Фоторезистор принцип работы: Фоторезистор. Принцип работы, характеристики | joyta.ru

Содержание

Фоторезистор. Принцип работы, характеристики | joyta.ru

Фоторезистор (фотосопротивление, LDR) – это резистор, электрическое сопротивление которого изменяется под влиянием световых лучей, падающих на светочувствительную поверхность и не зависит от приложенного напряжения, как у обычного резистора.

Фоторезисторы чаще всего используются для определения наличия или отсутствия света или для измерения интенсивности света. В темноте, их сопротивление очень высокое, иногда доходит до 1 МОм, но когда датчик LDR подвергается воздействию света, его сопротивление резко падает, вплоть до нескольких десятков ом в зависимости от интенсивности света.

Блок питания 0...30 В / 3A

Набор для сборки регулируемого блока питания...

Фоторезисторы имеют чувствительность, которая изменяется с длиной волны света. Они используются во многих устройствах, хотя уступают по своей популярности фотодиодам и фототранзисторам. Некоторые страны запретили LDR из-за содержащегося в них свинца или кадмия по соображению экологической безопасности.

Определение: Фоторезистор — светочувствительный элемент, чье сопротивление уменьшается при интенсивном освещении и увеличивается при его отсутствии.

Характеристики фоторезистора

Виды фоторезисторов и принцип работы

На основании материалов, используемых при производстве, фоторезисторы могут быть разделены на две группы: с внутренним и внешним фотоэффектом. В производстве фоторезисторов с внутренним фотоэффектом используют нелегированные материалы, такие как кремний или германий.

Фотоны, которые попадают на устройство, заставляют электроны перемещаться из валентной зоны в зону проводимости. В результате этого процесса появляется большое количество свободных электронов в материале, тем самым улучшается электропроводность и, следовательно, уменьшается сопротивление.

Фоторезисторы с внешним фотоэффектом производятся из материалов, с добавлением примеси, называемой легирующая добавка. Легирующая добавка создает новую энергетическую зону поверх существующей валентной зоной, заселенную электронами. Этим электронам требуется меньше энергии, чтобы совершить переход в зону проводимости благодаря меньшей энергетической щели. Результат этого – фоторезистор чувствителен к различным длинам волн света.

Несмотря на все это, оба типа демонстрируют уменьшение сопротивления при освещении. Чем выше интенсивность света, тем больше падает сопротивление. Следовательно, сопротивлением фоторезистора является обратная, нелинейная функция интенсивности света.

Фоторезистор на схемах обозначается следующим образом:

Цифровой мультиметр AN8009

Большой ЖК-дисплей с подсветкой, 9999 отсчетов, измерение TrueRMS...

Чувствительность фоторезистора от длины волны

Чувствительность фоторезистора зависит от длины волны света. Если длина волны находится вне рабочего диапазона, то свет не будет оказывать никакого действия на LDR. Можно сказать, что LDR не чувствителен в этом диапазоне длин волн света.

Различные материалы имеют различные уникальные спектральные кривые отклика волны по сравнению с чувствительностью. Внешне светозависимые резисторы, как правило, предназначены для больших длин волн, с тенденцией в сторону инфракрасного (ИК). При работе в ИК-диапазоне, необходимо соблюдать осторожность, чтобы избежать перегрева, который может повлиять на измерения из-за  изменения сопротивления фоторезистора от  теплового эффекта.

На следующем рисунке показана спектральная характеристика фотопроводящих детекторов, изготовленные из различных материалов.

Чувствительность фоторезистора

Фотрезисторы имеют более низкую чувствительность, чем фотодиоды и фототранзисторы. Фотодиоды и фототранзисторы — полупроводниковые устройства, в которых используется свет для управления потоком электронов и дырок через PN-переход, а фоторезисторы лишеные этого PN-перехода.

Если интенсивность светового потока находится на стабильном уровне, то сопротивление по-прежнему может существенно изменяться вследствие изменения температуры, поскольку LDR также чувствительны и к изменениям температуры. Это качество фоторезистора делает его непригодным для точного измерения интенсивности света.

Инертность фоторезистора

Еще одно интересное свойство фоторезистора заключается в том, что существует инертность (время задержки) между изменениями в освещении и изменением сопротивления.

Для того чтобы сопротивление упало до минимума при полном освещении необходимо около 10 мс времени, и около 1 секунды для того, чтобы сопротивление фоторезистора возросло до максимума после его затемнения.

По этой причине LDR не может использоваться в устройствах, где необходимо учитывать резкие перепады освещения.

Конструкция и свойства фоторезистора

Впервые фотопроводимость была обнаружена у Селена, впоследствии были обнаружены и другие материалы с аналогичными свойствами. Современные фоторезисторы выполнены из сульфида свинца, селенида свинца, антимонида индия, но чаще всего из сульфида кадмия и селенида кадмия. Популярные LDR из сульфида кадмия обозначаются как CDS фоторезистор.

Для изготовления фоторезистора из сульфида кадмия, высокоочищенный порошок сульфида кадмия смешивают с инертными связующими материалами. Затем, эту смесь прессуют и спекают. В вакууме на основание с электродами наносят фоточувствительный слой в виде извилистой дорожки. Затем, основание помещается в стеклянную или пластиковую оболочку, для предотвращения загрязнения фоточувствительного элемента.

Спектральная кривая отклика сульфида кадмия совпадает с человеческим глазом. Длина волны пиковой чувствительности составляет около 560-600 нм, что соответствует видимой части спектра. Следует отметить, что устройства, содержащие свинец или кадмий не соответствуют RoHS и запрещены для использования в странах, которые придерживаются законов RoHS.

Примеры применения фоторезисторов

Фоторезисторы чаще всего используются в качестве датчиков света, когда требуется определить наличие или отсутствие света или зафиксировать интенсивность света. Примерами являются автоматы включения уличного освещения и фотоэкспонометры. В качестве примера использования фоторезистора, приведем схему фотореле для уличного освещения.

Фотореле для уличного освещения

Данная схема фотореле автоматически включает уличное освещение, когда наступает ночь и выключает когда светлеет. На самом деле вы можете использовать данную схему для реализации любого типа автоматического включения ночного освещения.

При освещении фоторезистора (R1), его сопротивление уменьшается, падение напряжения на переменном резисторе R2 будет высоким, вследствие чего транзистор VT1 открывается. Коллектор VT1 (BC107) соединен с базой транзистора VT2 (SL100). Транзистор VT2 закрыт и реле обесточено. Когда наступает ночь, сопротивление LDR увеличивается, напряжение на переменном резисторе R2, падает, транзистор VT1 закрывается. В свою очередь, транзистор VT2 открывается и подает напряжение на реле, которое включает лампу.

Что такое фоторезистор, принцип работы и область применения | Энергофиксик

В электротехнике используется огромное количество различных элементов, и далеко не последнее место среди них занимает сопротивление особого рода – фоторезистор. В этой статье я расскажу, что это такое, а также где до сих пор активно используются эти элементы. Итак, начнем.

Что такое фоторезистор, принцип работы и область применения

Содержание

Определение, исполнение и изображение на схемах

Принцип действия

Как проверить исправность элемента

Главные характеристики фоторезисторов

Где применяются такие элементы

Заключение

Определение, исполнение и изображение на схемах

Итак, для начала давайте дадим определение. Фоторезистор - это полупроводниковый прибор, сопротивление (проводимость) которого изменяется в зависимости от уровня освещенности чувствительной части изделия.

Что такое фоторезистор, принцип работы и область применения

На выше представленной фотографии показан наиболее распространенный вариант исполнения, но встречаются модели в специальных защитных кожухах с прозрачной верхней частью.

А вот таким образом такой элемент обозначается на схемах:

yandex.ru

yandex.ru

Принцип действия

Теперь давайте узнаем каков принцип действия у данного радиоэлемента.

Между двумя токопроводящими электродами размещается полупроводник. В том случае если свет не попадает на полупроводник, то его оммическое сопротивление имеет высокое значение (до нескольких МОм). Как только на полупроводник попадает свет, его сопротивление начинает снижаться, то есть проводимость увеличивается.

yandex.ru

yandex.ru

Для производства полупроводящего слоя могут использоваться следующие материалы: сульфид Кадмия, сульфид Свинца, Селенит Кадмия и т.п. От того какой материал был применен для производства полупроводника будет зависеть его спектральная характеристика.

Иначе говоря диапазон длин волн, при освещении которыми будет происходить корректное изменение сопротивления.

Именно по этой причине при выборе резистора важно понимать, для работы в каком спектре он предназначен.

Спектральные характеристики материалов таковы:

yandex.ru

yandex.ru

Очень часто возникает вопрос: какова полярность фоторезистора? Так вот у данного элемента нет P-N перехода, а это значит что определенного направления протекания тока тоже нет. То есть абсолютно без разницы, каким образом подключать фоторезистор, так как он неполярный элемент.

Как проверить исправность элемента

Проверка фоторезистора на самом деле предельно проста. Для этого нам потребуется мультиметр и, например, папка для бумаг.

Что такое фоторезистор, принцип работы и область применения

Проверка выполняется следующим образом: переведите рукоять мультиметра в положение измерения сопротивления, крокодилами подсоедините щупы (полярность не имеет значения) и поместите элемент в папку, чтобы исключить воздействие света на элемент.

Что такое фоторезистор, принцип работы и область применения

Таким образом вы получите сопротивление элемента в затемненном состоянии. Вытащив фоторезистор из папки, вы увидите, что сопротивление элемента изменилось. Причем чем интенсивнее будет световой поток, тем меньшим сопротивлением будет обладать элемент.

Что такое фоторезистор, принцип работы и область применения

Причем зависимость сопротивления от освещенности будет иметь следующий вид:

yandex.ru

yandex.ru

Главные характеристики фоторезисторов

У данных элементов есть несколько основных характеристик, на которые следует обращать внимание при выборе изделия:

1. Темновое сопротивление. Это сопротивление элемента, когда на него не оказывает воздействие световой поток.

2. Интегральная фоточувствительность. Данный параметр описывает реакцию элемента, изменение проходящего тока на изменение светового потока. Этот параметр измеряется при постоянном напряжении. Обозначается как S. (А/лм).

Важно также знать, что все фоторезисторы обладают инерционностью в той или иной степени. Сопротивление изменяется не мгновенно, а в течении определенного отрезка времени (десятки микросекунд). Этот фактор ограничивает применение фоторезисторов в быстродействующих схемах.

Где применяются такие элементы

Итак, несмотря на некоторые ограничения, эти элементы активно используются в следующих устройствах:

1. Фотореле. Устройства, которые предназначены для автоматического включения отключения систем освещения без активного вмешательства человека.

2. Датчики освещенности. В таких устройствах фоторезисторы выполняют функцию регистратора светового потока.

Что такое фоторезистор, принцип работы и область применения

3. Сигнализация. В сигнализационных системах применяются фоторезисторы чувствительные ультрафиолетовым волнам. Принцип таков фоторезистор постоянно освещается источником ультрафиолетового излучения и как только между источником и приемником возникает препятствие - срабатывает сигнализация.

4. Датчики, регистрирующие наличие чего-либо.

Заключение

Вот краткая информация о фоторезисторе, его устройстве и области применения. Если статья оказалась вам полезна или интересна, то оцените ее лайком. Спасибо за ваше внимание.

Фоторезисторы. Виды и работа. Применение и особенности

Фоторезисторы — это резисторы, у которых меняется сопротивление в зависимости от действия света на светочувствительную поверхность. Сопротивление не зависит от величины напряжения, в отличие от обычного резистора.

Фоторезисторы

В основном фотосопротивления применяются для индикации или отсутствия света. В полной темноте сопротивление фоторезистора имеет большую величину, достигающую иногда до 1 мегаома. При воздействии на датчик (чувствительную часть фоторезистора) светового потока, его сопротивление в значительной степени снижается, и зависит от интенсивности освещенности. Величина сопротивления при этом может упасть до нескольких Ом.

Длина световой волны оказывает влияние на чувствительность фотосопротивления. Они применяются в различных устройствах, но не являются такими популярными, как фототранзисторы и фотодиоды. В некоторых зарубежных странах запрещено применение фотосопротивлений, так как в них содержится кадмий или свинец, вредные по экологическим требованиям.

Быстродействие фоторезисторов незначительное, поэтому они действуют только на низких частотах. В новых конструкциях устройств фоторезисторы редко применяются. Их можно встретить в основном при ремонте старых устройств.

Для проверки фотосопротивления к нему подключают мультитестер. Без света его значение сопротивления должно быть значительным, а при его освещении оно сильно падает.

 
Виды и принцип действия
По материалам изготовления фоторезисторы делятся на виды:
  • С внутренним фотоэффектом.
  • С внешним фотоэффектом.

При изготовлении фотосопротивлений с внутренним фотоэффектом применяют нелегированные вещества: германий или кремний.

При попадании на чувствительную часть фотоны воздействуют на электроны и заставляют их двигаться в зону проводимости. В итоге в материале возникает значительное число электронов, вследствие чего повышается электропроводность, а значит и снижается сопротивление.

Фоторезисторы с возникновением внешнего фотоэффекта изготавливают из смешанных материалов, в которые входят легирующие добавки. Эти вещества создают обновленную энергетическую зону сверху валентной зоны, насыщенной электронами, нуждающимися в меньшем количестве энергии для осуществления перехода в проводимую зону, с помощью энергетической щели малого размера. В результате фотосопротивление становится чувствительным к разной длине световой волны.

Несмотря на вышеописанные особенности этих видов, оба вида снижают сопротивление при освещении. При повышении интенсивности освещения снижается сопротивление. Поэтому, получается обратная зависимость сопротивления от света, причем нелинейная.

На электрических схемах фотосопротивления обозначаются:
 
Чувствительность и длина световой волны

Длина волны света оказывает влияние на чувствительность фотосопротивления. Если величина длины световой волны выходит за пределы диапазона работы, то освещенность уже не оказывает влияния на такой резистор, и он становится нечувствительным в этом интервале длин световых волн.

Разные материалы обладают различными спектральными графиками отклика волны. Фотосопротивления с внешней зависимостью чаще всего используются для значительной длины волны, с приближением к инфракрасному излучению. При эксплуатации светового резистора в этом диапазоне следует быть осторожным, во избежание чрезмерного нагрева, который влияет на показания измерения сопротивления в зависимости от степени нагревания.

Чувствительность фотосопротивления

Фоторезисторы обладают меньшей чувствительностью, по сравнению с фототранзисторами и фотодиодами, которые являются полупроводниковыми приборами, с управлением заряженными частицами от светового луча, посредством р-n перехода. У фотосопротивлений нет полупроводникового перехода.

При нахождении интенсивности света в стабильном диапазоне, сопротивление фоторезистора может все равно меняться в значительной степени из-за изменения величины температуры, так как она также оказывает большое влияние на сопротивление. Это свойство не позволяет использовать фоторезистор для измерения точной интенсивности света.

Инертность

Еще одним уникальным свойством обладает фотосопротивление. Оно состоит в том, что существует время задержки между изменением сопротивления и освещения, что называется инертностью прибора.

Для значительного падения сопротивления от воздействия луча света необходимо затратить время, равное около 10 миллисекунд. При обратном действии для восстановления значения сопротивления понадобится около 1 секунды.

Благодаря этому свойству такой резистор не применяется в устройствах с необходимостью учета резких скачков освещенности.

Свойства и конструктивные особенности

Фотопроводность впервые обнаружили у элемента Селена. Затем были найдены и другие материалы с подобными свойствами. Фоторезисторы из сульфида кадмия являются наиболее популярными и имеют обозначение СDS-фоторезистора. Сегодня фотосопротивления производятся и из антимонида индия, сульфида свинца, селенида свинца.

Для производства фотосопротивлений из сульфида кадмия, порошок высокой степени очистки смешивают с веществами инертного действия. Далее, смесь спрессовывают и спекают.

На основание с электродами в вакууме напыляют светочувствительный слой в форме извилистой дорожки. Далее, это напыленное основание размещают в пластиковую или стеклянную оболочку, во избежание предотвращения попадания пыли и грязи на чувствительный элемент.

Спектральный график отклика чувствительного сульфида кадмия сочетается с временем отклика глаза человека. Длина волны света наибольшей чувствительности равна 600 нанометров. Это соответствует видимому спектру. Устройства с содержанием кадмия или свинца запрещены во многих зарубежных странах.

Сфера использования фоторезисторов

Такой вид светочувствительных сопротивлений применяется в виде датчиков света, если необходимо определять отсутствие или наличие света, либо фиксацию значения интенсивности освещения. Таким примером служит автоматическая система включения освещения улиц, а также работа фотоэкспонометра.

Световое реле для освещения улиц

В виде примера на схеме изображено уличное фотореле освещения. Эта система включает освещение улиц в автоматическом режиме, при наступлении темного времени суток, и отключает его при наступлении светлого времени. Такую схему можно применять для любых автоматических систем освещения.

При падении луча света на фоторезистор, его сопротивление снижается, становится значительным падение напряжения на переменном сопротивлении R2, транзистор VТ1 открывается. Коллектор этого транзистора соединен с базой VТ2 транзистора, который в это время закрыт, и реле отключено. При наступлении темноты сопротивление фоторезистора повышается, напряжение на переменном сопротивлении снижается, а транзистор VТ1 закрывается. Транзистор VТ2 открывается и выдает напряжение на реле, подключающее лампу освещения.

Похожие темы:

Фоторезистор

Условное обозначение фоторезистора

Фоторези́стор — полупроводниковый прибор, изменяющий величину своего сопротивления при облучении светом. Не имеет p-n перехода, поэтому обладает одинаковой проводимостью независимо от направления протекания тока.

Явление изменения электрического сопротивления полупроводника, обусловленное непосредственным действием излучения, называют фоторезистивным эффектом, или внутренним фотоэлектрическим эффектом.

Блок: 1/7 | Кол-во символов: 444
Источник: https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A4%D0%BE%D1%82%D0%BE%D1%80%D0%B5%D0%B7%D0%B8%D1%81%D1%82%D0%BE%D1%80

Что такое фоторезистор?

Остановимся более подробно на описании полупроводникового фоторезистора. Для начала дадим ему определение.

Фоторезистор — это полупроводниковый прибор (датчик), который при облучении светом изменяет (уменьшает) свое внутреннее сопротивление.

В отличие от фотоэлементов других типов (фотодиодов и фототранзисторов) данный прибор не имеет p-n перехода. Это значит, что фоторезистор может проводить ток независимо от его направления и может работать не только в цепях постоянного тока, где присутствует постоянное напряжение, но и с переменными токами.

Блок: 2/10 | Кол-во символов: 587
Источник: https://www.asutpp.ru/fotorezistor.html

Что такое фоторезистор

Фоторезистор представляет из себя полупроводниковый радиоэлемент, который меняет свое сопротивление в зависимости от освещения. Для видимого света (солнечный свет или свет от осветительных ламп) используют сульфид или селенид кадмия. Есть также фоторезисторы, которые регистрируют инфракрасное излучение. Их делают  из германия с некоторыми примесями других веществ. Свойство менять свое сопротивление под воздействием света очень широко используется в электронике.

Блок: 2/5 | Кол-во символов: 494
Источник: https://www.RusElectronic.com/fotorezistor/

Устройство

Конструкция разных моделей фоторезисторов может отличаться по форме материалу корпуса. Но в основе каждого такого прибора лежит подложка, чаще всего керамическая, покрытая слоем полупроводникового материала. Поверх этого полупроводника наносятся змейкой тонкий слой золота, платины или другого коррозиестойкого металла. (см. рис. 1). Слои наносятся методом напыления.

Рис. 1. Устройство фоторезисторов

Напиленные слои соединяют с электродами, на которые поступает электрический ток. Всю эту конструкцию часто покрывают прозрачным пластиком и помещают в корпус с окошком для попадания световых лучей (см. рис. 2).

Рис. 2. Конструкция фоторезистора

Форма корпуса, его размеры и материал зависит от модели фоторезистора, определяемой технологией производителя. Примеры моделей показаны на рисунках 3 и 4.

Рис. 3. Датчик на основе фоторезистораРис. 4. Фотоприемник

Сегодня в продаже можно увидеть детали в металлическом корпусе, часто в пластике или модели открытого типа. Некоторые модели изготавливают без метода напыления, а вырезают тонкий резистивный слой непосредственно из полупроводника. Существуют также технологии изготовления пленочных фотодатчиков (см. рис. 5).

Рис. 5. Конструкция пленочного фоторезистора

Для напыления слоя полупроводника используют различные фоторезистивные материалы. Для фиксации видимого спектра света применяют селенид кадмия и сульфид кадмия.

Более широкий спектр материалов восприимчив к инфракрасному излучению:

  • германий чистый либо легированный примесями золота, меди, цинка;
  • кремний;
  • сульфид свинца и другие химические соединения на его основе;
  • антимонид или арсенид индия;
  • прочие химические соединения чувствительные к инфракрасным лучам.

Чистый германий или кремний применяют при изготовлении фоторезисторов с внутренним фотоэффектом, а вещества легированные примесями – для конструкций с внешним фотоэффектом. Независимо от вида применяемого фоторезистивного материала, оба типа фоторезисторов обладают одинаковыми свойствами – обратной, нелинейной зависимостью сопротивления от силы светового потока.

Блок: 3/10 | Кол-во символов: 2070
Источник: https://www.asutpp.ru/fotorezistor.html

Внешний вид и обозначение на схеме

В основном фоторезисторы выглядят вот так

На схемах могут обозначаться так

или так

Блок: 3/5 | Кол-во символов: 124
Источник: https://www.RusElectronic.com/fotorezistor/

Виды фоторезисторов и принцип работы

На основании материалов, используемых при производстве, фоторезисторы могут быть разделены на две группы: с внутренним и внешним фотоэффектом. В производстве фоторезисторов с внутренним фотоэффектом используют нелегированные материалы, такие как кремний или германий.

Фотоны, которые попадают на устройство, заставляют электроны перемещаться из валентной зоны в зону проводимости. В результате этого процесса появляется большое количество свободных электронов в материале, тем самым улучшается электропроводность и, следовательно, уменьшается сопротивление.

Цифровой мультиметр AN8009

Большой ЖК-дисплей с подсветкой, 9999 отсчетов, измерение TrueRMS…

Мультиметр — RICHMETERS RM101

Richmeters RM101 — удобный цифровой мультиметр с автоматическим изменен…

Мультиметр — MASTECH MY68

Измерение: напряжения, тока, сопротивления, емкости, частоты…

Фоторезисторы с внешним фотоэффектом производятся из материалов, с добавлением примеси, называемой легирующая добавка. Легирующая добавка создает новую энергетическую зону поверх существующей валентной зоной, заселенную электронами. Этим электронам требуется меньше энергии, чтобы совершить переход в зону проводимости благодаря меньшей энергетической щели. Результат этого – фоторезистор чувствителен к различным длинам волн света.

Несмотря на все это, оба типа демонстрируют уменьшение сопротивления при освещении. Чем выше интенсивность света, тем больше падает сопротивление. Следовательно, сопротивлением фоторезистора является обратная, нелинейная функция интенсивности света.

Фоторезистор на схемах обозначается следующим образом:

Блок: 3/8 | Кол-во символов: 1644
Источник: http://www.joyta.ru/7603-fotorezistor-osnovnaya-informaciya/

Основные параметры отечественных фоторезисторов

Тип
ФР
Uраб,
В
Rт,
ом.
Iт,
мка
Iсв,
мка
dI=Iсв-Iт,
мка
Rт/Rсв
Удельная
чувств.,
мка/лм-в
Интегр.
чувств., а/лм
Мощность
рассеяния, Вт
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
ФСА-0 4-100 40*103-106 1,2 500 0,01
ФСА-1 4-100 40*103-106 1,2 500 0,01
ФСА-Г1 4-40 47*103-470*103 1,2 500 0,01
ФСА-Г2 4-40 40*103-106 1,2 500 0,01
ФСА-6 5-30 50-300*103 1,2 500 0,01
ФСК-0 50 5*106 10 2000 1990 200 7000 1,4 0,125
ФСК-1 50 5*106 10 2000 1990 200 7000 1,4 0,125
ФСК-2 100 10*106 10 800 790 80 1500 0,125
ФСК-4 50 5*106 10 2000 1990 200 7000 1,4 0,125
ФСК-5 50 5*106 10 1000 1990 100 6000 1,2 0,05
ФСК-6 50 3,3*106 15 2000 1885 9000 1,8 0,2
ФСК-7а 50 106 50 350 300 1500 0,35
ФСК-7б 50 105 50 800 750 6000 1,2 0,35
ФСК-Г7 50 5*106 10 2000 1990 200 3500 0,7 0,35
ФСК-Г1 50 5*106 10 1500 1490 150 6000 1,2 0,12
ФСК-Г2 50 5*106 10 4000 3990 400 12000 2,4 0,2
ФСК-П1 100 1010 0,01 1000-2000 1000-2000 4000 0,1
СФ2-1 15 30*106 0,5 1000 1000 2000 400000 0,01
СФ2-2 2(10) 4*106 0,5 1500 1500 3000 75000 0,05
СФ2-4 15 1,0 >750 0,01
СФ2-9 25 >3,3*106 240-900 0,125
СФ2-12 15 >15*106 200-1200 0,01
ФСД-0 20 20*108 1 2000 2000 2000 40000 0,05
ФСД-1 20 20*106 1 2000 2000 2000 40000 0,05
ФСД-Г1 20 20*106 1 2000 2000 2000 40000 0,05
СФ3-1 15 15*108 0.01 1500 1500 150000 600000 0,01
СФ3-8 25 <1 750 0,025

В таблице приведены средние значения, определенные (кроме Iт) при освещенности 200 лк.

 – сопротивление затемненного прибора;
 – сопротивление освещенного прибора;

 – ток через затемненный прибор;

 – максимально возможное рабочее напряжение 

Тип

спектр приема, нм

Rт., МОм

Iт. мкА

Uр., В

Rт/Rс

габариты

ФСК-1 300…900 3,3 15 50 100 28×5
ФСК-2 300…900 3,3 15 50 20 28х12,5×5
ФСД-1 300…900 3 10 20 150 18×5
ФР1-3 300…900 0,047…0,33 320 15 10,7×6
ФР-118 400…750 0,3…0,2 30 6 7,8 х 4,5
ФР-121 400…750 10 1 10 4,2 х 1,4
ФР-162А(Б) 750…1200 5 2 10 9.6×3.5
ФР-764 300…900 3.3 15 50 150 10,7×6
ФР-765 300…900 2 10 20 150 10,7×6
ФПФ7-1 300…900 1 6 6 50 7,8 х 3,2
СФ2-18 20…900 10 0.01 100 10.3×5,8
СФ2-19 20…900 0.25 0.08 20 10.3×5,8

При повышении температуры темновое сопротивление резисторов уменьшается.
Габаритные размеры даны для корпуса без учета длины выводов в виде диаметр х высота или высота х ширина х толщина.

Наибольшее распространение получили фоторезисторы, изготовленные из сернистого свинца, сернистого кадмия, селенистого кадмия. Название типа фоторезисторов слагается из букв и цифр, причем в старых обозначениях буквы А, К, Д обозначали тип использованного светочувствительного материала, в новом же обозначении эти буквы заменены цифрами. Буква, стоящая за дефисом, при старом обозначении, характеризовала конструктивное исполнение (Г-герметизированные, П-пленочные). В новой маркировке эти буквы также заменены цифрами. В таблице, ниже приведены наименования наиболее распространенных обозначений фоторезисторов.

Блок: 4/12 | Кол-во символов: 3025
Источник: http://www.MasterVintik.ru/osnovnye-harakteristiki-fotorezistorov/

Как работает фоторезистор

Давайте рассмотрим одного из представителя семейства фоторезисторов

На нем, как и во всех фотоэлементах, есть окошко, с помощью которого он “ловит” свет.

Сбоку можно прочитать его маркировку

Главным параметром фоторезистора является его темновое сопротивление. Темновое сопротивление фоторезистора — это его сопротивление при полном отсутствии падения света на него. Судя по справочнику, темновое сопротивление нашего подопечного 15х108 Ом или словами — 1,5 ГОм. Можно даже сказать — полнейший обрыв. Так ли это? Давайте глянем. Для этого я использую свою записную книжку и прячу там фоторезистор:

Даже в диапазоне 200 МОм мультиметр показал единичку. Это означает, что сопротивление фоторезистора далеко за 200 МОм.

Убираем нашего подопытного из книжки и включаем в комнате свет. Результат сразу же на лицо:

106,7 КОм.

Теперь включаю свою настольную лампу. В комнате стало еще светлее.  Смотрим на показания мультиметра:

76,2 КОм.

Подношу фоторезистор вплотную к настольной лампе:

18,6 КОм

Делаем вывод: чем больше поток света попадает на фоторезистор, тем меньше его сопротивление.

Блок: 4/5 | Кол-во символов: 1123
Источник: https://www.RusElectronic.com/fotorezistor/

Символ фоторезистора на схеме

Символ американского стандарта и символ международного фоторезистора показаны на рисунке ниже.

Блок: 4/6 | Кол-во символов: 123
Источник: https://meanders.ru/fotorezistor-opredelenie-i-vidy-kak-rabotajut-preimushhestva-i-nedostatki.shtml

Чувствительность фоторезистора

Фотрезисторы имеют более низкую чувствительность, чем фотодиоды и фототранзисторы. Фотодиоды и фототранзисторы — полупроводниковые устройства, в которых используется свет для управления потоком электронов и дырок через PN-переход, а фоторезисторы лишеные этого PN-перехода.

Если интенсивность светового потока находиться на стабильном уровне, то сопротивление по-прежнему может существенно изменяться вследствие изменения температуры, поскольку LDR также чувствительны и к изменениям температуры. Это качество фоторезистора делает его непригодным для точного измерения интенсивности света.

Блок: 5/8 | Кол-во символов: 621
Источник: http://www.joyta.ru/7603-fotorezistor-osnovnaya-informaciya/

ТИПОВЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ ФОТОРЕЗИСТОРОВ

Вид фоторезисторов Старое обозначение Новое обозначение
Сернисто-свинцовые ФСА-0, ФСА-1, ФСА-6, ФСА-Г1, ФСА-Г2
Сернисто-кадмиевые ФСК-0, 1, 2, 4, 5, 6, 7, ФСК-Г1,
ФСК-Г2, ФС’Р;-Г7, ФСК-П1
СФ2-1, 2, 4, 9, 12
Селенисто-кадмиевые ФСД-0, ФСД-1, ФСД-Г1 СФ3-1, 8

 Чувствительность фоторезисторов меняется (уменьшается) в первые 50 часов работы, оставаясь в дальнейшем практически постоянной в течение всего срока службы, измеряемого несколькими тысячами часов. Интервал рабочих температур для сернисто-кадмиевых фоторезисторов составляет от -60 до +85°С для селенисто-кадмиевых — от -60 до +40°С и для сернисто-свинцовых — от -60 до +70°С.

Блок: 5/12 | Кол-во символов: 673
Источник: http://www.MasterVintik.ru/osnovnye-harakteristiki-fotorezistorov/

Виды

Несмотря на разнообразие фотодатчиков их можно разделить всего на два вида:

  1. Фоторезисторы с внутренним фотоэффектом;
  2. Датчики с внешним фотоэффектом.

Они отличаются лишь по технологии производства, а точнее, по составу фоторезистивного слоя. Первые – это фоторезисторы, в которых полупроводник изготавливается из чистых химических элементов, без примесей. Они малочувствительны к видимому свету, однако хорошо реагируют на тепловые лучи (инфракрасный свет).

Фоторезисторы с внешним эффектом содержат примеси, которыми легируют основной состав полупроводникового вещества. Спектр чувствительности у этих датчиков гораздо шире и перемещается в зону видимого спектра и даже в зону УФ излучения.

По принципу действия эти два вида фоторезисторов не отличаются. Их внутреннее сопротивление нелинейно уменьшается с ростом интенсивности светового потока в зоне чувствительности.

Блок: 6/10 | Кол-во символов: 888
Источник: https://www.asutpp.ru/fotorezistor.html

Инертность фоторезистора

Еще одно интересное свойство фоторезистора заключается в том, что существует инертность (время задержки) между изменениями в освещении и изменением сопротивления.

Для того чтобы сопротивление упало до минимума при полном освещении необходимо около 10 мс времени, и около 1 секунды для того, чтобы сопротивление фоторезистора возросло до максимума после его затемнения.

По этой причине LDR не может использоваться в устройствах, где необходимо учитывать резкие перепады освещения.

Блок: 6/8 | Кол-во символов: 505
Источник: http://www.joyta.ru/7603-fotorezistor-osnovnaya-informaciya/

Практическое применение фоторезистора

Схема автоматического регулятора освещенности:

Блок: 8/12 | Кол-во символов: 94
Источник: http://www.MasterVintik.ru/osnovnye-harakteristiki-fotorezistorov/

ПОДЕЛИТЕСЬ С ДРУЗЬЯМИ

П О П У Л Я Р Н О Е:
  • Зарубежные аналоги микросхем
  • Блок: 9/12 | Кол-во символов: 78
    Источник: http://www.MasterVintik.ru/osnovnye-harakteristiki-fotorezistorov/

    Чем заменить микросхему?

    Часто возникает вопрос при ремонте радиоаппаратуры. Если не удается найти нужную микросхему, то можно заменить её аналогом по приведённой ниже таблице.

    Подробнее…

  • Цветовая маркировка светодиодных индикаторов
  • Блок: 10/12 | Кол-во символов: 260
    Источник: http://www.MasterVintik.ru/osnovnye-harakteristiki-fotorezistorov/

    Цветовая маркировка светодиодных индикаторов.

    Подробнее…

  • О беспроводном модеме для передачи данных в ISM диапазонах
  • Блок: 11/12 | Кол-во символов: 143
    Источник: http://www.MasterVintik.ru/osnovnye-harakteristiki-fotorezistorov/

    Беспроводной интеллектуальный модем для надежной передачи данных в ISM диапазонах (433 МГц, 868 МГц и 902 МГц)

    Сегодня технологии высокочастотных схем развиваются стремительными темпами, появляются новые беспроводные системы. Большинство из них (системы беспроводной телефонии, Bluetooth и WLAN 802.11b и т.п.) работают также как и СВЧ печи, в нелицензируемом диапазоне СВЧ 2,4 ГГц.

    Из-за насыщенного трафика в этом диапазоне и связанных с этим вопросов совместимости возрос интерес к диапазонам ISM (industrial, scientific, medical), расположенным на более низких частотах — 433 и 868 МГц в Европе, а так же от 902 до 928 МГц в США.

    Подробнее…

Блок: 12/12 | Кол-во символов: 668
Источник: http://www.MasterVintik.ru/osnovnye-harakteristiki-fotorezistorov/

Кол-во блоков: 30 | Общее кол-во символов: 14690
Количество использованных доноров: 6
Информация по каждому донору:
  1. https://www.asutpp.ru/fotorezistor.html: использовано 3 блоков из 10, кол-во символов 3545 (24%)
  2. http://www.joyta.ru/7603-fotorezistor-osnovnaya-informaciya/: использовано 3 блоков из 8, кол-во символов 2770 (19%)
  3. https://meanders.ru/fotorezistor-opredelenie-i-vidy-kak-rabotajut-preimushhestva-i-nedostatki.shtml: использовано 1 блоков из 6, кол-во символов 123 (1%)
  4. http://www.MasterVintik.ru/osnovnye-harakteristiki-fotorezistorov/: использовано 8 блоков из 12, кол-во символов 6067 (41%)
  5. https://www.RusElectronic.com/fotorezistor/: использовано 3 блоков из 5, кол-во символов 1741 (12%)
  6. https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A4%D0%BE%D1%82%D0%BE%D1%80%D0%B5%D0%B7%D0%B8%D1%81%D1%82%D0%BE%D1%80: использовано 1 блоков из 7, кол-во символов 444 (3%)

Фоторезистор принцип работы

Фоторезистор: определение, виды, как работает, преимущества и недостатки

Название фоторезистора представляет собой комбинацию слов: фотон (легкие частицы) и резистор. 

Фоторезистор — это тип резистора, сопротивление которого уменьшается при увеличении интенсивности света. 

Другими словами, поток электрического тока через фоторезистор увеличивается, когда интенсивность света увеличивается.

Фоторезисторы также иногда называют LDR (светозависимым резистором), полупроводниковым фоторезистором, фотопроводником или фотоэлементом. 

Фоторезистор меняет свое сопротивление только при воздействии света.

Как работает фоторезистор

Когда свет падает на фоторезистор, некоторые из валентных электронов поглощают энергию света и разрушают связь с атомами. 

Валентные электроны, которые разрушают связь с атомами, называются свободными электронами.

Когда энергия света, приложенная к фоторезистору, сильно увеличивается, большое количество валентных электронов получает достаточно энергии от фотонов и разрушает связь с родительскими атомами. 

Большое количество валентных электронов, которые нарушают связь с родительскими атомами, попадет в зону проводимости.

Электроны, присутствующие в зоне проводимости, не принадлежат ни одному атому. 

Следовательно, они свободно перемещаются из одного места в другое.

Электроны, которые свободно перемещаются из одного места в другое, называются свободными электронами.

Когда валентный электрон покинул атом, в определенном месте атома, из которого вышел электрон, создается пустое место. 

Это место называется дырой. Следовательно, свободные электроны и дырки генерируются в виде пар.

И свободные электроны, и дырки будут нести электрический ток.

Количество электрического тока, протекающего через фоторезистор, зависит от количества генерируемых носителей заряда (свободных электронов и дырок).

Когда энергия света, приложенная к фоторезистору, увеличивается, число носителей заряда, генерируемых в фоторезисторе, также увеличивается. 

В результате электрический ток, протекающий через фоторезистор, увеличивается.

Увеличение электрического тока означает снижение сопротивления. Таким образом, сопротивление фоторезистора уменьшается, когда интенсивность приложенного света увеличивается.

Фоторезисторы делаются из полупроводника с высоким сопротивлением, такого как кремний или германий. Они также сделаны из других материалов, таких как сульфид кадмия или селенид кадмия.

При отсутствии света фоторезисторы действуют как материалы с высоким сопротивлением, тогда как при наличии света фоторезисторы действуют как материалы с низким сопротивлением.

Советуем вам посмотреть лучшее видео на тему фоторезистора, в котором вы узнаете очень подробно принцип работы фоторезистора:

//www.youtube.com/embed/4NIhxgyrKjo

Типы фоторезисторов

Фоторезисторы делятся на два типа в зависимости от материала, из которого они изготовлены:

  • Внутренний фотоэффект
  • Внешний фотоэффект

Фоторезистор с внутренним фотоэффектом

Собственные фоторезисторы изготавливаются из чистых полупроводниковых материалов, таких как кремний или германий. Внешняя оболочка любого атома способна содержать до восьми валентных электронов. Однако в кремнии или германии каждый атом состоит только из четырех валентных электронов. Эти четыре валентных электрона каждого атома образуют четыре ковалентных связей с соседними четырьмя атомами, чтобы полностью заполнить внешнюю оболочку. В результате ни один электрон не остается свободным.

Когда мы применяем световую энергию к фоторезистору с внутренним эффектом, только небольшое количество валентных электронов получает достаточно энергии и освобождается от родительского атома. Следовательно, генерируется небольшое количество носителей заряда. В результате через внутренний фоторезистор протекает только небольшой электрический ток.

Внутренние фоторезисторы менее чувствительны к свету, поэтому они не надежны для практического применения.

Фоторезистор с внешним фотоэффектом

Фоторезисторы с внешним фотоэффектом изготовлены из внешних полупроводниковых материалов. Рассмотрим пример внешнего фоторезистора, изготовленного из комбинации атомов кремния и примеси фосфора.

Каждый атом кремния состоит из четырех валентных электронов, а каждый атом фосфора состоит из пяти валентных электронов. 

Четыре валентных электрона атома фосфора образуют четыре ковалентные связи с соседними четырьмя атомами кремния. Однако пятый валентный электрон атома фосфора не может образовывать ковалентную связь с атомом кремния, поскольку атом кремния имеет только четыре валентных электрона. Следовательно, пятый валентный электрон каждого атома фосфора освобождается от атома. Таким образом, каждый атом фосфора генерирует свободный электрон.

Свободный электрон, который генерируется, сталкивается с валентными электронами других атомов и делает их свободными. Аналогичным образом, один свободный электрон генерирует несколько свободных электронов. Следовательно, добавление небольшого количества примесных (фосфорных) атомов генерирует миллионы свободных электронов.

Во внешних фоторезисторах уже есть большое количество носителей заряда. Следовательно, обеспечение небольшого количества световой энергии генерирует еще большее количество носителей заряда. Таким образом, электрический ток быстро увеличивается.

Увеличение электрического тока означает снижение сопротивления. Сопротивление внешнего фоторезистора быстро уменьшается с небольшим увеличением приложенной световой энергии. Внешние фоторезисторы надежны для практического применения.

Символ фоторезистора на схеме

Символ американского стандарта и символ международного фоторезистора показаны на рисунке ниже.

Преимущества и недостатки фоторезистора

Преимущества фоторезистора

  • Маленький по размеру
  • Бюджетный
  • Легко переносить из одного места в другое.

Недостатки фоторезистора

  • Точность фоторезистора очень низкая.

Применение фоторезисторов

Фоторезисторы используются в уличных фонарях для контроля, когда свет должен включаться и когда свет должен выключаться. Когда окружающий свет падает на фоторезистор, он выключает уличный свет. Когда света нет, фоторезистор вызывает включение уличного освещения. Это уменьшает потери электроэнергии.

Они также используются в различных устройствах, таких как сигнальные устройства, солнечные уличные фонари, ночники и радиочасы.

Пример схемы датчика освещенности

Понравилась статья? Расскажите друзьям: Оцените статью, для нас это очень важно:

Проголосовавших: 2 чел.
Средний рейтинг: 4.5 из 5.

Фоторезистор | Описание, предназначение, принцип работы

Что такое фоторезистор

Фоторезистор представляет из себя полупроводниковый радиоэлемент, который меняет свое сопротивление в зависимости от освещения. Для видимого света (солнечный свет или свет от осветительных ламп) используют сульфид или селенид кадмия. Есть также фоторезисторы, которые регистрируют инфракрасное излучение. Их делают  из германия с некоторыми примесями других веществ. Свойство менять свое сопротивление под воздействием света очень широко используется в электронике.

Внешний вид и обозначение на схеме фоторезистора


В основном фоторезисторы выглядят вот так

На схемах могут обозначаться так

или так

Как работает фоторезистор

Давайте рассмотрим одного из представителя семейства фоторезисторов

На нем, как и во всех фотоэлементах, есть окошко, с помощью которого он “ловит” свет.

Сбоку можно прочитать его маркировку

Главным параметром фоторезистора является его темновое сопротивление. Темновое сопротивление фоторезистора — это его сопротивление при полном отсутствии падения света на него. Судя по справочнику, темновое сопротивление нашего подопечного 15х108 Ом или словами — 1,5 ГОм. Можно даже сказать — полнейший обрыв. Так ли это? Давайте глянем. Для этого я использую свою записную книжку и прячу там фоторезистор:

Даже в диапазоне 200 МОм мультиметр показал единичку. Это означает, что сопротивление фоторезистора далеко за 200 МОм.

[quads id=1]

Убираем нашего подопытного из книжки и включаем в комнате свет. Результат сразу же на лицо:

106,7 КОм.

Теперь включаю свою настольную лампу. В комнате стало еще светлее.  Смотрим на показания мультиметра:

76,2 КОм.

Подношу фоторезистор вплотную к настольной лампе:

18,6 КОм

Делаем вывод: чем больше поток света попадает на фоторезистор, тем меньше его сопротивление.

Заключение

Широко используются фоторезисторы в полиграфии для обнаружения обрывов бумажной ленты, подаваемых в печатную машину. Они также осуществляют контроль уровня жидкости и сыпучих тел, защищают персонал от входа в опасные зоны. Автоматические выключатели уличного освещения и турникеты в метрополитене — вот далеко не полный перечень областей применения фоторезисторов. Фоторезисторы нашли применение в медицине, сельском хозяйстве и других областях. В настоящее время они вытесняются другими фото-радиоэлементами. Это могут быть фототранзисторы, фотодиоды, а также бесконтактные датчики.

Фоторезисторы устройство и принцип действия

Фоторезисторы и фотодиоды. Устройство, принцип действия

Фоторезисторами называют полупроводниковые приборы, принцип действия которых основан на изменение сопротивления полупроводника под действием светового излучения.

На рис. 7.31 показано устройство фоторезистора, состоящего из диэлектрической подложки 1, выполненной из стекла или керамики, на которую наносится слой полупроводника (сернистый свинец) 2, покрытый защитным лаком. По краям выведены два металлических электрода 3. Фоторезистор крепится в пластмассовом корпусе 4, снабжённым слюдяным или стеклянным окошком 5, через которое проникает световой поток Ф, и выводятся электроды 3.

Рис. 7.31. Устройство фоторезистора

На рис. 7.32 изображена схема подключения фоторезистора ФR к источнику питания E через нагрузочное сопротивление .

Рис. 7.32. Схема подключения фоторезистора к источнику питания

Вольтамперные характеристики фоторезистора приведены на рис.7.33, из которых видно, что при неосвещённом фоторезисторе (), по цепи проходит темновой ток . При этом фоторезистор имеет большое сопротивление, поэтому на нём падает значительное напряжение . Если на фоторезистор направить световой поток, то, в зависимости от освещения, его сопротивление начнёт уменьшаться. Проходящий по цепи фототок , будет равен разности светового и темнового токов . При светововом потоке , световой ток увеличивается до значения . Падение напряжения фоторезистора уменьшиться до значения . При полном освещении , световой ток достигнет значения , напряжение фоторезистора упадёт до значения . Недостатком такого полупроводникового прибора является его инерционность.

Рис. 7.33. Вольтамперные характеристики фоторезистора

К фотодиодам относятся полупроводниковые приборы, у которых область

р-n-перехода подвергается воздействию световой энергии. Рисунок 7.34 поясняет принцип работы светодиода, который имеет два электрода анод А и катод К.

Рис. 7.34. Схема фотогенерации свободных зарядов фотодиода под действием фотонов света

При отсутствии светового потока Ф р-n-переход П заперт. При освещении запирающего р-n-перехода происходит фотогенерация, фотоны света образуют пары электрон-дырка свободных зарядов, при этом свободные электроны переходят в слой n, свободные дырки – в слой p.

Фотодиоды работают в двух режимах: генераторном и преобразовательном. На рис.7.35 изображён фотодиод, работающий в генераторном режиме.

Рис. 7.35. Схема фотодиода, работающего в генераторном режиме

Под действием светового излучения генерируется фотоЭДС (около одного вольта) с полярностью анода (+), катода (-). В режиме короткого замыкания во нешней цепи и между слоями n и р фотодиода проходит максимальный обратный ток при нагрузке . Если включена нагрузка, то фототок уменьшается. В режиме холостого хода при , фотоЭДС , так как фототок будет равен нулю.

Режим работы фотодиода называется генераторным. Фотоэлементы, не требующие источника питания, находят широкое применение в электротехнике и автоматике. В генераторном режиме работают солнечные кремниевые батареи, в которых происходит преобразование солнечной энергии в электрическую энергию.

В режиме преобразователяв цепь фотодиода последовательно с нагрузкой включается источник ЭДС в запирающем (обратном) направлении. На рис.7.36 изображён преобразовательный режим работы фотодиода.

Рис. 7.36. Схема фотодиода, работающего в преобразовательном режиме

Если фотодиод неосвещен, то через него проходит незначительный темновой ток . При освещении запирающего перехода, фотодиод открывается и через него проходит световой ток , величина которого зависит от значения светового потока.

На рис. 7.37 приведены вольтамперные характеристики, поясняющие принцип работы фотодиода в генераторном и преобразовательном режимах.

Рис. 7.37. Вольтамперные характеристики, поясняющие принцип работы фотодиода в генераторном и преобразовательном режимах

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Лучшие изречения: Студент – человек, постоянно откладывающий неизбежность. 11009 – | 7446 – или читать все.

194.79.20.244 © studopedia.ru Не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования. Есть нарушение авторского права? Напишите нам | Обратная связь.

Отключите adBlock!
и обновите страницу (F5)

очень нужно

Как применять фоторезисторы, фотодиоды и фототранзисторы

Датчики бывают совершенно разными. Они отличаются по принципу действию, логике своей работы и физическим явлениям и величинам на которые они способны реагировать. Датчики света используются не только в аппаратуре автоматического управления освещением, они используются в огромном количестве устройств, начиная от блоков питания, заканчивая сигнализациями и охранными системами.

Основные виды фотоэлектронных приборов. Общие сведения

Фотоприёмник в общем смысле – это электронный прибор, который реагирует на изменение светового потока падающего на его чувствительную часть. Они могут отличаться, как по своей структуре, так и принципу работы. Давайте их рассмотрим.

Фоторезисторы – изменяют сопротивление при освещении

Фоторезистор – фотоприбор изменяющий проводимость (сопротивление) в зависимости от количества света падающего на его поверхность. Чем интенсивнее освещенность чувствительной области, тем меньше сопротивления. Вот его схематическое изображение.

Состоит он из двух металлических электродов, между которыми присутствует полупроводниковый материал. Когда световой поток попадает на полупроводник, в нём высвобождаются носители заряда, это способствует прохождению тока между металлическими электродами.

Энергия светового потока тратится на преодоление электронами запрещенной зоны и их переходу в зону проводимости. В качестве полупроводника у фоторезисторов используют материалы типа: Сульфид Кадмия, Сульфид Свинца, Селенит Кадмия и другие. От типа этого материала зависит спектральная характеристика фоторезистора

Интересно:

Спектральная характеристика содержит информацию о том, к каким длинам волн (цвету) светового потока наиболее чувствителен фоторезистор. Для некоторых экземпляров приходится тщательно подбирать излучатель света соответствующей длины волны, для достижения наибольшей чувствительности и эффективности работы.

Фоторезистор не предназначен для точного измерения освещенности, а, скорее, для определения наличия света, по его показаниям можно определить светлее или темнее стала окружающая среда. Вольт-амперная характеристика фоторезистора выглядит следующим образом.

На ней изображена зависимость тока от напряжения при различных величинах светового потока: Ф – темнота, а Ф3 – это яркий свет. Она линейна. Еще одна важная характеристика – это чувствительность, она измеряется в мА(мкА)/(Лм*В). Что отражает, сколько тока протекает через резистор, при определенном световом потоке и приложенном напряжении.

Темновое сопротивление – это активное сопротивление при полном отсутствии освещения, обозначается Rт, а характеристика Rт/Rсв – это кратность изменения сопротивления от состояния фоторезистора в полном отсутствии освещения к максимально освещенному состоянию и минимально возможному сопротивлению соответственно.

У фоторезисторов есть существенный недостаток – его граничная частота.(-5) с. Это не позволяет использовать его там, где нужно высокое быстродействие.

Фотодиод – преобразует свет в электрический заряд

Фотодиод – элемент, который преобразует свет, попадающий на чувствительную зону, в электрический заряд. Это происходит потому что при облучении в p-n переходе протекают различные процессы связанные с движением носителей заряда.

Если на фоторезисторе изменялась проводимость из-за движения носителей заряда в полупроводнике, то здесь происходит образование заряда на границе p-n перехода. Он может работать в режиме фотопреобразователя и фотогенератора.

По структуре он такой же, как и обычный диод, но на его корпусе есть окно для прохождения света. Внешне они бывают в различных исполнениях.

Фотодиоды с черным корпусом воспринимают только ИК-излучение. Черное покрытие – это что-то похожее на тонировку. Фильтрует ИК-спектр, чтобы исключить возможность срабатывания на излучения других спектров.

У фотодиодов, как и у фоторезисторов есть граничная частота, только здесь она на порядки больше и достигает 10 МГц, что позволяет обеспечить неплохое быстродействие. P-i-N фотодиоды обладают большим быстродействием – 100МГц-1ГГц, как и диоды на основании барьера Шоттки. Лавинные диоды имеют граничную частоту в порядка 1-10 ГГц.

В режиме фотопреобразователя такой диод работает как ключ управляемый светом, для этого его подключают в цепь в прямом смещении. То есть, катодом к точке с более положительным потенциалом (к плюсу), а анодом к более отрицательному (к минусу).

Когда диод не освещается светом – в цепи протекает только обратный темновой ток Iобрт (единицы и десятки мкА), а когда диод освещен к нему добавляется фототок, который зависит только от степени освещенности (десятки мА). Чем больше света – тем больше ток.

Фототок Iф равен:

где Sинт – интегральная чувствительность, Ф – световой поток.

Типовая схема включения фотодиода в режиме фотопреобразователя. Обратите внимание на то, как он подключен – в обратном направлении по отношению к источнику питания.

Другой режим – генератор. При попадании света на фотодиод на его выводах образуется напряжение, при этом токи короткого замыкания в таком режиме равняются десятки ампер. Это напоминает работу элементов солнечной батареи, но имеют малую мощность.

Фототранзисторы – открываются от количества падающего света

Фототранзистор – это по своей сути биполярный транзистор у которого вместо вывода базы есть в корпусе окошко для попадания туда света. Принцип работы и причины этого эффекта аналогичны с предыдущими приборами. Биполярные транзисторы управляются количеством тока протекающего через базу, а фототранзисторы по аналогии управляются количеством света.

Иногда на УГО еще дополнительно изображается вывод базы. Вообще напряжения на фототранзистор подают также как и на обычный, а второй вариант включения – с плавающей базой, когда базовый вывод остаётся незадействованным.

В схему включают фототранзисторы подобным образом.

Или меняют местами транзистор и резистор, смотря, что конкретно вам нужно. При отсутствии света через транзистор протекает темновой ток, который образуется из тока базы, который вы можете задать сами.

Задав необходимый ток базы, вы можете выставить чувствительность фототранзистора подбором его базового резистора. Таким образом, можно улавливать даже самый тусклый свет.

В советское время радиолюбители делали фототранзисторы своими руками – делали окошко для света, спилив обычному транзистору часть корпуса. Для этого отлично подходят транзисторы типа МП14-МП42.

Из вольтамперной характеристики видна зависимость фототока от освещения, при этом он практически не зависит от напряжения коллектор-эмиттер.

