مقاوم نورابه: راهنمای جامع

چه چیزی است رزیستور وابسته به نور؟

رزیستور وابسته به نور یک دستگاه است 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 ماده استفاده شده و دمای محیط.

نماد رزیستور وابسته به نور در زیر نشان داده شده است. پیکان نشان‌دهنده جهت نوری است که بر آن می‌تابد.

رزیستور وابسته به نور چگونه کار می‌کند؟

اصل کار رزیستور وابسته به نور بر پایه پدیده فوتوکندکتیویته است. فوتوکندکتیویته افزایش هدایت الکتریکی یک ماده است وقتی که فوتون‌ها (ذرات نور) با انرژی کافی جذب می‌شوند.

وقتی نور بر یک LDR می‌تابد، فوتون‌ها الکترون‌های موجود در باند ظرفیت (پوسته خارجی اتم‌ها) ماده نیمه‌رسانا را برانگیخته می‌کنند و آن‌ها را به باند هدایت (پوسته‌ای که الکترون‌ها می‌توانند در آن آزادانه حرکت کنند) منتقل می‌کنند. این امر منجر به ایجاد الکترون‌های آزاد و حفره‌های (بارهای مثبت) بیشتر می‌شود که می‌توانند جریان الکتریکی را حمل کنند. به عنوان نتیجه، مقاومت LDR کاهش می‌یابد.

مقدار تغییر مقاومت بستگی به چند عامل دارد، از جمله:

• طول موج و شدت نور وارد شده

• پهنای باند (تفاوت انرژی بین باند ظرفیت و باند هدایت) ماده نیمه‌رسانا

• سطح آلودگی (تعداد آلاینده‌های اضافه شده برای تغییر خواص الکتریکی) ماده نیمه‌رسانا

• مساحت سطح و ضخامت LDR

• دمای محیط و رطوبت

ویژگی‌های رزیستور وابسته به نور چیست؟

ویژگی‌های اصلی رزیستور وابسته به نور عبارتند از:

• ناخطی بودن: رابطه بین مقاومت و شدت نور خطی نیست، بلکه نمایی است. این بدان معناست که تغییر کوچکی در شدت نور می‌تواند منجر به تغییر بزرگی در مقاومت یا بالعکس شود.

• پاسخ طیفی: حساسیت یک LDR با طول موج نور متفاوت است. برخی LDRها ممکن است به محدوده‌ای از طول موج‌ها هیچ پاسخی نشان ندهند. نمودار پاسخ طیفی نشان می‌دهد که مقاومت چگونه با طول موج‌های مختلف برای یک LDR تغییر می‌کند.

• زمان پاسخ: زمان پاسخ زمانی است که یک LDR برای تغییر مقاومت خود وقتی به نور مواجه می‌شود یا از آن جدا می‌شود می‌برد. زمان پاسخ شامل دو مؤلفه است: زمان صعود و زمان سقوط. زمان صعود زمانی است که یک LDR برای کاهش مقاومت خود وقتی به نور مواجه می‌شود می‌برد، در حالی که زمان سقوط زمانی است که یک LDR برای افزایش مقاومت خود وقتی از نور جدا می‌شود می‌برد. معمولاً، زمان صعود سریع‌تر از زمان سقوط است و هر دو در مرتبه میلی‌ثانیه هستند.

• نرخ بازیابی: نرخ بازیابی نرخی است که یک LDR برای بازگشت به مقاومت اولیه خود بعد از مواجهه یا جدا شدن از نور می‌برد. نرخ بازیابی بستگی به عواملی مانند دما، رطوبت و تأثیرات پیری دارد.

• حساسیت: حساسیت یک LDR نسبت تغییر مقاومت به تغییر شدت نور است. معمولاً آن را به صورت درصد یا دسی‌بل (dB) بیان می‌کنند. حساسیت بالاتر به این معناست که یک LDR می‌تواند تغییرات کوچک‌تر در شدت نور را تشخیص دهد.

• ظرفیت توان: ظرفیت توان یک LDR بیشترین توانی است که یک LDR می‌تواند بدون آسیب دیدن تبدیل کند. معمولاً آن را به صورت وات (W) یا میلی‌وات (mW) بیان می‌کنند. ظرفیت توان بالاتر به این معناست که یک LDR می‌تواند ولتاژ‌ها و جریان‌های بالاتر را تحمل کند.

انواع رزیستور وابسته به نور چیست؟

رزیستورهای وابسته به نور می‌توانند بر اساس مواد استفاده شده برای ساخت آن‌ها به دو نوع تقسیم‌بندی شوند:

• فوتوآنتروسرهای ذاتی: این‌ها از مواد نیمه‌رسانا خالص مانند سیلیکون یا ژرمانیوم ساخته شده‌اند. آن‌ها دارای پهنای باند بزرگی هستند و نیاز به فوتون‌های با انرژی بالا برای برانگیختن الکترون‌ها از آن عبور دارند. آن‌ها به طول موج‌های کوتاه (مانند فرابنفش) حساس‌تر از طول موج‌های بلند (مانند فروسرخ) هستند.

• فوتوآنتروسرهای غیرذاتی: این‌ها از مواد نیمه‌رسانا که با آلاینده‌هایی که سطوح انرژی جدیدی بالاتر از باند ظرفیت ایجاد می‌کنند، آلوده شده‌اند. این سطوح انرژی با الکترون‌هایی که می‌توانند با فوتون‌های با انرژی پایین به باند هدایت عبور کنند پر شده‌اند. فوتوآنتروسرهای غیرذاتی به طول موج‌های بلند (مانند فروسرخ) حساس‌تر از طول موج‌های کوتاه (مانند فرابنفش) هستند.

جدول زیر برخی از مواد رایج استفاده شده برای فوتوآنتروسرهای ذاتی و غیرذاتی و محدوده‌های پاسخ طیفی آن‌ها را خلاصه می‌کند.