Valolaskuri: Yleiskatsaus

Mikä on valoliukusensori?

Valoliukusensori on laite, jonka vastus pienenee kasvavassa valovoimakkuudessa ja kasvaa heikkenevässä valovoimakkuudessa. Valoliukusensorin vastus voi vaihdella muutamasta ohmiin useisiin megaohmiin riippuen käytetyn materiaalin tyyppistä ja laatua sekä lämpötilaympäristöstä.

Valoliukusensorin symboli on näkyvissä alla. Nuoli osoittaa valon suunnan sensorin päällä.

Miten valoliukusensori toimii?

Valoliukusensorin toimintaperiaate perustuu fotojohtavuuden ilmiöön. Fotojohtavuus on aineen sähköisen johtavuuden lisääntyminen, kun se absorboi fotonit (valon osia) riittävällä energialla.

Kun valo osuu valoliukusensoriin, fotonit herättävät elektronit väliaikaisessa saumassa (ulkopuolimmaisessa atomin kerroksessa) semimetaalimateriaalissa ja saavat ne hypähtämään johtavaan saumaan (kerrokseen, jossa elektronit voivat liikkua vapaasti). Tämä luo enemmän vapaita elektroneja ja aukkoja (positiivisia varauksia), jotka voivat kuljettaa sähkövirtaa. Tämän seurauksena valoliukusensorin vastus pienenee.

Vastuksen muuttumisen määrä riippuu useista tekijöistä, kuten:

• Tapahtuvan valon aallonpituudesta ja voimakkuudesta

• Semimetaalimateriaalin väliaikaisen ja johtavan sauman välisestä energiaerosta (band gap)

• Semimetaalimateriaalin lisäyksien määrästä (doping tasosta), jolla muokataan sähköisiä ominaisuuksia

• Valoliukusensorin pinta-alasta ja paksuudesta

• Ympäristölämpötilasta ja kosteudesta

Mitä ovat valoliukusensorin ominaisuudet?

Valoliukusensorin pääasialliset ominaisuudet ovat:

• Epälineaarisuus: Vastuksen ja valovoimakkuuden välillä ei ole lineaarista suhdetta, vaan eksponentiaalista. Tämä tarkoittaa, että pieni valovoimakkuuden muutos voi aiheuttaa suuren vastuksen muutoksen tai päinvastoin.

• Spektraalinen vastaus: Valoliukusensorin herkkyys vaihtelee valon aallonpituuden mukaan. Jotkut valoliukusensorit eivät ehkä reagoi lainkaan tietyille aallonpituuden alueille. Spektraalinen vastauskäyrä näyttää, miten vastus muuttuu eri aallonpituudilla annetussa valoliukusensorissa.

• Vastausaika: Vastausaika on aika, joka valoliukusensorilla menee vastuksen muuttamiseen, kun se altistetaan tai poistetaan valolta. Vastausaika koostuu kahdesta komponentista: nouseva aika ja hajoaminen. Nouseva aika on aika, joka valoliukusensorilla menee vastuksen pienentämiseen, kun se altistetaan valolle, kun taas hajoaminen on aika, joka menee vastuksen kasvattamiseen, kun se poistetaan valolta. Yleensä nouseva aika on nopeampi kuin hajoaminen, ja molemmat ovat millisekuntien luokkaa.

• Toipumisaika: Toipumisaika on aika, joka valoliukusensorilla menee alkuperäiseen vastukseen palautumiseen, kun se altistetaan tai poistetaan valolta. Toipumisaika riippuu tekijöistä, kuten lämpötilasta, kosteudesta ja ikääntymisvaikutuksista.

• Herkkyys: Valoliukusensorin herkkyys on vastuksen muutoksen ja valovoimakkuuden muutoksen suhde. Se ilmaistaan yleensä prosenteissa tai desibeleinä (dB). Korkeampi herkkyys tarkoittaa, että valoliukusensori voi havaita pienempiä valovoimakkuuden muutoksia.

• Tehotaso: Valoliukusensorin tehotaso on maksimiteho, jota valoliukusensori voi levittää ilman, että se tuhoutuu. Se ilmaistaan yleensä wattina (W) tai milliwattina (mW). Korkeampi tehotaso tarkoittaa, että valoliukusensori voi kestää korkeammat jännitteet ja virtaat.

Mitä ovat valoliukusensorin tyypit?

Valoliukusensorit voidaan luokitella kahteen tyyppiin käytettyjen materiaalien perusteella:

• Intrinsic photoresistors: Nämä valmistetaan puhtaan semimetaalimateriaalin, kuten silikonin tai germaniumin, avulla. Neillä on suuri band gap, ja ne tarvitsevat korkean energian fotonit elektronien aktivoimiseksi sen yli. Ne ovat herkempiä lyhyille aallonpituuksille (kuten ultraviolettivalolle) kuin pitkille aallonpituuksille (kuten infrapuna).

• Extrinsic photoresistors: Nämä valmistetaan semimetaalimateriaaleista, joihin on lisätty epäpuhtauksia, jotka luovat uusia energiatasoa väliaikaisen sauman yläpuolelle. Nämä energiatasot ovat täytettyjä elektroneilla, jotka voivat helposti hypähtää johtavaan saumaan matalan energian fotonien avulla. Extrinsic photoresistors ovat herkempiä pitkille aallonpituuksille (kuten infrapuna) kuin lyhyille aallonpituuksille (kuten ultraviolettivalolle).

Seuraava taulukko yhteenvetoa joitakin yleisiä materiaaleja intrinsic ja extrinsic photoresistorsille ja niiden spektraalisia vastausalueita.

Miten tehdä valoliukusensorin piiri?