Кроме биполярных фототранзисторов существуют и полевые. Биполярные работают на частотах 10-100 кГц, то полевые более чувствительны. Их чувствительность достигает нескольких Ампер на Люмен, и более «быстрые» – до 100 мГц. У полевых транзисторов есть интересная особенность, при максимальных значениях светового потока напряжение на затворе почти не влияет на ток стока.

Области применения фотоэлектронных приборов

В первую очередь следует рассмотреть более привычные варианты их применения, например автоматическое включение света.

Схема, изображенная выше – это простейший прибор для включения и выключения нагрузки при определенной освещенности. Фотодиод ФД320 При попадании на него света открывается и на R1 падает определенное напряжение, когда его величина достаточна для открытия транзистора VT1 – он открывается, и открывает еще один транзистор – VT2. Эти два транзистора – это двухкаскадный усилитель тока, необходим для запитки катушки реле K1.

Диод VD2 – нужен для гашения ЭДС-самоиндукции, которое образуется при переключениях катушки. На подводящий контакт реле, верхний по схеме, подключается один из проводов от нагрузки (для переменного тока – фаза или ноль).

У нас есть нормально замкнутый и разомкнутый контакты, они нужны либо для выбора включаемой цепи, либо для выбора включить или отключить нагрузку от сети при достижении необходимой освещенности. Потенциометр R1 нужен для подстройки прибора для срабатывания при нужном количестве света. Чем больше сопротивление – тем меньше света нужно для включения схемы.

Вариации этой схемы используют в большинстве подобных приборов, при необходимости добавляя определенный набор функций.

Кроме включения нагрузки по освещенности подобные фотоприемники используются в различных системах контроля, например на турникетах метро часто используют фоторезисторы для определения несанкционированного (зайцем) пересечения турникета.

В типографии при обрыве полосы бумаги свет попадает на фотоприемник и тем самым даёт сигнал оператору об этом. Излучатель стоит по одну сторону от бумаги, а фотоприемник с обратной стороны. Когда бумага рвётся, свет от излучателя достигает фотоприемника.

В некоторых видах сигнализации используются в качестве датчиков входа в помещение излучатель и фотоприемник, при этом, чтобы излучение не были видны используют ИК-приборы.

Касаемо ИК-спектра, нельзя упомянуть о приемнике телевизора, на который поступают сигналы от ИК-светодиода в пульте дистанционного управления, когда вы переключаете каналы. Специальным образом кодируется информация и телевизор понимает, что вам нужно.

Информация таким образом ранее передавалась через ИК-порты мобильных телефонов. Скорость передачи ограничена, как последовательным способом передачи, так и принципом работы самого прибора.

В компьютерных мышках также используется технология связанная с фотоэлектронными приборами.

Применение для передачи сигналов в электронных схемах

Оптоэлектронные приборы – это приборы которые объединяют в одном корпусе излучатель и фотоприемник, типа описанных выше. Они нужны для связи двух контуров электрической цепи.

Это нужно для гальванической развязки, быстрой передачи сигнала, а также для соединения цепей постоянного и переменного тока, как в случае управления симистором в цепи 220 В 5 В сигналом с микроконтроллера.

Они имеют условно-графическое обозначение, которое содержит информацию о типе используемых внутри оптопары элементов.

Рассмотрим пару примеров использования таких приборов.

Управление симистором с помощью микроконтроллера

Если вы проектируете тиристорный или симисторный преобразователь вы столкнетесь с проблемой. Во-первых, если переход у управляющего вывода пробьет – на пин микроконтроллера попадет высокий потенциал и последний выйдет из строя. Для этого разработаны специальные драйверы, с элементом, который называется оптосимистор, например MOC3041.

Обратная связь с помощью оптопары

В импульсных стабилизированных блоках питания необходима обратная связь. Если исключить гальваническую развязку в этой цепи, тогда в случае выхода из строя каких-то компонентов в цепи ОС, на выходной цепи возникнет высокий потенциал и подключенная аппаратура выйдет из строя, я не говорю о том, что и вас может ударить током.

В конкретном примере вы видите реализацию такой ОС из выходной цепи в обмотку обратной связи (управляющую) транзистора с помощью оптопары с порядковым обозначением U1.

Выводы

Фото- и оптоэлектроника это очень важные разделы в электроники, которые значительно улучшили качество аппаратуры, её стоимость и надёжность. С помощью оптопары можно исключить использование развязывающего трансформатора в таких цепях, что уменьшает массогабаритные показатели. Кроме того некоторые устройства просто невозможно реализовать без таких элементов.

Фоторезисторы. Виды и работа. Применение и особенности

Фоторезисторы — это резисторы, у которых меняется сопротивление в зависимости от действия света на светочувствительную поверхность. Сопротивление не зависит от величины напряжения, в отличие от обычного резистора.

В основном фотосопротивления применяются для индикации или отсутствия света. В полной темноте сопротивление фоторезистора имеет большую величину, достигающую иногда до 1 мегаома. При воздействии на датчик (чувствительную часть фоторезистора) светового потока, его сопротивление в значительной степени снижается, и зависит от интенсивности освещенности. Величина сопротивления при этом может упасть до нескольких Ом.

Длина световой волны оказывает влияние на чувствительность фотосопротивления. Они применяются в различных устройствах, но не являются такими популярными, как фототранзисторы и фотодиоды. В некоторых зарубежных странах запрещено применение фотосопротивлений, так как в них содержится кадмий или свинец, вредные по экологическим требованиям.

Быстродействие фоторезисторов незначительное, поэтому они действуют только на низких частотах. В новых конструкциях устройств фоторезисторы редко применяются. Их можно встретить в основном при ремонте старых устройств.

Для проверки фотосопротивления к нему подключают мультитестер. Без света его значение сопротивления должно быть значительным, а при его освещении оно сильно падает.

Виды и принцип действия
По материалам изготовления фоторезисторы делятся на виды:
  • С внутренним фотоэффектом.
  • С внешним фотоэффектом.

При изготовлении фотосопротивлений с внутренним фотоэффектом применяют нелегированные вещества: германий или кремний.

При попадании на чувствительную часть фотоны воздействуют на электроны и заставляют их двигаться в зону проводимости. В итоге в материале возникает значительное число электронов, вследствие чего повышается электропроводность, а значит и снижается сопротивление.

Фоторезисторы с возникновением внешнего фотоэффекта изготавливают из смешанных материалов, в которые входят легирующие добавки. Эти вещества создают обновленную энергетическую зону сверху валентной зоны, насыщенной электронами, нуждающимися в меньшем количестве энергии для осуществления перехода в проводимую зону, с помощью энергетической щели малого размера. В результате фотосопротивление становится чувствительным к разной длине световой волны.

Несмотря на вышеописанные особенности этих видов, оба вида снижают сопротивление при освещении. При повышении интенсивности освещения снижается сопротивление. Поэтому, получается обратная зависимость сопротивления от света, причем нелинейная.

На электрических схемах фотосопротивления обозначаются:
Чувствительность и длина световой волны

Длина волны света оказывает влияние на чувствительность фотосопротивления. Если величина длины световой волны выходит за пределы диапазона работы, то освещенность уже не оказывает влияния на такой резистор, и он становится нечувствительным в этом интервале длин световых волн.

Разные материалы обладают различными спектральными графиками отклика волны. Фотосопротивления с внешней зависимостью чаще всего используются для значительной длины волны, с приближением к инфракрасному излучению. При эксплуатации светового резистора в этом диапазоне следует быть осторожным, во избежание чрезмерного нагрева, который влияет на показания измерения сопротивления в зависимости от степени нагревания.

Чувствительность фотосопротивления

Фоторезисторы обладают меньшей чувствительностью, по сравнению с фототранзисторами и фотодиодами, которые являются полупроводниковыми приборами, с управлением заряженными частицами от светового луча, посредством р-n перехода. У фотосопротивлений нет полупроводникового перехода.

При нахождении интенсивности света в стабильном диапазоне, сопротивление фоторезистора может все равно меняться в значительной степени из-за изменения величины температуры, так как она также оказывает большое влияние на сопротивление. Это свойство не позволяет использовать фоторезистор для измерения точной интенсивности света.

Инертность

Еще одним уникальным свойством обладает фотосопротивление. Оно состоит в том, что существует время задержки между изменением сопротивления и освещения, что называется инертностью прибора.

Для значительного падения сопротивления от воздействия луча света необходимо затратить время, равное около 10 миллисекунд. При обратном действии для восстановления значения сопротивления понадобится около 1 секунды.

Благодаря этому свойству такой резистор не применяется в устройствах с необходимостью учета резких скачков освещенности.

Свойства и конструктивные особенности

Фотопроводность впервые обнаружили у элемента Селена. Затем были найдены и другие материалы с подобными свойствами. Фоторезисторы из сульфида кадмия являются наиболее популярными и имеют обозначение СDS-фоторезистора. Сегодня фотосопротивления производятся и из антимонида индия, сульфида свинца, селенида свинца.

Для производства фотосопротивлений из сульфида кадмия, порошок высокой степени очистки смешивают с веществами инертного действия. Далее, смесь спрессовывают и спекают.

На основание с электродами в вакууме напыляют светочувствительный слой в форме извилистой дорожки. Далее, это напыленное основание размещают в пластиковую или стеклянную оболочку, во избежание предотвращения попадания пыли и грязи на чувствительный элемент.

Спектральный график отклика чувствительного сульфида кадмия сочетается с временем отклика глаза человека. Длина волны света наибольшей чувствительности равна 600 нанометров. Это соответствует видимому спектру. Устройства с содержанием кадмия или свинца запрещены во многих зарубежных странах.

Сфера использования фоторезисторов

Такой вид светочувствительных сопротивлений применяется в виде датчиков света, если необходимо определять отсутствие или наличие света, либо фиксацию значения интенсивности освещения. Таким примером служит автоматическая система включения освещения улиц, а также работа фотоэкспонометра.

Световое реле для освещения улиц

В виде примера на схеме изображено уличное фотореле освещения. Эта система включает освещение улиц в автоматическом режиме, при наступлении темного времени суток, и отключает его при наступлении светлого времени. Такую схему можно применять для любых автоматических систем освещения.

При падении луча света на фоторезистор, его сопротивление снижается, становится значительным падение напряжения на переменном сопротивлении R2, транзистор VТ1 открывается. Коллектор этого транзистора соединен с базой VТ2 транзистора, который в это время закрыт, и реле отключено. При наступлении темноты сопротивление фоторезистора повышается, напряжение на переменном сопротивлении снижается, а транзистор VТ1 закрывается. Транзистор VТ2 открывается и выдает напряжение на реле, подключающее лампу освещения.

Фоторезистор. Принцип работы, характеристики

Фоторезистор (фотосопротивление, LDR) – это резистор, электрическое сопротивление которого изменяется под влиянием световых лучей, падающих на светочувствительную поверхность и не зависит от приложенного напряжения, как у обычного резистора.

Фоторезисторы чаще всего используются для определения наличия или отсутствия света или для измерения интенсивности света. В темноте, их сопротивление очень высокое, иногда доходит до 1 МОм, но когда датчик LDR подвергается воздействию света, его сопротивление резко падает, вплоть до нескольких десятков ом в зависимости от интенсивности света.

Фоторезисторы имеют чувствительность, которая изменяется с длиной волны света. Они используются во многих устройствах, хотя уступают по своей популярности фотодиодам и фототранзисторам. Некоторые страны запретили LDR из-за содержащегося в них свинца или кадмия по соображению экологической безопасности.

Определение: Фоторезистор — светочувствительный элемент, чье сопротивление уменьшается при интенсивном освещении и увеличивается при его отсутствии.

Характеристики фоторезистора

Виды фоторезисторов и принцип работы

На основании материалов, используемых при производстве, фоторезисторы могут быть разделены на две группы: с внутренним и внешним фотоэффектом. В производстве фоторезисторов с внутренним фотоэффектом используют нелегированные материалы, такие как кремний или германий.

Фотоны, которые попадают на устройство, заставляют электроны перемещаться из валентной зоны в зону проводимости. В результате этого процесса появляется большое количество свободных электронов в материале, тем самым улучшается электропроводность и, следовательно, уменьшается сопротивление.

Фоторезисторы с внешним фотоэффектом производятся из материалов, с добавлением примеси, называемой легирующая добавка. Легирующая добавка создает новую энергетическую зону поверх существующей валентной зоной, заселенную электронами. Этим электронам требуется меньше энергии, чтобы совершить переход в зону проводимости благодаря меньшей энергетической щели. Результат этого – фоторезистор чувствителен к различным длинам волн света.

Несмотря на все это, оба типа демонстрируют уменьшение сопротивления при освещении. Чем выше интенсивность света, тем больше падает сопротивление. Следовательно, сопротивлением фоторезистора является обратная, нелинейная функция интенсивности света.

Фоторезистор на схемах обозначается следующим образом:

Чувствительность фоторезистора от длины волны

Чувствительность фоторезистора зависит от длины волны света. Если длина волны находится вне рабочего диапазона, то свет не будет оказывать никакого действия на LDR. Можно сказать, что LDR не чувствителен в этом диапазоне длин волн света.

Различные материалы имеют различные уникальные спектральные кривые отклика волны по сравнению с чувствительностью. Внешне светозависимые резисторы, как правило, предназначены для больших длин волн, с тенденцией в сторону инфракрасного (ИК). При работе в ИК-диапазоне, необходимо соблюдать осторожность, чтобы избежать перегрева, который может повлиять на измерения из-за изменения сопротивления фоторезистора от теплового эффекта.

На следующем рисунке показана спектральная характеристика фотопроводящих детекторов, изготовленные из различных материалов.

Чувствительность фоторезистора

Фотрезисторы имеют более низкую чувствительность, чем фотодиоды и фототранзисторы. Фотодиоды и фототранзисторы — полупроводниковые устройства, в которых используется свет для управления потоком электронов и дырок через PN-переход, а фоторезисторы лишеные этого PN-перехода.

