Fényfüggő ellenállás: Részletes útmutató

Mi a fényfüggő ellenállás?

A fényfüggő ellenállás olyan eszköz, amelynek az ellenállása csökken a fényintenzitás növekedésével, és nő a fényintenzitás csökkenésével. Egy LDR ellenállása néhány ohm és több megaohm között mozoghat, attól függően, hogy milyen anyagból készült, és milyen a környezeti hőmérséklet.

A fényfüggő ellenállás jelölése alább látható. A nyíl a fény irányát jelzi, ami ráesik rajta.

Hogyan működik a fényfüggő ellenállás?

A fényfüggő ellenállás működési elvét a fényvezetőség jelensége alapja. A fényvezetőség azt jelenti, hogy egy anyag elektromos vezetőképessége növekszik, amikor fotónokat (fény részecskéket) vesz fel elegendő energiával.

Amikor fény esik egy LDR-re, a fotónok felidézik a szemiconduktr anyag valencia-szintjének (a legkülső réteg) elektronjait, és ezek ugrálnak át a vezető-szintre (ahol az elektronok szabadon mozoghatnak). Ez további szabad elektronokat és lyukakat (pozitív töltések) hoz létre, amelyek viszonylagosan könnyen átadhatják az elektromos áramot. Ennek eredményeként az LDR ellenállása csökken.

Az ellenállás-változás mennyisége függ több tényezőtől, mint például:

• A beeső fény hullámhossza és intenzitása

• A szemiconduktr anyag bandgapja (az energia különbsége a valencia-szint és a vezető-szint között)

• A szemiconduktr anyag dopolálási szintje (a hozzáadott tisztítók mennyisége, amelyek módosítják az elektromos tulajdonságokat)

• Az LDR felületi területe és vastagsága

• A környezeti hőmérséklet és páratartalom

Mik a fényfüggő ellenállás jellemzői?

A fényfüggő ellenállás fő jellemzői:

• Nemlinearitás: Az ellenállás és a fényintenzitás közötti kapcsolat nem lineáris, hanem exponenciális. Ez azt jelenti, hogy a fényintenzitás kis változása is nagy ellenállásváltozást okozhat, vagy fordítva.

• Szpektrális válasz: Egy LDR érzékenysége a fény hullámhosszától függ. Néhány LDR nem reagál bizonyos hullámhosszú fényre. A szpektrális válasz görbe mutatja, hogyan változik az ellenállás különböző hullámhosszokra adott LDR-ben.

• Válaszidő: Az LDR válaszideje az ellenállás változásának ideje, amikor a fényre vagy annak eltávolítására kerül. A válaszidő két összetevőből áll: emelkedési idő és lecsengési idő. Az emelkedési idő az az idő, amíg az LDR ellenállása csökken, amikor fényre van kitéve, míg a lecsengési idő az az idő, amíg az ellenállás nő, amikor a fény eltávolításra kerül. Általában az emelkedési idő gyorsabb, mint a lecsengési idő, mindkettő pedig millisekundumok rendjén van.

• Helyreállítási sebesség: A helyreállítási sebesség az, hogy milyen gyorsan tér vissza egy LDR eredeti ellenállásához, miután fényre vagy annak eltávolítására került. A helyreállítási sebesség függ a hőmérséklettől, a páratartalomtól és az öregedéstől.

• Érzékenység: Egy LDR érzékenysége az ellenállás-változás és a fényintenzitás-változás aránya. Általában százalékkal vagy decibelben (dB) fejezzük ki. Magasabb érzékenység azt jelenti, hogy egy LDR kisebb fényintenzitás-változásokat is észlelhet.

• Teljesítményarány: Egy LDR teljesítményaránya az a maximális teljesítmény, amit anélkül, hogy károsodna, el tud disszipálni. Általában wattban (W) vagy milliwattban (mW) fejezzük ki. Magasabb teljesítményarány azt jelenti, hogy egy LDR magasabb feszültségeket és áramokat is kivitelezhet.

Milyen típusú fényfüggő ellenállások léteznek?

A fényfüggő ellenállásokat a használt anyagok alapján két típusba sorolhatjuk:

• Intrinsek fényérzékelők: Ezek puszta szemiconduktr anyagokból, mint például a szilícium vagy a germanium, készülnek. Nagy bandgapjuk van, és magasenergiás fotónokra van szükség, hogy elektronokat idézzenek át. Többet érzékelnek a rövid hullámhosszú (például ultravörös) fényre, mint a hosszú hullámhosszú (például infravörös) fényre.

• Extrinsek fényérzékelők: Ezek doppolt szemiconduktr anyagokból készültek, amelyek új energiaszinteket hoznak létre a valencia-szint fölött. Ezek az energiaszintek elektrokokkal vannak feltöltve, amelyek könnyen ugrálnak át a vezető-szintre alacsonyenergiás fotónok hatására. Extrinsek fényérzékelők többet érzékelnek a hosszú hullámhosszú (például infravörös) fényre, mint a rövid hullámhosszú (például ultravörös) fényre.

A következő táblázat összefoglal néhány gyakori intrinszek és extrinsek fényérzékelő anyagot és a szpektrális válasz tartományukat.

Hogyan készítsünk fényfüggő ellenállás körünket?

Egy fényfüggő ellenállás kör egyszerű elektronikus kör, amely egy LDR-t használ változó ellenállásként, hogy vezérelje az áramot a körben. Az LDR kör alapelve, hogy egy LDR-t seriálisan vagy párhuzamosan kötünk egy fix ellenállással, és feszültséget alkalmazunk rajtuk. Az LDR-en lévő feszültség-lehullam függ az ellenállásától, ami a fényintenzitástól függ. Az LDR-en vagy a fix ellenálláson mért feszültség-lehullam alapján meghatározhatjuk a fényintenzitást.

Az egyik legegyszerűbb LDR kör a következő. Egy LDR és egy fix ellenállás sorban van kötve egy akkumulátorral és voltméterrel. A voltméter méri az LDR-en lévő feszültség-lehullamot, ami a fényintenzitástól függ.

Egy másik gyakori LDR kör a következő. Egy LDR és egy fix ellenállás párhuzamosan van kötve egy akkumulátorral és ampermeterrrel. Az ampermeter méri az áramot a párhuzamos kombinációban, ami a fényintenzitástól függ.

Számos másféle LDR kör létezik különböző célokra, mint például kapcsoló, erősítő vagy összehasonlító jelekhez. Néhány példa LDR körre: