Фотоопор: Всесторонній довідник

Що таке світловизначний резистор?

Світловизначний резистор — це пристрій, опір якого зменшується при збільшенні інтенсивності світла та збільшується при її зменшенні. Опір LDR може варіюватися від кількох омів до кількох мегаомів, залежно від типу та якості матеріалу, а також від температури оточення.

Символ світловизначного резистора показано нижче. Стрілка вказує напрямок падіння світла на нього.

Як працює світловизначний резистор?

Принцип роботи світловизначного резистора базується на явищі фотопровідності. Фотопровідність — це збільшення електричної провідності матеріалу при поглинанні фотонів (частинок світла) з достатньою енергією.

Коли світло падає на LDR, фотони стимулюють електрони у валентному банді (зовнішній оболонці атомів) напівпровідникового матеріалу, роблячи їх перескочити до провідного банду (оболонки, де електрони можуть вільно рухатися). Це створює більше вільних електронів та дірок (позитивних зарядів), які можуть носити електричний струм. В результаті, опір LDR зменшується.

Розмір зміни опору залежить від декількох факторів, таких як:

• Довжина хвилі та інтенсивність падаючого світла

• Ширина забороненої зони (різниця енергії між валентним та провідним бандами) напівпровідникового матеріалу

• Ступінь легування (кількість домішок, доданих для модифікації електричних властивостей) напівпровідникового матеріалу

• Площа поверхні та товщина LDR

• Навколишня температура та вологість

Які характеристики має світлочутливий резистор?

Основні характеристики світлочутливого резистора:

• Нелінійність: Зв'язок між опором і інтенсивністю світла не лінійний, а експоненціальний. Це означає, що невелика зміна інтенсивності світла може призвести до значної зміни опору, або навпаки.

• Спектральна відповідь: Чутливість LDR змінюється з довжиною хвилі світла. Деякі LDR можуть взагалі не реагувати на певні діапазони довжин хвиль. Спектральна крива відгуку показує, як змінюється опір при різних довжинах хвиль для даного LDR.

• Час відгуку: Час відгуку — це час, який потрібен LDR для зміни опору при виявленні світла або його відсутності. Час відгуку складається з двох компонентів: час підйому та час затухання. Час підйому — це час, за який LDR зменшує свій опір при виявленні світла, тоді як час затухання — це час, за який LDR збільшує свій опір при відсутності світла. Зазвичай, час підйому швидший, ніж час затухання, і обидва вимірюються в мілісекундах.

• Швидкість відновлення: Швидкість відновлення — це швидкість, з якою LDR повертається до свого початкового опору після виявлення світла або його відсутності. Швидкість відновлення залежить від таких факторів, як температура, вологість та вплив старіння.

• Чутливість: Чутливість LDR — це співвідношення зміни опору до зміни інтенсивності світла. Вона зазвичай виражається у відсотках або децибелах (dB). Більша чутливість означає, що LDR може виявити менші зміни інтенсивності світла.

• Максимальна потужність: Максимальна потужність LDR — це максимальна потужність, яку може виділити LDR без пошкодження. Вона зазвичай виражається в ваттах (Вт) або міліваттах (мВт). Більша максимальна потужність означає, що LDR може витримати більші напруги та струми.

Які типи світлочутливих резисторів існують?

Світлочутливі резистори можна класифікувати на два типи в залежності від матеріалів, які використовуються для їх виготовлення:

• Інтрактові фоторезистори: Вони виготовлені з чистих напівпровідникових матеріалів, таких як кремній або германій. Вони мають велику ширину забороненої зони і потребують фотонів з високою енергією, щоб збудити електрони через неї. Вони більш чутливі до коротких довжин хвиль (наприклад, ультрафіолетового) ніж до довгих довжин хвиль (наприклад, інфрачервоного).

• Екстрапровідні фоторезистори: Вони виготовлені з напівпровідникових матеріалів, доданих імпурантами, які створюють нові енергетичні рівні над валентною зоною. Ці енергетичні рівні заповнені електронами, які можуть легко перескочити до провідної зони за допомогою фотонів нижчої енергії. Екстрапровідні фоторезистори більш чутливі до довгих хвиль (наприклад, інфрачервоне) ніж до коротких хвиль (наприклад, ультрафіолет).

Наступна таблиця підсумовує деякі з типових матеріалів, використовуваних для внутрішньопровідних та екстрапровідних фоторезисторів, а також їхні спектральні діапазони відгуку.

Як зробити схему з фоторезистором?

Схема з фоторезистором - це проста електронна схема, яка використовує LDR як змінний резистор для керування потоком струму в схемі. Основним принципом схеми з LDR є підключення LDR послідовно або паралельно з фіксованим резистором і прикладання напруги на них. Падіння напруги на LDR буде залежати від його опору, який, у свою чергу, залежить від інтенсивності світла. Вимірюючи падіння напруги на LDR або фіксованому резисторі, ми можемо визначити інтенсивність світла.