Если интенсивность светового потока находиться на стабильном уровне, то сопротивление по-прежнему может существенно изменяться вследствие изменения температуры, поскольку LDR также чувствительны и к изменениям температуры. Это качество фоторезистора делает его непригодным для точного измерения интенсивности света.

Инертность фоторезистора

Еще одно интересное свойство фоторезистора заключается в том, что существует инертность (время задержки) между изменениями в освещении и изменением сопротивления.

Для того чтобы сопротивление упало до минимума при полном освещении необходимо около 10 мс времени, и около 1 секунды для того, чтобы сопротивление фоторезистора возросло до максимума после его затемнения.

По этой причине LDR не может использоваться в устройствах, где необходимо учитывать резкие перепады освещения.

Конструкция и свойства фоторезистора

Впервые фотопроводимость была обнаружена у Селена, впоследствии были обнаружены и другие материалы с аналогичными свойствами. Современные фоторезисторы выполнены из сульфида свинца, селенида свинца, антимонида индия, но чаще всего из сульфида кадмия и селенида кадмия. Популярные LDR из сульфида кадмия обозначаются как CDS фоторезистор.

Для изготовления фоторезистора из сульфида кадмия, высокоочищенный порошок сульфида кадмия смешивают с инертными связующими материалами. Затем, эту смесь прессуют и спекают. В вакууме на основание с электродами наносят фоточувствительный слой в виде извилистой дорожки. Затем, основание помещается в стеклянную или пластиковую оболочку, для предотвращения загрязнения фоточувствительного элемента.

Спектральная кривая отклика сульфида кадмия совпадает с человеческим глазом. Длина волны пиковой чувствительности составляет около 560-600 нм, что соответствует видимой части спектра. Следует отметить, что устройства, содержащие свинец или кадмий не соответствуют RoHS и запрещены для использования в странах, которые придерживаются законов RoHS.

Примеры применения фоторезисторов

Фоторезисторы чаще всего используются в качестве датчиков света, когда требуется определить наличие или отсутствие света или зафиксировать интенсивность света. Примерами являются автоматы включения уличного освещения и фотоэкспонометры. В качестве примера использования фоторезистора, приведем схему фотореле для уличного освещения.

Фотореле для уличного освещения

Данная схема фотореле автоматически включает уличное освещение, когда наступает ночь и выключает когда светлеет. На самом деле вы можете использовать данную схему для реализации любого типа автоматического включения ночного освещения.

При освещении фоторезистора (R1), его сопротивление уменьшается, падение напряжения на переменном резисторе R2 будет высоким, вследствие чего транзистор VT1 открывается. Коллектор VT1 (BC107) соединен с базой транзистора VT2 (SL100). Транзистор VT2 закрыт и реле обесточено. Когда наступает ночь, сопротивление LDR увеличивается, напряжение на переменном резисторе R2, падает, транзистор VT1 закрывается. В свою очередь, транзистор VT2 открывается и подает напряжение на реле, которое включает лампу.

2. Устройство, принцип действия, характеристики и параметры фоторезисторов.

Рис.2. Устройство и схема включения фоторезистора

оторезистором (ФР) называют полупроводниковый фотоэлектронный прибор с внутренним фотоэффектом, в котором используется явление изменения электрической проводимости полупроводника под воздействием оптического излучения. Фоторезистор представляет собой полупроводниковый резистор, изменяющий свое сопротивление под действием излучения (освещенности).

Принцип действия ФР основан на использовании явления фотопроводимости полупроводников, которая зависит от концентрации электронов в зоне проводимости и дырок в валентной зоне. При облучении полупроводника светом, достаточным для перехода электронов из валентной зоны в зону проводимости, проводимость ФР увеличивается.

Принцип устройства фоторезистора показан на рис.2,а. На диэлектрическую пластину 1 нанесен тонкий слой полупроводника 2 с контактами 3 на концах. Схема включения фоторезистора приведена на рис. 2,б. Полярность источника питания не играет роли. Полупроводниковый фоточувствительный слой выполняется в виде монокристаллической или поликристаллической пластинки или в виде поликристаллической пленки, нанесенной на диэлектрическую подложку (стекло, керамика или кварц). Металлические электроды (золото, платина) наносят либо на поверхность фоточувствительного слоя, либо непосредственно на диэлектрическую подложку перед осаждением полупроводникового слоя.

В качестве полупроводника используют:

– сернистый кадмий CdS (фоторезисторы ФСК) – наиболее чувствительный к видимым лучам спектра;

селенид кадмия CdSе (фоторезисторы ФСД) – наиболее чувствительный к лучам на границе между видимой и инфракрасной областями спектра;

сернистый свинец (фоторезисторы PbS)– наиболее чувствительный к инфракрасным лучам.

Для защиты от внешних воздействий фоточувствительный слой покрывают слоем прозрачного лака.

Поверхность светочувствительного материала, расположенную между электродами, называют рабочей площадкой. Световой поток направляют на полупроводник через специальное окно в корпусе фоторезистора. При эксплуатации ФР рекомендуют его рабочую площадку засвечивать полностью, так как при этом эффект изменения сопротивления ФР будет максимален.

Параметры фоторезистора

Если к неосвещенному ФР подключить источник питания, то в электрической цепи потечет небольшой ток, обусловленный наличием в полупроводнике малого количества свободных носителей заряда. Этот ток называют темновым током Iт.

Темновое сопротивление Rт – это сопротивление ФР при отсутствии освещения. Темновое сопротивление принято определять через 30 с после затемнения ФР.

При облучении ФР в электрической цепи протекает ток Iсв. Разность токов при наличии и отсутствии освещения называют фототоком Iф

Удельная интегральная чувствительность – это отношение фототока к световому потоку и к приложенному напряжению:

Чувствительность называют интегральной, потому что измеряют ее при освещении ФР светом сложного спектрального состава. Удельные интегральные чувствительности различных типов ФР составляют от 1 до 600 мА /(В·лм).

При воздействии на ФР источника монохроматического излучения, например, лазера используют параметр монохроматическая чувствительность.

Рабочее напряжение зависит от расстояния между электродами ФР имеет диапазон от единиц до 100 В.

Постоянная времени– это время, в течение которого фототок ФР изменяется после освещения или после затемнения ФР в е раз по отношению к установившемуся значению. Постоянная времени характеризует инерционность ФР.

В связи с тем, что скорость нарастания фототока при освещении несколько отличается от скорости его спада после затемнения ФР, различают постоянные времени нарастания н и спада с. Численные значения постоянных времени могут быть от десятков микросекунд до десятков миллисекунд.

Наличие существенной инерционности у ФР приводит к тому, что с увеличением частоты модуляции светового потока эффективное значение возникающего переменного фототока уменьшается. Максимальная частота модуляции светового потока для ФР не превосходит десятков килогерц.

Необходимо помнить, что параметры полупроводниковых ФР существенно зависят от температуры. Собственные шумы фоторезисторов значительны.

Достоинства ФР: высокая чувствительность и малые габариты.

Фоторезистор: основные параметры

В электротехнике широко применяются различные виды электрических сопротивлений. Среди них следует отметить фоторезистор, называемый также фотосопротивлением, основные параметры которого могут изменяться под действием световых лучей, попадающих на светочувствительную поверхность.

По сравнению с обычными резисторами, значение сопротивления этого устройства никак не связано с приложенным к нему напряжением. С помощью фоторезисторов определяется наличие или отсутствие света, можно проверить и измерить интенсивность светового потока. В полной темноте их сопротивление существенно возрастает и может достигнуть 1 МОм. Под влиянием света сопротивление, наоборот, начинает резко падать, а его значение будет полностью зависеть от интенсивности света.

Принцип действия фоторезисторов

В зависимости от материалов, применяемых для изготовления фоторезисторов, эти устройства разделяются на две группы, основными признаками которых являются внутренний и внешний фотоэффект.

Элементы с внутренним фотоэффектом производятся из нелегированных материалов – германия или кремния. Принцип действия их довольно простой. Попадая на поверхность устройства, фотоны приводят в движение электроны. В результате, начинается их перемещение из валентной области в зону проводимости. Далее, в материале в большом количестве появляются свободные электроны, способствуя улучшению проводимости и соответствующему уменьшению сопротивления. Это в общих чертах объясняет, как работает фоторезистор.

Достижение внешнего фотоэффекта становится возможным за счет материалов, из которых изготавливается фоторезистор. Для придания нужных свойств в них добавляются специальные примеси, известные как легирующие добавки. Они изменяют параметры в нужную сторону и способствуют созданию новой энергетической зоны, насыщенной электронами, поверх имеющейся валентной области. Такие электроны требуют гораздо меньшее количество энергии для перехода в зону проводимости. Результатом этого становится повышенная чувствительность фоторезисторов к разной длине световых волн.

Несмотря на различие физических свойств, каждое устройство обладает способностью к уменьшению сопротивления при воздействии на них светового потока. Чем выше рост интенсивности света, тем большее падение напряжения наблюдается у фоторезистора. В графическом выражении это свойство отображается в виде обратной нелинейной функции интенсивности света.

Общие характеристики

Несмотря на определенные различия в конструкции и физических свойствах, все типы фоторезисторов имеют общие характеристики. Одним из основных параметров считается чувствительность, зависящая от длины световой волны. В случае расположения длины волны за пределами рабочего диапазона, свет никак не будет влиять на устройство, то есть фоторезистор не реагирует на световые волны в данном диапазоне.

Каждый материал, применяемый для изготовления данных элементов, содержит собственные характеристики, обладает индивидуальными уникальными спектральными кривыми отклика волны по отношению к чувствительности. Например, устройства с внешним фотоэффектом лучше всего работают с большой длиной световых волн, со смещением в сторону инфракрасного сектора.

Задействовать фоторезисторы в инфракрасном диапазоне следует с осторожностью, чтобы не допустить перегрева. Получившийся тепловой эффект может оказать влияние на данные измерений в связи с изменением сопротивления элемента.

По сравнению с фото транзисторами и фотодиодами, фоторезистор обладает более низкой чувствительностью. Дело в том, что два первых устройства относятся к полупроводникам, в которых электроны и дырки, движущиеся потоком через PN-переход, управляются с помощью света. В фоторезисторах такой переход отсутствует, поэтому их характеристики не совпадают.

При стабильной интенсивности светового потока, сопротивление фоторезисторов может все равно подвергнуться существенным изменениям из-за перепадов температуры, поскольку они обладают повышенной чувствительностью к таким перепадам. В связи с этим, данное устройство нельзя использовать для точных измерений интенсивности света.

Следующее свойство, характеризующее фоторезистор, называется инертностью. Этот параметр представляет собой время задержки между изменяющимся освещением и сопротивлением, которое также изменяется при перепадах освещения. При изучении данной характеристики было установлено, что сопротивление фоторезистора падает до минимальной отметки под действием полного освещения примерно за 10 миллисекунд.

Максимального значения фоторезистор достигает при полном отсутствии света примерно за 1 секунду. В связи с этим, подобные устройства не могут использоваться в местах, где обязательно учитывается наличие резких перепадов напряжения.

Конструкция и применение

Первым материалом, у которого обнаружилось свойство фотопроводимости, стал селен. В дальнейшем такие же качества были установлены и у других материалов. Современный фоторезистор представляет собой соединение различных веществ – сульфид свинца, антимонид индия, селенид свинца. Наиболее популярны устройства, изготовленные на основе сульфида кадмия и селенида кадмия.

В качестве примера можно взять элемент из сульфида кадмия. Его изготовление осуществляется из порошкообразного вещества высокой очистки, смешанного с инертными связующими материалами. Таким образом, в будущий прибор изначально закладываются необходимые характеристики. Полученная смесь подвергается прессовке и спеканию. Далее в условиях вакуума на основание с электродами наносится специальная извилистая дорожка, представляющая собой фоточувствительный слой, реагирующий на свет. Составной частью данной схемы является пластиковая или стеклянная оболочка, защищающая фоточувствительный элемент от загрязнений и повреждений.

Сульфид кадмия реагирует на свет в соответствии со спектральной кривой, совпадающей с человеческим глазом. Максимальная чувствительность имеет длину волны, составляющую примерно 500-600 нм и входящую в видимую часть спектра.

Практическое применение фоторезисторов в системах освещения стало возможным в качестве датчиков, определяющих наличие или отсутствие света или фиксирующих степень его интенсивности. Фоторезисторы используются для работы в автоматах, включающих и выключающих уличное освещение в различное время суток. Кроме того, эти приборы применяются в фотоэкспонометрах и других устройствах, связанных с действием светового потока.

Символ

, работа, типы и применение

Фоторезистор - подробное руководство

Прогуливаясь по вечерним улицам, вы когда-нибудь замечали, как уличные фонари включаются автоматически, когда начинает темнеть? Такое автоматическое включение уличных фонарей происходит благодаря наличию в его цепи переменного резистора особого типа. Сопротивление этого переменного резистора зависит от количества падающего на него света.

Такой резистор называется фоторезистором, и в этой статье мы обсудим некоторые его аспекты.

Итак, приступим!

Что такое фоторезистор?

Фоторезистор - это сочетание слов «фотон» (что означает легкие частицы) и «резистор». В соответствии со своим названием фоторезистор - это устройство, или мы можем сказать резистор, зависящий от интенсивности света. По этой причине они также известны как светозависимые LDR.

