Fotoodpor: Komplexní průvodce

Co je fotoodpor?

Fotoodpor je zařízení, jehož odpor klesá s rostoucí intenzitou světla a roste s klesající intenzitou světla. Odpor fotoodporu může být v rozmezí několika ohmů až po několik megaohmů, v závislosti na typu a kvalitě použitého materiálu a okolní teplotě.

Symbol fotoodporu je zobrazen níže. Šipka ukazuje směr dopadu světla na něj.

Jak funguje fotoodpor?

Princip fungování fotoodporu je založen na jevu fotoelektrického průběhu. Fotoelektrický průběh je zvýšení elektrické vodivosti materiálu, když pohlcuje fotony (částice světla) s dostatečnou energií.

Když světlo dopadne na fotoodpor, fotony vyvolají elektrony v valenčním pásmu (nejvnější slupce atomů) polovodičového materiálu a přimějí je k přesunu do vodivého pásma (slupky, kde se elektrony mohou volně pohybovat). Tím vznikne více volných elektronů a děr (kladných nábojů), které mohou nosit elektrický proud. V důsledku toho klesá odpor fotoodporu.

Množství změny odporu závisí na několika faktorech, jako jsou:

• Délka vlny a intenzita dopadajícího světla

• Band gap (energetický rozdíl mezi valenčním a vodivým pásmem) polovodičového materiálu

• Úroveň dotace (počet přidaných impurit pro modifikaci elektrických vlastností) polovodičového materiálu

• Plocha povrchu a tloušťka fotoodporu

• Okolní teplota a vlhkost

Jaké jsou charakteristiky fotoodporu?

Hlavní charakteristiky fotoodporu jsou:

• Nelinearita: Vztah mezi odporom a intenzitou světla není lineární, ale exponenciální. To znamená, že malá změna intenzity světla může způsobit velkou změnu odporu, nebo naopak.

• Spektrální odezva: Citlivost fotoodporu se liší podle délky vlny světla. Některé fotoodpory mohou na určité rozsahy délek vln reagovat vůbec ne. Spektrální odezva ukazuje, jak se odpor mění s různými délkami vln pro daný fotoodpor.

• Čas odezvy: Čas odezvy je čas, který fotoodpor potřebuje k změně odporu, když je vystaven nebo odstraněn ze světla. Čas odezvy se skládá ze dvou komponent: čas stoupání a čas poklesu. Čas stoupání je čas, který fotoodpor potřebuje k snížení odporu, když je vystaven světlu, zatímco čas poklesu je čas, který fotoodpor potřebuje k zvýšení odporu, když je odstraněn ze světla. Typicky je čas stoupání rychlejší než čas poklesu a oba jsou v řádu milisekund.

• Rychlost obnovy: Rychlost obnovy je rychlost, s jakou se fotoodpor vrátí k původnímu odporu po vystavení nebo odstranění ze světla. Rychlost obnovy závisí na faktorech jako je teplota, vlhkost a efekty stárnutí.

• Citlivost: Citlivost fotoodporu je poměr změny odporu k změně intenzity světla. Je obvykle vyjadřována v procentech nebo decibelech (dB). Vyšší citlivost znamená, že fotoodpor může detekovat menší změny intenzity světla.

• Výkonové označení: Výkonové označení fotoodporu je maximální výkon, který fotoodpor může uvolnit bez poškození. Obvykle se vyjadřuje v wattách (W) nebo milliwattách (mW). Vyšší výkonové označení znamená, že fotoodpor může odolat vyšším napětím a proudům.

Jaké jsou typy fotoodporů?

Fotoodpory lze dělit na dva typy podle materiálů, které k jejich výrobě používáme:

• Intrinzní fotoodpory: Tyto jsou vyrobeny z čistých polovodičových materiálů, jako je křemík nebo germanium. Mají velký band gap a vyžadují fotony s vysokou energií, aby vyvolaly elektrony přes tento band gap. Jsou citlivější na krátké vlnové délky (jako ultrafialové) než na dlouhé vlnové délky (jako infračervené).

• Extrinzní fotoodpory: Tyto jsou vyrobeny z polovodičových materiálů dotovaných impuritymi, které vytvářejí nové energetické úrovně nad valenčním pásmem. Tyto energetické úrovně jsou zaplněny elektrony, které mohou snadno přeskočit do vodivého pásma s fotony nižší energie. Extrinzní fotoodpory jsou citlivější na dlouhé vlnové délky (jako infračervené) než na krátké vlnové délky (jako ultrafialové).

Následující tabulka shrnuje některé běžné materiály používané pro intrinzní a extrinzní fotoodpory a jejich spektrální rozsahy odezvy.

Daruji