fotoresistor é um dispositivo linear, em seguida, dobrando a quantidade de luz que duplica a quantidade de tensão. Assim, pode modelar um fotoresistor como uma resistência variável que altera a resistência de acordo com a quantidade de luz.

A figura a seguir mostra um photoresistor e um projeto completo de um amplificador operacional (op-amp) de circuito para produzir uma tensão de saída v_O.

Use análise de circuitos para mostrar que a tensão de saída do amplificador operacional v_O é de 0 volts na escuridão total e 5 volts em luz brilhante. Em outras palavras, mostram que a gama de tensão de saída varia de 0 a 5 volt. Veja como:

1. Determinar a tensão de saída v₂ a partir do transdutor.

   Para determinar o intervalo da produção v₂ a partir do transdutor (isto é, a tensão entre os terminais A e B), é possível utilizar a equação divisor de tensão. Esta equação define a tensão de saída igual à tensão de entrada multiplicada pela razão da resistência de saída do dispositivo (R₂) Para a resistência total das séries (R₁ + R₂):

   

2. Determinar o limite inferior da v₂.

   O limite inferior da tensão de saída v₂ ocorre em luz brilhante, quando a resistência do fotoresistor está num mínimo. Quando R_{# 50-}# 32 # 61- # 32 # 50- # 48- nº 32-k # 87-, a tensão mais baixa v_2eu é

   

3. Determinar o limite superior v₂.

   O limite superior da tensão de saída v₂ ocorre quando a resistência do fotoresistor é mais elevada. Na escuridão total, R_{# 50-}# 32 # 61- # 32 # 50- # 48- nº 32-M # 87- 32- # # 61- # 32 # 50- # 48- 44- # # 48- # 48- 48- # # 32-K # 87- # 32 # 44- de modo que a tensão mais alta v_2você é

   

   A tensão de v₂ varia de 5 a 10 volts.

4. Simplificar o transdutor (circuito da fonte) usando o Th # técnica de 233 venin.

   O Th # técnica de 233 venin reduz um circuito de fonte a um único resistor R_Te uma fonte de tensão única v_T. Ao utilizar o Th # 233-venin equivalente a simplificar o transdutor, você recebe uma tensão # 233-venin Th v_Tque varia de 5 a 10 volts e uma resistência Th # 233-venin R_T que varia de 10 k # 87- # 32 a 20 k # 87- # 46;

5. Analisar o circuito amp-op (inversão verão).

   O circuito de op-amp na figura a seguir é uma configuração típica de um circuito de verão op-amp de inversão. Neste circuito, você tem duas entradas: uma vindos do transdutor e outro proveniente de uma fonte de tensão de -10 volts. A equação para o amplificador operacional de inversão é

   

Porque a faixa de tensão de v₂ varia entre 5 e 10 volts, a amplitude da tensão de saída do inversor verão vai de 0 a 5 volt.