فوتودیود: راهنمای جامع
چه چیزی لایت دپندنت رزیستور است؟
لایت دپندنت رزیستور به عنوان دستگاهی تعریف می‌شود که مقاومت آن با افزایش شدت نور کاهش می‌یابد و با کاهش شدت نور افزایش می‌یابد. مقاومت یک LDR می‌تواند از چند اهم تا چند مگااهم متغیر باشد، بسته به نوع و کیفیت مواد مورد استفاده و دمای محیط.
نماد لایت دپندنت رزیستور در زیر نشان داده شده است. نشانگر جهت نوری که بر آن می‌تابد را نشان می‌دهد.
لایت دپندنت رزیستور چگونه کار می‌کند؟
اصول کار لایت دپندنت رزیستور بر پدیده فوتواجرایی بنا نهاده شده است. فوتواجرایی افزایش هدایت الکتریکی یک ماده وقتی که فوتون‌ها (ذرات نور) با انرژی کافی جذب می‌شوند است.
وقتی نور بر یک LDR می‌تابد، فوتون‌ها الکترون‌های موجود در باند والانس (پوسته بیرونی اتم‌ها) ماده نیمه‌رسانا را محرک می‌کنند و آن‌ها را به باند هدایت (پوسته‌ای که الکترون‌ها می‌توانند در آن آزادانه حرکت کنند) می‌فرستند. این امر منجر به ایجاد الکترون‌های آزاد و حفره‌های (بارهای مثبت) بیشتری می‌شود که می‌توانند جریان الکتریکی را منتقل کنند. به این ترتیب، مقاومت LDR کاهش می‌یابد.
مقدار تغییر مقاومت به عوامل مختلفی بستگی دارد، مانند:
طول موج و شدت نور وارد شده
فاصله باند (تفاوت انرژی بین باند والانس و باند هدایت) ماده نیمه‌رسانا
سطح آلودگی (تعداد آلاینده‌های اضافه شده برای تغییر خصوصیات الکتریکی) ماده نیمه‌رسانا
مساحت سطح و ضخامت LDR
دمای محیط و رطوبت
ویژگی‌های لایت دپندنت رزیستور چیست؟
ویژگی‌های اصلی لایت دپندنت رزیستور عبارتند از:
غیرخطی: رابطه بین مقاومت و شدت نور خطی نیست، بلکه نمایی است. این بدان معناست که تغییر کوچکی در شدت نور می‌تواند تغییر بزرگی در مقاومت ایجاد کند، یا بالعکس.
پاسخ طیفی: حساسیت یک LDR با طول موج نور متفاوت است. بعضی از LDRها ممکن است به محدوده‌هایی از طول‌موج‌ها پاسخ ندهند. نمودار پاسخ طیفی نشان می‌دهد که مقاومت چگونه با طول‌موج‌های مختلف برای یک LDR خاص تغییر می‌کند.
زمان پاسخ: زمان پاسخ زمانی است که یک LDR برای تغییر مقاومت خود وقتی به نور قرار گرفته یا از آن خارج می‌شود، می‌گذرد. زمان پاسخ شامل دو مؤلفه است: زمان صعود و زمان نزول. زمان صعود زمانی است که یک LDR برای کاهش مقاومت خود وقتی به نور قرار می‌گیرد، می‌گذرد، در حالی که زمان نزول زمانی است که یک LDR برای افزایش مقاومت خود وقتی از نور خارج می‌شود، می‌گذرد. معمولاً، زمان صعود سریع‌تر از زمان نزول است و هر دو در مرتبه میلی‌ثانیه هستند.
نرخ بازیابی: نرخ بازیابی نرخی است که یک LDR برای بازگشت به مقاومت اصلی خود بعد از قرار گرفتن یا خارج شدن از نور، می‌گذرد. نرخ بازیابی به عواملی مانند دما، رطوبت و تأثیرات سنی بستگی دارد.
حساسیت: حساسیت یک LDR نسبت تغییر مقاومت به تغییر شدت نور است. معمولاً به صورت درصد یا دسی‌بل (dB) بیان می‌شود. حساسیت بالاتر به این معناست که یک LDR می‌تواند تغییرات کوچک‌تر در شدت نور را تشخیص دهد.
نرخ توان: نرخ توان یک LDR بیشترین توانی است که می‌تواند توسط یک LDR بدون آسیب رساندن به آن تبدیل شود. معمولاً به صورت وات (W) یا میلی‌وات (mW) بیان می‌شود. نرخ توان بالاتر به این معناست که یک LDR می‌تواند ولتاژ‌ها و جریان‌های بالاتری را تحمل کند.
انواع لایت دپندنت رزیستور چیست؟
لایت دپندنت رزیستورها می‌توانند بر اساس مواد مورد استفاده برای ساخت آن‌ها به دو نوع تقسیم‌بندی شوند:
فوتواجرایی ذاتی: این‌ها از مواد نیمه‌رسانا خالص مانند سیلیکون یا ژرمانیوم ساخته شده‌اند. آن‌ها فاصله باند بزرگی دارند و نیاز به فوتون‌های با انرژی بالا برای تحریک الکترون‌ها از آن عبور دارند. آن‌ها به طول‌موج‌های کوتاه (مانند فرابنفش) نسبت به طول‌موج‌های طولانی (مانند فروسرخ) حساس‌تر هستند.
فوتواجرایی غیرذاتی: این‌ها از مواد نیمه‌رسانا که با آلاینده‌هایی که سطوح انرژی جدیدی بالای باند والانس ایجاد می‌کنند، آلوده شده‌اند. این سطوح انرژی با الکترون‌هایی که با فوتون‌های با انرژی پایین‌تر به باند هدایت می‌پردازند، پر شده‌اند. فوتواجرایی غیرذاتی به طول‌موج‌های طولانی (مانند فروسرخ) نسبت به طول‌موج‌های کوتاه (مانند فرابنفش) حساس‌تر هستند.
جدول زیر برخی از مواد معمولی مورد استفاده برای فوتواجرایی ذاتی و غیرذاتی و محدوده پاسخ طیفی آن‌ها را خلاصه می‌کند.