Итак, чтобы определить фоторезистор в одной строке, мы можем записать его как:

«Фоторезистор - это переменный резистор, сопротивление которого изменяется обратно пропорционально интенсивности света»

Из наших базовых знаний о взаимосвязи между удельным сопротивлением (способностью сопротивляться потоку электронов) и проводимостью (способностью допускать поток электронов) мы знаем, что оба являются полярными противоположностями друг друга.Таким образом, когда мы говорим, что сопротивление уменьшается при увеличении интенсивности света, это просто означает, что проводимость увеличивается с увеличением интенсивности света, падающего на фоторезистор или LDR, благодаря свойству, называемому фотопроводимостью материала.

Следовательно, эти фоторезисторы также известны как фотопроводящие элементы или просто фотоэлементы.

Идея фоторезистора возникла, когда Уиллоуби Смит открыл фотопроводимость в селене в 1873 году.Тогда было изготовлено множество вариантов светопроводящих устройств.

Фоторезистор

Фоторезистор Symbol

Чтобы представить фоторезистор на принципиальной схеме, был выбран символ, который указывал бы на то, что это светозависимое устройство, а также на то, что это резистор.

Хотя в основном используемый символ показан на рисунке 2a (две стрелки указывают на резистор), некоторые предпочитают заключать резистор в круг, как показано на рисунке 2b.

Фоторезисторы Обозначение цепи

Принцип работы фоторезистора

Чтобы понять принцип работы фоторезистора, давайте немного расскажем о валентных и свободных электронах.

Как мы знаем, валентные электроны - это электроны, находящиеся во внешней оболочке атома. Следовательно, они слабо прикреплены к ядру атома. Это означает, что требуется лишь небольшое количество энергии, чтобы вывести его с внешней орбиты.

С другой стороны, свободные электроны - это те, которые не прикреплены к ядру и, следовательно, могут свободно перемещаться при приложении внешней энергии, такой как электрическое поле. Таким образом, когда некоторая энергия заставляет валентный электрон оторваться от внешней орбиты, он действует как свободный электрон; готов двигаться всякий раз, когда прикладывается электрическое поле. Световая энергия используется для превращения валентного электрона в свободный электрон.

Этот очень простой принцип используется в фоторезисторе. Свет, падающий на фотопроводящий материал, поглощается им, что, в свою очередь, выделяет много свободных электронов из валентных электронов.

На рисунке ниже изображено то же самое:

Рабочий стол фоторезистора

По мере того, как световая энергия, падающая на фотопроводящий материал, увеличивается, количество валентных электронов, которые набирают энергию и покидают связь с ядром, увеличивается. Это приводит к тому, что большое количество валентных электронов прыгают в зону проводимости, готовые двигаться с приложением любой внешней силы, такой как электрическое поле.

Таким образом, с увеличением интенсивности света количество свободных электронов увеличивается.Это означает, что фотопроводимость увеличивается, что означает уменьшение фоторезистентности материала.

Теперь, когда мы рассмотрели рабочий механизм, у нас появилась идея, что для изготовления фоторезистора используется фотопроводящий материал. По типу фотопроводящего материала фоторезисторы бывают двух типов. Краткое введение дается в следующем разделе

.

Типы фоторезисторов

Фоторезистор обычно изготавливается из полупроводникового материала, который используется в качестве резистивного элемента без PN перехода.По сути, это делает фоторезистор пассивным устройством. Два типа фоторезисторов:

  1. Внутренний фоторезистор : Как мы знаем, внутренним часто называют полупроводник (в данном случае фотопроводящий материал), лишенный каких-либо легирующих добавок. Это означает, что фотопроводящий материал, используемый для создания этого фоторезистора, включает возбуждение носителей заряда из валентных зон в зону проводимости.
  2. Внешний фоторезистор: Внешний фоторезистор имеет полупроводниковый материал с некоторой примесью, или мы можем сказать, что они легированы для большей эффективности.Примесные легирующие примеси должны быть мелкими и не должны ионизироваться в присутствии света. Фотопроводящий материал, используемый для этого фоторезистора, включает возбуждение носителей заряда между примесью и валентной зоной или зоной проводимости.

Теперь, когда мы рассмотрели механизм и типы, вы, должно быть, получили представление о том, как работает фоторезистор. Однако может возникнуть вопрос: как подключить фоторезистор по простой схеме?

Давайте посмотрим на пример ниже, в котором есть очень простая схема фоторезистора.

Базовая схема фоторезистора

На рисунке ниже показана принципиальная электрическая схема фоторезистора. В нем есть аккумулятор, фоторезистор и светодиод. Эта установка помогает понять поведение фоторезистора при воздействии электрического поля.

Базовая схема фоторезистора

ВАРИАНТ 1: Нет света на фоторезисторе (скажем, вы полностью закрыли фоторезистор)

Вы можете догадаться, что происходит?

Фоторезистор не может поглотить световую энергию; поэтому свободные электроны не образуются.Это означает, что даже если фоторезистор подвергается воздействию электрического поля, нет свободных электронов, которые могли бы двигаться и запускать ток.

Что это значит? Да, это означает, что сопротивление потоку тока велико, или мы можем сказать, что его сопротивление очень велико.

Будет ли гореть светодиодная лампа? Очевидно, НЕТ, поскольку в цепи не течет ток.
ВАРИАНТ 2: Свет падает на фоторезистор

Тебе легко угадать, верно?

Здесь фотоны падают на фоторезистор, поэтому световая энергия, необходимая для создания свободных электронов, поглощается им.Теперь, когда фоторезистор подключен к батарее, свободные электроны начинают двигаться, поскольку теперь они подвергаются воздействию электрического поля. Следовательно, мы можем сказать, что в цепи начинает течь ток.

Итак, что это означает для сопротивления фоторезистора?

Да, вы угадали; это означает, что сопротивление значительно уменьшилось, позволяя протекать току в цепи.

Таким образом, в этом случае загорится светодиод.

Следующий раздел позволяет вам понять общие способы использования и применения фоторезистора.

Фоторезистор - применение и применение

Автоматические уличные фонари: Одно из наиболее заметных применений фоторезистора, с которым мы сталкиваемся в повседневной жизни, - это схемы автоматического уличного освещения, как уже упоминалось во вводном абзаце. Здесь они настолько задействованы в цепи, что уличные фонари включаются с наступлением темноты и выключаются утром.

Некоторые фоторезисторы используются в некоторых потребительских товарах, таких как люксметров в камере, световых датчиках , например, в роботизированных проектах , радиочасах и т. Д.

Они также используются для управления снижением усиления динамических компрессоров.

Они также считаются хорошим инфракрасным детектором и, следовательно, находят применение в инфракрасной астрономии.

На этом мы подошли к завершению статьи, давайте вернемся к тому, что мы узнали в этом коротком руководстве.

Фоторезистор в двух словах
  • « Фотоны » + « Резистор » = Фоторезистор : специальный тип переменного резистора, сопротивление которого зависит от интенсивности падающего на него света.
  • Другие названия: Фотопроводник, Фотоэлемент, Светозависимый резистор (LDR)
  • Уиллоуби Смит: Первый ученый, открывший фотопроводимость в селене (полупроводнике)
  • Конструкция: Изготовлен из светочувствительного полупроводникового материала. У них нет PN-перехода.
  • Принцип работы: Когда свет падает на светочувствительный материал (или на фоторезистор), валентные электроны поглощают световую энергию и вырываются из ядра, становясь свободными электронами.Эти электроны приводят к протеканию тока при приложении внешней силы, такой как электрическое поле.

Приложения

Наиболее распространенное применение в цепях автоматических уличных фонарей и других потребительских товарах, таких как люксметр, датчик освещенности и т. Д.

Фоторезисторы

- принцип работы, типы и применение

Свет - это форма электромагнитного излучения. Электромагнитный спектр разделен на множество полос, из которых Свет обычно относится к Видимому спектру.Но в физике гамма-лучи, рентгеновские лучи, микроволны и радиоволны также считаются светом. Спектр видимого света имеет длины волн в диапазоне 400-700 нанометров, лежащих между спектром инфракрасных лучей и ультрафиолетовым спектром. Свет несет энергию в виде фотонов. Когда эти фотоны контактируют с другими частицами, энергия передается из-за столкновения. Используя этот принцип света, было изобретено множество полезных продуктов, таких как фотодиоды, фоторезисторы, солнечные панели и т. Д..


Что такое фоторезистор?

Фоторезистор

Light имеет волновую природу дуальности. Это означает, что свет имеет как частицу, так и волнообразную природу. Когда свет падает на полупроводниковый материал, присутствующие в свете фотоны поглощаются электронами и возбуждаются в более высокие энергетические диапазоны.

Фоторезистор - это тип светозависимого резистора, значения сопротивления которого меняются в зависимости от падающего на него света. Эти фоторезисторы имеют тенденцию к уменьшению значений своего сопротивления с увеличением интенсивности падающего света.

Фоторезисторы обладают фотопроводимостью. Это менее светочувствительные устройства по сравнению с фотодиодами и фототранзисторами. Фоторезистор зависит от температуры окружающей среды.

Принцип работы

Фоторезистор не имеет P-N перехода, как у фотодиодов. Это пассивный компонент. Они изготовлены из полупроводниковых материалов с высоким сопротивлением.

Когда свет падает на фоторезистор, фотоны поглощаются полупроводниковым материалом.Энергия фотона поглощается электронами. Когда эти электроны приобретают достаточно энергии, чтобы разорвать связь, они прыгают в зону проводимости. За счет этого снижается сопротивление фоторезистора. С уменьшением сопротивления увеличивается проводимость.

В зависимости от типа полупроводникового материала, используемого для фоторезистора, их диапазон сопротивления и чувствительность различаются. В отсутствие света фоторезистор может иметь значения сопротивления в мегаомах. А при наличии света его сопротивление может уменьшаться до нескольких сотен Ом.


Типы фоторезисторов

В зависимости от свойств полупроводникового материала, используемого для создания фоторезисторов, они подразделяются на два типа - внешние и внутренние фоторезисторы. Эти полупроводники по-разному реагируют в условиях разной длины волны.

Внутренние фоторезисторы разработаны с использованием внутреннего полупроводникового материала. Эти собственные полупроводники имеют свои собственные носители заряда. В их зоне проводимости нет свободных электронов.Они содержат дыры в валентной зоне.

Итак, чтобы возбуждать электроны, присутствующие в собственном полупроводнике, из валентной зоны в зону проводимости, необходимо обеспечить достаточную энергию, чтобы они могли пересечь всю запрещенную зону. Следовательно, для срабатывания устройства нам требуются фотоны с более высокой энергией. Следовательно, внутренние фоторезисторы предназначены для обнаружения более высокочастотного света.

С другой стороны, внешние полупроводники образуются путем легирования собственных полупроводников примесями.Эти примеси предоставляют свободные электроны или дырки для проводимости. Эти свободные проводники лежат в энергетической зоне ближе к зоне проводимости. Таким образом, небольшое количество энергии может заставить их перейти в зону проводимости. Внешние фоторезисторы используются для обнаружения света с большей длиной волны и меньшей частотой.

Чем выше интенсивность света, тем больше падение сопротивления фоторезистора. Чувствительность фоторезисторов зависит от длины волны применяемого света. Когда нет достаточной длины волны, достаточно срабатывания устройства, устройство не реагирует на свет.Внешние фоторезисторы могут реагировать на инфракрасные волны. Внутренние фоторезисторы могут обнаруживать световые волны более высокой частоты.

Обозначение фоторезистора

Фоторезистор-символ

Фоторезисторы используются для индикации наличия или отсутствия света. Он также записывается как LDR. Обычно они состоят из Cds, Pbs, Pbse и т. Д. Эти устройства чувствительны к изменениям температуры. Таким образом, даже когда интенсивность света остается постоянной, в фоторезисторах можно увидеть изменение сопротивления.

Применение фоторезистора

Сопротивление фоторезистора нелинейно зависит от силы света.Фоторезисторы не так чувствительны к свету, как фотодиоды или фототранзисторы. Вот некоторые применения фоторезисторов:

.
  • Используются как датчики света.
  • Они используются для измерения силы света.
  • В ночном освещении и в фотометрах используются фоторезисторы.
  • Их свойство задержки используется в аудиокомпрессорах и внешнем зондировании.
  • Фоторезисторы также можно найти в будильниках, уличных часах, солнечных уличных фонарях и т. Д.
  • Инфракрасная астрономия и инфракрасная спектроскопия также используют фоторезисторы для измерения средней инфракрасной области спектра.

Проекты на основе фоторезисторов

Фоторезисторы

стали удобным устройством для многих любителей. Доступно множество новых исследовательских работ и электронных проектов на основе фоторезисторов. Фоторезисторы нашли новое применение в медицине, встроенных системах и астрономии. Некоторые из проектов, разработанных с использованием фоторезистора, следующие:

  • Созданный студентами фотометр на основе фоторезистора и его применение в судебно-медицинской экспертизе красителей.
  • Интеграция биосовместимой органической резистивной памяти и фоторезистора для носимых приложений считывания изображений.
  • Photogate синхронизация со смартфоном.
  • Разработка и реализация простой акустооптической двойной цепи управления.
  • Система определения местоположения источника света.
  • Мобильный робот включается звуком и управляется внешним источником света.
  • Разработка системы мониторинга с открытым исходным кодом для термодинамического анализа зданий и систем.
  • Устройство защиты от перегрева.
  • Устройство для обнаружения электромагнитного излучения.
  • Автоматическая двухосная газонокосилка на солнечной энергии для сельскохозяйственного применения.
  • Механизм измерения мутности воды с использованием светодиода для системы мониторинга на месте.
  • Светоиндуцированная светящаяся клавиатура изготовлена ​​с использованием фоторезисторов.
  • Новый электронный замок с азбукой Морзе на основе Интернета вещей.
  • Система уличного освещения для умных городов с использованием фоторезисторов.
  • Отслеживание интервенционных устройств МРТ с регулируемыми маркерами с компьютерным управлением.
  • Используются в жалюзи с подсветкой.
  • Фоторезисторы
  • также используются для автоматической регулировки контрастности и яркости в телевизорах и смартфонах.
  • Для конструирования бесконтактных выключателей используются фоторезисторы.

