Lichtabhängiger Widerstand: Eine umfassende Anleitung

Was ist ein lichtabhängiger Widerstand?

Ein lichtabhängiger Widerstand (LDR) wird definiert als ein Bauteil, dessen Widerstand mit zunehmender Lichtintensität abnimmt und mit abnehmender Lichtintensität zunimmt. Der Widerstand eines LDRs kann von wenigen Ohm bis zu mehreren Megaohm reichen, je nach dem verwendeten Materialtyp und -qualität sowie der Umgebungstemperatur.

Das Symbol für einen lichtabhängigen Widerstand ist unten dargestellt. Die Pfeilrichtung zeigt die Richtung des auf ihn fallenden Lichtes an.

Wie funktioniert ein lichtabhängiger Widerstand?

Das Funktionsprinzip eines lichtabhängigen Widerstands basiert auf dem Phänomen der Photoleitfähigkeit. Photoleitfähigkeit bedeutet die Erhöhung der elektrischen Leitfähigkeit eines Materials, wenn es Photonen (Lichtteilchen) mit ausreichender Energie absorbiert.

Wenn Licht auf einen LDR fällt, erregen die Photonen die Elektronen im Valenzband (der äußerste Schale der Atome) des Halbleitermaterials und bringen sie dazu, in das Leitungsbänder (die Schale, in der Elektronen sich frei bewegen können) zu springen. Dies führt zur Erzeugung mehr freier Elektronen und Löcher (positive Ladungen), die elektrischen Strom tragen können. Als Ergebnis nimmt der Widerstand des LDRs ab.

Die Menge der Widerstandsänderung hängt von verschiedenen Faktoren ab, wie:

• Die Wellenlänge und Intensität des einfallenden Lichts

• Der Bandabstand (die Energieunterschied zwischen dem Valenzband und dem Leitungsbänder) des Halbleitermaterials

• Das Dotierungsniveau (die Anzahl der hinzugefügten Verunreinigungen, um die elektrischen Eigenschaften zu modifizieren) des Halbleitermaterials

• Die Oberfläche und Dicke des LDRs

• Die Umgebungstemperatur und -feuchtigkeit

Welche Eigenschaften hat ein lichtabhängiger Widerstand?

Die wichtigsten Eigenschaften eines lichtabhängigen Widerstands sind:

• Nichtlinearität: Das Verhältnis zwischen Widerstand und Lichtintensität ist nicht linear, sondern exponentiell. Dies bedeutet, dass eine kleine Änderung der Lichtintensität zu einer großen Änderung des Widerstands oder umgekehrt führen kann.

• Spektrale Antwort: Die Empfindlichkeit eines LDRs variiert mit der Wellenlänge des Lichts. Einige LDRs reagieren möglicherweise überhaupt nicht auf bestimmte Wellenlängenbereiche. Die spektrale Antwortkurve zeigt, wie der Widerstand bei verschiedenen Wellenlängen für einen bestimmten LDR verändert wird.

• Reaktionszeit: Die Reaktionszeit ist die Zeit, die ein LDR benötigt, um seinen Widerstand zu ändern, wenn er dem Licht ausgesetzt wird oder davon entfernt wird. Die Reaktionszeit besteht aus zwei Komponenten: Anstiegszeit und Abfallzeit. Die Anstiegszeit ist die Zeit, die ein LDR benötigt, um seinen Widerstand zu verringern, wenn er dem Licht ausgesetzt wird, während die Abfallzeit die Zeit ist, die ein LDR benötigt, um seinen Widerstand zu erhöhen, wenn er vom Licht entfernt wird. In der Regel ist die Anstiegszeit schneller als die Abfallzeit, und beide liegen in der Größenordnung von Millisekunden.

• Erholungsrate: Die Erholungsrate ist die Rate, mit der ein LDR nach dem Aussetzen oder Entfernen von Licht zu seinem ursprünglichen Widerstand zurückkehrt. Die Erholungsrate hängt von Faktoren wie Temperatur, Feuchtigkeit und Alterungseffekten ab.

• Empfindlichkeit: Die Empfindlichkeit eines LDRs ist das Verhältnis der Widerstandsänderung zur Änderung der Lichtintensität. Sie wird normalerweise in Prozent oder Dezibel (dB) angegeben. Eine höhere Empfindlichkeit bedeutet, dass ein LDR kleinere Änderungen der Lichtintensität erkennen kann.

• Leistungskennwert: Der Leistungskennwert eines LDRs ist die maximale Leistung, die von einem LDR ohne Beschädigung abgegeben werden kann. Er wird normalerweise in Watt (W) oder Milliwatt (mW) angegeben. Ein höherer Leistungskennwert bedeutet, dass ein LDR höhere Spannungen und Ströme aushalten kann.

Welche Arten von lichtabhängigen Widerständen gibt es?

Lichtabhängige Widerstände können in zwei Arten unterteilt werden, basierend auf den Materialien, die zum Bau verwendet werden:

• Intrinsische Photoresistoren: Diese werden aus reinen Halbleitermaterialien wie Silizium oder Germanium hergestellt. Sie haben einen großen Bandabstand und erfordern hochenergetische Photonen, um Elektronen über diesen hinweg zu erregen. Sie sind empfindlicher gegenüber kurzen Wellenlängen (wie ultraviolett) als gegenüber langen Wellenlängen (wie infrarot).

• Extrinsische Photoresistoren: Diese werden aus Halbleitermaterialien hergestellt, die mit Verunreinigungen dotiert sind, die neue Energieniveaus oberhalb des Valenzbands erzeugen. Diese Energieniveaus sind mit Elektronen gefüllt, die leichter mit niedrigerenergetischen Photonen ins Leitungsbänder springen können. Extrinsische Photoresistoren sind empfindlicher gegenüber langen Wellenlängen (wie infrarot) als gegenüber kurzen Wellenlängen (wie ultraviolett).

Die folgende Tabelle fasst einige der gängigen Materialien für intrinsische und extrinsische Photoresistoren und ihre spektralen Antwortbereiche zusammen.

Wie erstelle ich ein lichtabhängiges Widerstandsschaltkreis?