Resistore Dipendente dalla Luce: Una Guida Completa

Cos'è un resistore fotoconduttivo?

Un resistore fotoconduttivo è definito come un dispositivo la cui resistenza diminuisce con l'aumento dell'intensità luminosa e aumenta con la diminuzione dell'intensità luminosa. La resistenza di un LDR può variare da pochi ohm a diversi megaohm, a seconda del tipo e della qualità del materiale utilizzato e della temperatura ambiente.

Il simbolo di un resistore fotoconduttivo è mostrato di seguito. La freccia indica la direzione della luce che lo colpisce.

Come funziona un resistore fotoconduttivo?

Il principio di funzionamento di un resistore fotoconduttivo si basa sul fenomeno della fotoconduttività. La fotoconduttività è l'aumento della conduttività elettrica di un materiale quando assorbe fotoni (particelle di luce) con energia sufficiente.

Quando la luce cade su un LDR, i fotoni eccitano gli elettroni nella banda di valenza (la fascia più esterna degli atomi) del materiale semiconduttore e li fanno passare alla banda di conduzione (la fascia in cui gli elettroni possono muoversi liberamente). Questo crea più elettroni liberi e buchi (cariche positive) che possono trasportare corrente elettrica. Di conseguenza, la resistenza del LDR diminuisce.

L'entità della variazione di resistenza dipende da diversi fattori, come:

• La lunghezza d'onda e l'intensità della luce incidente

• Il gap di banda (la differenza di energia tra la banda di valenza e la banda di conduzione) del materiale semiconduttore

• Il livello di dopaggio (il numero di impurità aggiunte per modificare le proprietà elettriche) del materiale semiconduttore

• L'area superficiale e lo spessore del LDR

• La temperatura e l'umidità ambientale

Quali sono le caratteristiche di un resistore fotoconduttivo?

Le principali caratteristiche di un resistore fotoconduttivo sono:

• Non linearità: Il rapporto tra resistenza e intensità luminosa non è lineare, ma esponenziale. Ciò significa che un piccolo cambiamento nell'intensità luminosa può causare un grande cambiamento nella resistenza, o viceversa.

• Risposta spettrale: La sensibilità di un LDR varia con la lunghezza d'onda della luce. Alcuni LDR potrebbero non reagire affatto a certe gamme di lunghezze d'onda. La curva di risposta spettrale mostra come la resistenza cambia con diverse lunghezze d'onda per un dato LDR.

• Tempo di risposta: Il tempo di risposta è il tempo impiegato da un LDR per cambiare la sua resistenza quando viene esposto o rimosso dalla luce. Il tempo di risposta è composto da due componenti: tempo di salita e tempo di decadimento. Il tempo di salita è il tempo impiegato da un LDR per diminuire la sua resistenza quando è esposto alla luce, mentre il tempo di decadimento è il tempo impiegato da un LDR per aumentare la sua resistenza quando è rimosso dalla luce. Generalmente, il tempo di salita è più veloce del tempo di decadimento, e entrambi sono dell'ordine dei millisecondi.

• Tasso di recupero: Il tasso di recupero è il tasso con cui un LDR torna alla sua resistenza originale dopo essere stato esposto o rimosso dalla luce. Il tasso di recupero dipende da fattori come temperatura, umidità ed effetti di invecchiamento.

• Sensibilità: La sensibilità di un LDR è il rapporto di cambiamento della resistenza al cambiamento dell'intensità luminosa. È solitamente espressa in percentuale o decibel (dB). Una maggiore sensibilità significa che un LDR può rilevare cambiamenti più piccoli nell'intensità luminosa.

• Potenza nominale: La potenza nominale di un LDR è la massima potenza che può essere dissipata da un LDR senza danneggiarlo. È solitamente espressa in watt (W) o milliwatt (mW). Una maggiore potenza nominale significa che un LDR può sopportare tensioni e correnti più elevate.

Quali sono i tipi di resistori fotoconduttivi?

I resistori fotoconduttivi possono essere classificati in due tipi in base ai materiali utilizzati per costruirli:

• Fotoresistori intrinseci: Questi sono realizzati con materiali semiconduttori puri come silicio o germanio. Hanno un ampio gap di banda e richiedono fotoni ad alta energia per eccitare gli elettroni attraverso di esso. Sono più sensibili alle lunghezze d'onda corte (come l'ultravioletto) che alle lunghezze d'onda lunghe (come l'infrarosso).

• Fotoresistori estrinseci: Questi sono realizzati con materiali semiconduttori dopati con impurità che creano nuovi livelli energetici sopra la banda di valenza. Questi livelli energetici sono riempiti con elettroni che possono facilmente saltare alla banda di conduzione con fotoni a bassa energia. I fotoresistori estrinseci sono più sensibili alle lunghezze d'onda lunghe (come l'infrarosso) che alle lunghezze d'onda corte (come l'ultravioletto).

La seguente tabella riassume alcuni dei materiali comuni utilizzati per i fotoresistori intrinseci ed estrinseci e le loro gamme di risposta spettrale.

Come realizzare un circuito con un resistore fotoconduttivo?

Un circuito con un resistore fotoconduttivo è un semplice circuito elettronico che utilizza un LDR come resistore variabile per controllare il flusso di corrente nel circuito. Il principio di base di un circuito LDR è collegare un LDR in serie o in parallelo con un resistore fisso e applicare una tensione su di essi.