Lysafhængig modstand: En omfattende guide

Hvad er en lysafhængig resistor?

En lysafhængig resistor er defineret som en enhed, hvis modstand falder med øget lysintensitet og stiger med faldende lysintensitet. Modstanden i en LDR kan variere fra nogle ohm til flere megaohm, afhængigt af typen og kvaliteten af det anvendte materiale samt den omgivende temperatur.

Symbolet for en lysafhængig resistor vises nedenfor. Pilen angiver retningen af lyset, der falder på den.

Hvordan fungerer en lysafhængig resistor?

Arbejdsmåden for en lysafhængig resistor er baseret på fænomenet fotoledning. Fotoledning er øget elektrisk ledningsevne af et materiale, når det absorberer fotoner (lyspartikler) med tilstrækkelig energi.

Når lys falder på en LDR, opfører fotonerne elektronene i valensbåndet (ytterste skal i atomer) af halvledermaterialet og får dem til at springe til ledningsbåndet (skallen, hvor elektroner kan bevæge sig frit). Dette skaber flere frie elektroner og huller (positive ladninger), der kan bære elektrisk strøm. Som resultat af dette falder modstanden i LDR.

Mængden af modstandsændring afhænger af flere faktorer, såsom:

• Bølgelængden og intensiteten af det indfaldende lys

• Bandgap (energiforskellen mellem valensbåndet og ledningsbåndet) af halvledermaterialet

• Dopingsniveauet (antal impuriteter, der er tilføjet for at ændre de elektriske egenskaber) af halvledermaterialet

• Overfladearealen og tykkelsen af LDR

• Den omgivende temperatur og fugtighed

Hvad er karakteristika for en lysafhængig resistor?

De vigtigste karakteristika for en lysafhængig resistor er:

• Ikonikalitet: Forholdet mellem modstand og lysintensitet er ikke lineært, men eksponentielt. Dette betyder, at en lille ændring i lysintensitet kan forårsage en stor ændring i modstand, eller vice versa.

• Spektral respons: Følsomheden hos en LDR varierer med bølgelængden af lys. Nogle LDR'er reagerer måske slet ikke på bestemte bølgelængdeområder. Spektral responskurven viser, hvordan modstanden ændres med forskellige bølgelængder for en given LDR.

• Respons tid: Respons tiden er tiden, det tager en LDR at ændre sin modstand, når den udsættes for eller fjernes fra lys. Respons tiden består af to komponenter: stigningstid og nedgangstid. Stigningstid er tiden, det tager en LDR at reducere sin modstand, når den udsættes for lys, mens nedgangstid er tiden, det tager en LDR at øge sin modstand, når den fjernes fra lys. Typisk er stigningstiden hurtigere end nedgangstiden, og begge er i ordenheden millisekunder.

• Genoprettelsesrate: Genoprettelsesraten er hastigheden, hvormed en LDR returnerer til sin oprindelige modstand efter at være blevet udsat for eller fjernet fra lys. Genoprettelsesraten afhænger af faktorer som temperatur, fugtighed og aldringseffekter.

• Følsomhed: Følsomheden af en LDR er forholdet mellem ændring i modstand og ændring i lysintensitet. Det udtrykkes normalt i procent eller decibel (dB). Højere følsomhed betyder, at en LDR kan registrere mindre ændringer i lysintensitet.

• Effektforbrug: Effektforbruget for en LDR er den maksimale effekt, der kan dissiperes af en LDR uden at skade den. Det udtrykkes normalt i watt (W) eller milliwatt (mW). Et højere effektforbrug betyder, at en LDR kan klare højere spændinger og strøm.

Hvad er typerne af lysafhængige resistorer?

Lysafhængige resistorer kan inddeles i to typer baseret på de materialer, der bruges til at konstruere dem:

• Intrinske fotoresistorer: Disse er lavet af rent halvledermaterialer som silicium eller germanium. De har en stor bandgap og kræver høje-energi fotoner for at opføre elektroner over det. De er mere følsomme for korte bølgelængder (som ultraviolet) end lange bølgelængder (som infrarød).

• Ekstrinske fotoresistorer: Disse er lavet af halvledermaterialer, der er dopet med impuriteter, der skaber nye energiniveauer over valensbåndet. Disse energiniveauer er fyldt med elektroner, der let kan springe til ledningsbåndet med lavere-energi fotoner. Ekstrinske fotoresistorer er mere følsomme for lange bølgelængder (som infrarød) end korte bølgelængder (som ultraviolet).

Følgende tabel summerer nogle af de almindelige materialer, der bruges til intrinske og ekstrinske fotoresistorer, samt deres spektrale responsområder.

Hvordan laver man en lysafhængig resistor-kredsløb?