Одна з найпростіших схем з LDR показана нижче. Вона складається з LDR і фіксованого резистора, підключених послідовно до батареї та вольтметра. Вольтметр вимірює падіння напруги на LDR, яке змінюється відповідно до інтенсивності світла.

Інша поширена схема з LDR показана нижче. Вона складається з LDR і фіксованого резистора, підключених паралельно до батареї та амперметром. Амперметр вимірює струм через паралельну комбінацію, який змінюється відповідно до інтенсивності світла.

Існує багато інших способів проектування схем з LDR для різних цілей, таких як переключення, підсилення або порівняння сигналів. Нижче наведено деякі приклади схем з LDR:

• Схема світлочутливого вмикача, яка вмикає або вимикає навантаження (наприклад, лампу або вентилятор) в залежності від інтенсивності світла.

• Схема світлового сигнального пристрою, який виробляє звук, коли інтенсивність світла перевищує або опускається нижче певного порогу.

• Схема світломіра, яка відображає інтенсивність світла на LCD або LED дисплеї.

• Схема світлочутливого компаратора, який порівнює інтенсивність світла від двох джерел і вказує, яке з них яскравіше або темніше.

Які застосування мають світлочутливі резистори?

Світлочутливі резистори мають багато застосувань у різних галузях, таких як:

• Системи безпеки: LDR можна використовувати для виявлення наявності або відсутності світла, наприклад, у експонометрі камер, систем сигнализації про вторгнення чи електронних очей.

• Керування освітленням: LDR можна використовувати для керування яскравістю або кольором світла, наприклад, у вуличному освітленні, зовнішньому освітленні чи створенні атмосфери.

• Аудіокомпресія: LDR можна використовувати для згладжування відгуку аудіо сигналів шляхом зменшення динамічного діапазону, наприклад, у компресорах, лімітерах чи шумозахисних пристроях.

• Оптична комунікація: LDR можна використовувати для модуляції або демодуляції оптичних сигналів, наприклад, у волоконно-оптичних кабелях, лазерах чи фотодіодах.

• Вимірювання та прилади: LDR можна використовувати для вимірювання або індикації інтенсивності світла, наприклад, у експонометрах, спектрометрах чи фотометрах.

Які переваги та недоліки світловипадкових резисторів?

Деякі переваги світловипадкових резисторів:

• Вони дешеві та прості в користуванні.

• Вони мають широкий діапазон значень опору та рівнів чутливості.

• Вони не потребують жодного зовнішнього джерела живлення або підвійного зміщення.

• Вони сумісні з багатьма схемами та пристроями.

Деякі недоліки світловипадкових резисторів:

• Вони мають низьку точність та прецизію через їх нелінійні та температурозалежні характеристики.

• Вони мають повільний відгук та час відновлення через їх затримку.

• Вони мають низьку чутливість та точність порівняно з іншими датчиками світла, такими як фотодіоди та фототранзистори.

• Вони впливають на екологічні фактори, такі як температура, вологість та старіння.

Які переваги та недоліки світловипадкових резисторів?

Деякі переваги світловипадкових резисторів:

• Вони дешеві та прості в користуванні.

• Вони мають широкий діапазон значень опору та рівнів чутливості.

• Вони не потребують жодного зовнішнього джерела живлення або підвійного зміщення.

• Вони сумісні з багатьма схемами та пристроями.

Деякі недоліки світловизалежних резисторів:

• Вони мають низьку точність та прецізію через їх нелінійні та температурозалежні характеристики.

• Вони мають повільну відповідь та час відновлення через ефекти затримки та гістерезису.

• Вони мають вузький спектральний діапазон, який залежить від матеріалу, який використовується, і може не відповідати бажаному діапазону довжин хвиль.

• Вони можуть містити шкідливі речовини, такі як свинець або кадмій, що становлять екологічну загрозу.

Висновок

Світловизалежні резистори — це пасивні електронні компоненти, які змінюють своє опору відповідно до інтенсивності світла. Вони базуються на явищі фотоемісії, яке полягає у збільшенні електричної провідності матеріалу при поглинанні фотонів. Світловизалежні резистори можна поділити на внутрішні та зовнішні типи залежно від використаних матеріалів. Світловизалежні резистори мають багато застосувань як сенсори світла в різних галузях, таких як системи безпеки, управління освітленням, аудіокомпресія, оптична комунікація, вимірювання та інструментування. Світловизалежні резистори мають деякі переваги, такі як невисока вартість, простота та сумісність, але також і деякі недоліки, такі як низька точність, повільна відповідь, вузький спектральний діапазон та екологічні загрози. Світловизалежні резистори є корисними пристроями для виявлення та вимірювання світла, але можливо, що вони не будуть придатними для кожного випадку або мети.

Джерело: Electrical4u.

Заява: Поважайте оригінал, хороші статті варто поширити, якщо є порушення авторських прав, будь ласка, зверніться для видалення.