Odporny na światło rezystor: kompleksowy przewodnik

Co to jest fotorezystor?

Fotorezystor definiuje się jako urządzenie, którego opór maleje wraz ze wzrostem natężenia światła i rośnie wraz z jego spadkiem. Opór fotorezystora może wynosić od kilku omów do kilku megaomów, w zależności od rodzaju i jakości używanego materiału oraz temperatury otoczenia.

Symbol fotorezystora przedstawiono poniżej. Strzałka wskazuje kierunek padającego światła.

Jak działa fotorezystor?

Zasada działania fotorezystora opiera się na zjawisku fotoconductivity. Fotoconductivity to zwiększenie przewodnictwa elektrycznego materiału, gdy absorbuje fotony (cząstki światła) o wystarczającej energii.

Gdy światło pada na fotorezystor, fotony pobudzają elektrony w warstwie walencyjnej (najbardziej zewnętrznym powłoce atomy) materiału półprzewodnikowego, co sprawia, że przechodzą one do warstwy przewodzącej (powłoki, gdzie elektrony mogą swobodnie poruszać się). To tworzy więcej wolnych elektronów i dziur (ładunków dodatnich), które mogą przeprowadzać prąd elektryczny. W rezultacie opór fotorezystora maleje.

Wielkość zmiany oporu zależy od wielu czynników, takich jak:

• Długość fali i natężenie padającego światła

• Przerwa energetyczna (różnica energetyczna między warstwą walencyjną a warstwą przewodzącą) materiału półprzewodnikowego

• Poziom domieszkowania (liczba domieszkowanych substancji, które modyfikują właściwości elektryczne) materiału półprzewodnikowego

• Powierzchnia i grubość fotorezystora

• Temperatura i wilgotność otoczenia

Jakie są cechy fotorezystora?

Główne cechy fotorezystora to:

• Nieliniowość: Związek między oporem a natężeniem światła nie jest liniowy, ale wykładniczy. Oznacza to, że mała zmiana natężenia światła może spowodować dużą zmianę oporu, lub na odwrót.

• Odpowiedź widmowa: Czułość fotorezystora zmienia się w zależności od długości fali światła. Niektóre fotorezystory mogą w ogóle nie reagować na pewne zakresy długości fal. Krzywa odpowiedzi widmowej pokazuje, jak zmienia się opór w zależności od różnych długości fal dla danego fotorezystora.

• Czas reakcji: Czas reakcji to czas potrzebny fotorezystorowi, aby zmienić swój opór pod wpływem światła lub po usunięciu go. Czas reakcji składa się z dwóch składowych: czas narastania i czas rozpadu. Czas narastania to czas potrzebny fotorezystorowi, aby zmniejszyć swój opór pod wpływem światła, podczas gdy czas rozpadu to czas potrzebny fotorezystorowi, aby zwiększyć swój opór po usunięciu go ze światła. Zazwyczaj czas narastania jest szybszy niż czas rozpadu, a oba są rzędu milisekund.

• Szybkość odzyskiwania: Szybkość odzyskiwania to szybkość, z jaką fotorezystor wraca do swojego pierwotnego oporu po narażeniu na światło lub jego usunięciu. Szybkość odzyskiwania zależy od czynników takich jak temperatura, wilgotność i efekty starzenia.

• Czułość: Czułość fotorezystora to stosunek zmiany oporu do zmiany natężenia światła. Zazwyczaj wyraża się ją w procentach lub decybelach (dB). Wyższa czułość oznacza, że fotorezystor może wykrywać mniejsze zmiany natężenia światła.

• Moc nominalna: Moc nominalna fotorezystora to maksymalna moc, którą można przez niego rozpraszac bez jego uszkodzenia. Zazwyczaj wyraża się ją w wat (W) lub miliwatach (mW). Wyższa moc nominalna oznacza, że fotorezystor może wytrzymać wyższe napięcia i prądy.

Jakie są typy fotorezystorów?

Fotorezystory można podzielić na dwa typy w zależności od materiałów używanych do ich budowy:

• Intrinsic photoresistors: Te są wykonane z czystych materiałów półprzewodnikowych, takich jak krzem lub german. Mają duży przerwę energetyczną i wymagają fotonów o wysokiej energii, aby pobudzić elektrony przez nią. Są bardziej wrażliwe na krótkie długości fal (takie jak ultrafiolet) niż na długie długości fal (takie jak podczerwień).

• Extrinsic photoresistors: Te są wykonane z materiałów półprzewodnikowych domieszkowanych substancjami, które tworzą nowe poziomy energetyczne powyżej warstwy walencyjnej. Te poziomy energetyczne są wypełnione elektronami, które mogą łatwo przeskoczyć do warstwy przewodzącej przy niższej energii fotonów. Extrinsic photoresistors są bardziej wrażliwe na długie długości fal (takie jak podczerwień) niż na krótkie długości fal (takie jak ultrafiolet).

Poniższa tabela podsumowuje niektóre z najpopularniejszych materiałów używanych do produkcji intrinsic i extrinsic photoresistors oraz ich zakresy odpowiedzi widmowej.

Jak zrobić obwód z fotorezystorem?

Obwód z fotorezystorem to prosty obwód elektroniczny, który używa fotorezystora