Фотозависимый резистор: Полное руководство

Что такое фотозависимый резистор?

Фотозависимый резистор (LDR) определяется как устройство, сопротивление которого уменьшается при увеличении интенсивности света и увеличивается при уменьшении интенсивности света. Сопротивление LDR может варьироваться от нескольких омов до нескольких мегаомов, в зависимости от типа и качества используемого материала, а также температуры окружающей среды.

Символ фотозависимого резистора показан ниже. Стрелка указывает направление падения света на него.

Как работает фотозависимый резистор?

Принцип работы фотозависимого резистора основан на явлении фотоэлектрической проводимости. Фотоэлектрическая проводимость — это увеличение электрической проводимости материала, когда он поглощает фотоны (частицы света) с достаточной энергией.

Когда свет попадает на LDR, фотоны возбуждают электроны в валентной зоне (внешней оболочке атомов) полупроводникового материала, заставляя их перескакивать в зону проводимости (область, где электроны могут свободно перемещаться). Это создает больше свободных электронов и дырок (положительных зарядов), которые могут нести электрический ток. В результате сопротивление LDR уменьшается.

Степень изменения сопротивления зависит от нескольких факторов, таких как:

• Длина волны и интенсивность падающего света

• Ширина запрещенной зоны (разница энергии между валентной зоной и зоной проводимости) полупроводникового материала

• Уровень легирования (количество примесей, добавленных для изменения электрических свойств) полупроводникового материала

• Площадь поверхности и толщина LDR

• Температура и влажность окружающей среды

Каковы характеристики фотозависимого резистора?

Основные характеристики фотозависимого резистора следующие:

• Нелинейность: зависимость сопротивления от интенсивности света нелинейная, но экспоненциальная. Это означает, что небольшое изменение интенсивности света может вызвать значительное изменение сопротивления, и наоборот.

• Спектральный отклик: чувствительность LDR изменяется в зависимости от длины волны света. Некоторые LDR могут вообще не реагировать на определенные диапазоны длин волн. Кривая спектрального отклика показывает, как изменяется сопротивление при разных длинах волн для данного LDR.

• Время отклика: время отклика — это время, необходимое LDR для изменения своего сопротивления при воздействии или удалении света. Время отклика состоит из двух компонентов: времени нарастания и времени затухания. Время нарастания — это время, необходимое LDR для уменьшения сопротивления при воздействии света, а время затухания — это время, необходимое LDR для увеличения сопротивления при удалении света. Обычно время нарастания быстрее, чем время затухания, и оба они находятся в пределах миллисекунд.

• Скорость восстановления: скорость восстановления — это скорость, с которой LDR возвращается к своему исходному сопротивлению после воздействия или удаления света. Скорость восстановления зависит от таких факторов, как температура, влажность и эффекты старения.

• Чувствительность: чувствительность LDR — это отношение изменения сопротивления к изменению интенсивности света. Она обычно выражается в процентах или децибелах (dB). Более высокая чувствительность означает, что LDR может обнаруживать меньшие изменения интенсивности света.

• Мощностная нагрузка: мощностная нагрузка LDR — это максимальная мощность, которую можно рассеять LDR без его повреждения. Она обычно выражается в ваттах (W) или милливатах (mW). Более высокая мощностная нагрузка означает, что LDR может выдерживать более высокие напряжения и токи.

Какие бывают типы фотозависимых резисторов?

Фотозависимые резисторы можно классифицировать на два типа в зависимости от материалов, используемых для их изготовления:

• Интрасенсоры: эти резисторы изготовлены из чистых полупроводниковых материалов, таких как кремний или германий. Они имеют большую ширину запрещенной зоны и требуют высокоэнергетических фотонов для возбуждения электронов через эту зону. Они более чувствительны к коротким длинам волн (таким как ультрафиолет) по сравнению с длинными длинами волн (такими как инфракрасный).

• Экстросенсоры: эти резисторы изготовлены из полупроводниковых материалов, легированных примесями, которые создают новые энергетические уровни выше валентной зоны. Эти энергетические уровни заполнены электронами, которые легко переходят в зону проводимости при воздействии низкоэнергетических фотонов. Экстросенсоры более чувствительны к длинным длинам волн (таким как инфракрасный) по сравнению с короткими длинами волн (такими как ультрафиолет).

В следующей таблице приведены некоторые распространенные материалы, используемые для интрасенсоров и экстросенсоров, а также их спектральные диапазоны отклика.

Чаевые