光依存抵抗素：総合ガイド

光依存抵抗とは何ですか？

光依存抵抗は、光の強度が増加すると抵抗値が減少し、光の強度が減少すると抵抗値が増加するデバイスとして定義されます。LDRの抵抗値は、使用される材料の種類と品質、周囲温度によって、数オームから数メガオームまで変化します。

以下に示すのは、光依存抵抗のシンボルです。矢印は光が当たる方向を示しています。

光依存抵抗の動作原理

光依存抵抗の動作原理は、光導電性という現象に基づいています。光導電性とは、材料が十分なエネルギーを持つ光子（光粒子）を吸収することで電気伝導率が増加する現象です。

光がLDRに当たると、光子が半導体材料の価電子帯（原子の最外殻）の電子を励起し、それらを伝導帯（電子が自由に移動できる殻）に飛び越させます。これにより、より多くの自由電子と正孔（正電荷）が生成され、それらが電流を運ぶことができます。その結果、LDRの抵抗値が減少します。

抵抗値の変化量は、以下の要因によって決まります：

• 入射光の波長と強度

• 半導体材料のバンドギャップ（価電子帯と伝導帯の間のエネルギ差）

• ドーピングレベル（電気特性を変更するために添加された不純物の数）

• LDRの表面積と厚さ

• 周囲の温度と湿度

光依存抵抗の特性

光依存抵抗の主な特性は以下の通りです：

• 非線形性：抵抗値と光強度の関係は直線的ではなく指数関数的です。これは、小さな光強度の変化でも大きな抵抗値の変化を引き起こすか、またはその逆の場合があります。

• スペクトル応答：LDRの感度は光の波長によって異なります。一部のLDRは特定の波長範囲には反応しない場合があります。スペクトル応答曲線は、特定のLDRに対して異なる波長で抵抗値がどのように変化するかを示しています。

• 応答時間：応答時間とは、LDRが光にさらされたり取り除かれたりしたときに抵抗値を変えるのにかかる時間です。応答時間は以下の2つの成分で構成されています：上昇時間と減衰時間。上昇時間とは、LDRが光にさらされて抵抗値を減少させるのにかかる時間であり、減衰時間とは、LDRが光から取り除られて抵抗値を増加させるのにかかる時間です。通常、上昇時間は減衰時間よりも速く、両方ともミリ秒のオーダーです。

• 回復速度：回復速度とは、LDRが光にさらされたり取り除かれたりした後に元の抵抗値に戻る速度です。回復速度は温度、湿度、経年劣化などの要因によって決まります。

• 感度：LDRの感度とは、抵抗値の変化に対する光強度の変化の比です。通常、パーセントまたはデシベル（dB）で表されます。高い感度を持つLDRは、小さな光強度の変化を検出することができます。

• 許容電力：LDRの許容電力とは、LDRが損傷せずに放出できる最大の電力です。通常、ワット（W）またはミリワット（mW）で表されます。高い許容電力を持つLDRは、より高い電圧と電流に耐えられます。

光依存抵抗の種類

光依存抵抗は、使用される材料に基づいて2つのタイプに分類できます：

• 本質的なフォトレジスタ：これらのものは、シリコンやゲルマニウムなどの純粋な半導体材料で作られています。大きなバンドギャップを持ち、電子を渡すために高エネルギーの光子を必要とします。短波長（紫外線など）よりも長波長（赤外線など）に対して敏感です。

• 付加的なフォトレジスタ：これらのものは、エネルギー準位を価電子帯の上に作る不純物を含む半導体材料で作られています。これらのエネルギー準位は、低エネルギーの光子で伝導帯に容易に跳ねることができる電子で満たされています。付加的なフォトレジスタは、長波長（赤外線など）よりも短波長（紫外線など）に対して敏感です。

以下は、本質的なフォトレジスタと付加的なフォトレジスタに使用される一般的な材料とそのスペクトル応答範囲のまとめです。

光依存抵抗回路の作り方

光依存抵抗回路は、LDRを可変抵抗として使用して、回路内の電流を制御するシンプルな電子回路です。LDR回路の基本的な原理は、LDRを固定抵抗と直列または並列に接続し、それらに電圧をかけることです。LDRの抵抗値は光強度によって決まるため、LDRの