Из-за запрета на кадмий в Европе использование фоторезисторов Cds и Cdse ограничено. Фоторезисторы можно легко реализовать и связать с микроконтроллерами.

Эти устройства доступны на рынке как датчики IC.Они доступны как датчики внешней освещенности, световые и цифровые датчики, LDR и т. Д. Некоторые из широко используемых продуктов - это датчик освещенности OPT3002, пассивный датчик освещенности LDR и т. Д. Электрические характеристики, технические характеристики и т. Д. OPT3002 можно найти в техническое описание предоставлено Texas Instruments. Можно ли использовать фоторезисторы как альтернативу фотодиодам? В чем разница?

Основы фоторезистора: типы, принципы и применение

В статье представлены основные характеристики и принципы фоторезистора, включая принцип работы и принцип конструкции.Существует три типа фоторезисторов: ультрафиолетовые фоторезисторы, инфракрасные фоторезисторы, фоторезисторы видимого света. Схема регулирования яркости и выключатель света - два применения фоторезистора.

Аннотации

Фоторезисторы бывают трех типов: ультрафиолетовые фоторезисторы, инфракрасные фоторезисторы, фоторезисторы видимого света. Обычно используемые материалы - сульфид кадмия, селен, сульфид алюминия, сульфид свинца и сульфид висмута. Принцип работы фоторезистора основан на внутреннем фотоэффекте.Фоточувствительные резисторы формируются путем установки электродных выводов на обоих концах полупроводникового светочувствительного материала и их заключения в корпус трубки с прозрачным окном. Схема регулирования яркости и выключатель света - два применения фоторезистора.

Каталог

I. Введение

Рисунок 1. Фоторезистор

Фоторезистор также известен как светозависимый резистор (сокращенно LDR) или фотопроводник.Обычно используемые материалы - сульфид кадмия, селен, сульфид алюминия, сульфид свинца и сульфид висмута. Эти производственные материалы имеют особенность, заключающуюся в том, что значение сопротивления быстро уменьшается при облучении светом определенной длины волны. Это связано с тем, что все носители, генерируемые светом, участвуют в проводимости и совершают дрейфовое движение под действием внешнего электрического поля. Электроны перемещаются к положительному полюсу источника питания, а отверстия - к отрицательному полюсу источника питания, так что сопротивление фоторезистора быстро уменьшается.

Фоторезистор - это специальный резистор, изготовленный из полупроводниковых материалов, таких как сернистые или селенизированные прокладки, принцип работы которого основан на внутреннем фотоэлектрическом эффекте. Чем сильнее свет, тем ниже значение сопротивления. По мере увеличения интенсивности света значение сопротивления быстро уменьшается, а значение яркого сопротивления может составлять всего 1 кОм или меньше. Фоторезистор очень чувствителен к свету. Когда нет света, фоторезистор находится в состоянии высокого сопротивления, а темновое сопротивление обычно составляет до 1.5 МОм.

Фоторезистор - это тип резистора, в котором используется фотопроводящий эффект полупроводника для изменения значения сопротивления в зависимости от интенсивности падающего света. Его также называют фотопроводящим детектором; уменьшается интенсивность падающего света, затем уменьшается сопротивление; падающий свет слабый, а сопротивление возрастает. Есть еще фоторезистор. Когда падающий свет слабый, сопротивление уменьшается; падающий свет сильный, сопротивление увеличивается.

Фоторезисторы обычно используются для измерения освещенности, управления освещением и фотоэлектрического преобразования (преобразования изменений света в изменения электричества). Обычно используемый фоторезистор представляет собой фоторезистор из сульфида кадмия, который изготовлен из полупроводникового материала. Чувствительность фоторезистора к свету (то есть его спектральные характеристики) очень близка к реакции человеческого глаза на видимый свет (0,4 ~ 0,76) мкм. При проектировании схемы управления светом в качестве источника управляющего света используется свет ламп накаливания (маленькие электрические шарики) или естественный свет, что значительно упрощает конструкцию.

II. Технические характеристики

Как правило, фоторезистор выполнен в виде листа для поглощения большего количества световой энергии. Когда он облучается светом, электронно-дырочная пара возбуждается в полупроводниковой пластине (светочувствительный слой), чтобы участвовать в проводимости и увеличивать ток в цепи. Чтобы получить высокую чувствительность, электрод фоторезистора часто использует гребенчатый рисунок, который формируется путем осаждения из паровой фазы металла, такого как золото или индий, на фотопроводящую пленку под определенной маской.Структура обычного фоторезистора показана ниже.

Рисунок 2. Структура обычного фоторезистора

Фоторезистор обычно состоит из светочувствительного слоя, стеклянной подложки (или полимерной влагостойкой пленки) и электродов. Фоторезисторы обозначаются на схеме буквами «R» или «RL», «RG».

Фоторезистор изготовлен из сульфида кадмия (CdS). Он разделен на корпус из эпоксидной смолы и металлический корпус, оба типа проволоки (тип DIP).Фоторезисторы в эпоксидной упаковке делятся на Ø3 мм, Ø4 мм, Ø5 мм, Ø7 мм, Ø11 мм, Ø12 мм, Ø20 мм, Ø25 мм в зависимости от диаметра керамической подложки.

III. Параметры и характеристики

По спектральным характеристикам фоторезистор можно разделить на три типа фоторезисторов: ультрафиолетовые фоторезисторы, инфракрасные фоторезисторы и фоторезисторы видимого света.

1. Основные параметры

(1) Фототок и яркое сопротивление.При определенном приложенном напряжении протекающий ток называется фототоком при облучении светом, а отношение приложенного напряжения к фототоку называется ярким сопротивлением, которое обычно выражается как «100LX».

(2) Темновой ток и темновое сопротивление. При определенном приложенном напряжении фоторезистор называется темновым током, когда нет света. Отношение приложенного напряжения к темновому току называется темновым сопротивлением и обычно выражается как «0LX» (интенсивность света измеряется с помощью измерителя освещенности, и его единица измерения - lax lx).

(3) Чувствительность. Чувствительность относится к относительному изменению значения сопротивления (темновое сопротивление), когда фоторезистор не освещается светом, и значения сопротивления (яркого сопротивления) при освещении светом.

(4) Спектральный отклик. Спектральный отклик также называется спектральной чувствительностью, которая относится к чувствительности фоторезистора при облучении монохроматическим светом с разными длинами волн. Если вы построите график чувствительности на разных длинах волн, вы можете получить кривую спектрального отклика.

(5) Характеристики освещения. Характеристики освещения относятся к характеристикам выходного электрического сигнала фоторезистора в зависимости от освещения. Из кривой световой характеристики фоторезистора видно, что с увеличением интенсивности света значение сопротивления фоторезистора начинает быстро уменьшаться. При дальнейшем увеличении интенсивности света изменение значения сопротивления уменьшается, а затем постепенно становится плавным. В большинстве случаев эта характеристика нелинейна.

(6) Вольт-амперная характеристика. При определенном освещении соотношение между напряжением и током, приложенным к фоторезистору, называется вольт-амперной характеристикой. При заданном смещении, чем больше интенсивность света, тем больше фототок. При определенной интенсивности света, чем больше приложенное напряжение, тем больше фототок. Однако напряжение нельзя увеличивать бесконечно, потому что любой фоторезистор ограничен номинальной мощностью, максимальным рабочим напряжением и номинальным током.Превышение максимального рабочего напряжения и максимального номинального тока может привести к необратимому повреждению фоторезистора.

(7) Температурный коэффициент. На фотоэлектрический эффект фоторезистора сильно влияет температура. Некоторые фоторезисторы имеют более высокую фотоэлектрическую чувствительность при низких температурах, но более низкую чувствительность при высоких температурах.

(8) Номинальная мощность. Номинальная мощность относится к мощности, которую фоторезистор может потреблять в определенной линии. При повышении температуры потребляемая мощность уменьшается.

2. Частотные характеристики

Когда фоторезистор облучается импульсным светом, фототоку требуется время, чтобы достичь стабильного значения. После выключения света фототок не сразу становится нулевым, что является характеристикой задержки фоторезистора. Из-за разной светочувствительности и характеристик задержки сопротивления разных материалов их частотные характеристики также различаются. Частота использования сульфида свинца намного выше, чем у сульфида кадмия, но задержка большинства фоторезисторов относительно велика, поэтому его нельзя использовать в приложениях, требующих быстрого отклика.

IV. Как работает фоторезистор?

1. Принцип работы

Принцип работы фоторезистора основан на внутреннем фотоэлектрическом эффекте. Фоточувствительные резисторы формируются путем установки электродных выводов на обоих концах полупроводникового светочувствительного материала и их заключения в корпус трубки с прозрачным окном. Чтобы повысить чувствительность, два электрода часто имеют форму гребешка. Материалы, используемые для изготовления фоторезисторов, в основном представляют собой полупроводники, такие как сульфиды, селениды и теллуриды металлов.Покрытие, напыление, спекание и другие методы используются для изготовления очень тонкого фоторезистора и омического электрода в форме гребешка на изолирующей подложке. Выводы соединены и запломбированы в герметичном корпусе со светопропускающим зеркалом, чтобы влага не влияла на его чувствительность. После того, как падающий свет исчезнет, ​​пары электрон-дырка, генерируемые фотонным возбуждением, рекомбинируют, и сопротивление фоторезистора вернется к исходному значению. Когда напряжение подается на металлические электроды на обоих концах фоторезистора, через него проходит ток.Когда фоторезистор облучается светом с определенной длиной волны, ток будет увеличиваться с увеличением интенсивности света, тем самым достигая фотоэлектрического преобразования. Фоторезистор не имеет полярности и представляет собой чисто резистивное устройство. Его можно использовать как с постоянным, так и с переменным напряжением. Проводимость полупроводника зависит от количества носителей в зоне проводимости полупроводника.

Рисунок 3. Схема фоторезистора

2. Принцип конструкции

Фоторезисторы - это специальные резисторы, изготовленные из вулканизированных или селенованных полупроводниковых материалов.Поверхность также покрыта влагостойкой смолой, обладающей фотопроводящим эффектом. Принцип работы фоторезистора основан на внутреннем фотоэлектрическом эффекте, то есть выводы электродов устанавливаются на обоих концах полупроводникового светочувствительного материала, а фоторезистор формируется путем его упаковки в корпус трубки с прозрачным окном. Для повышения чувствительности два электрода часто имеют гребенчатую форму.

Проводимость полупроводника зависит от количества носителей в зоне проводимости полупроводника.Когда фоторезистор освещен, электроны в валентной зоне поглощают энергию фотонов, а затем переходят в зону проводимости и становятся свободными электронами. При этом образуются дыры. Появление электронно-дырочной пары снижает удельное сопротивление. Чем сильнее свет, тем больше фотогенизированных электронно-дырочных пар и тем ниже значение сопротивления. Когда на фоторезистор подается напряжение, ток, протекающий через фоторезистор, увеличивается с увеличением освещенности.Падающий свет исчезает, пара электрон-дырка постепенно рекомбинирует, сопротивление постепенно возвращается к исходному значению, а ток постепенно уменьшается.

Фоторезистор очень чувствителен к свету. Когда нет света, фоторезистор находится в состоянии высокого сопротивления, а сопротивление в темноте обычно составляет до 1,5 МОм. Когда есть свет, в материале возбуждаются свободные электроны и дырки, и величина его сопротивления уменьшается. По мере увеличения интенсивности света значение сопротивления быстро уменьшается, а значение яркого сопротивления может составлять всего 1 кОм или меньше.

Световые характеристики фоторезистора в большинстве случаев нелинейны, линейны только в небольшом диапазоне, а значение сопротивления фоторезистора имеет большой разброс (изменение сопротивления, неравномерность большого диапазона).

Чувствительность фоторезистора относится к относительному изменению значения сопротивления (темновое сопротивление) фоторезистора, когда он не подвергается воздействию света, и значения сопротивления (яркого сопротивления), когда он подвергается воздействию света. Отношение темнового сопротивления к световому сопротивлению фоторезистора составляет около 1500: 1.Чем больше сопротивление темноте, тем лучше. Подайте на фоторезистор напряжение смещения постоянного или переменного тока. Фоторезистор MG подходит для видимого света. Он в основном используется в различных схемах автоматического управления, фотоэлектрическом подсчете, фотоэлектрическом слежении, электрических лампах управления освещением, автоматическом экспонировании камер и схемах автоматического управления яркостью цветных телевизоров.

В. Классификация

Разделенный по полупроводниковому материалу: собственный фоторезистор, фоторезистор с примесью.Последний имеет стабильную работу и хорошие характеристики, поэтому используется чаще всего.

По спектральным характеристикам фоторезистор можно разделить на три типа фоторезисторов:

1. Ультрафиолетовый фоторезистор: более чувствительный к ультрафиолетовому свету, в том числе сульфид кадмия, фоторезисторы из селенида кадмия и др.

2. Инфракрасный фоторезистор : в основном сульфид свинца, теллурид свинца, селенид свинца. Фоточувствительные резисторы, такие как антимонид индия, широко используются в наведении ракет, астрономическом обнаружении, бесконтактном измерении, обнаружении повреждений человека, инфракрасной спектроскопии, инфракрасной связи и другой защите, научных исследованиях, промышленном и сельскохозяйственном производстве.

3. Фоторезистор видимого света: включая фоторезисторы на основе селена, сульфида кадмия, селенида кадмия, теллурида кадмия, арсенида галлия, кремния, германия и сульфида цинка. Он в основном используется в различных фотоэлектрических системах управления, таких как фотоэлектрическое автоматическое открытие и закрытие порталов, автоматическое включение и выключение навигационных огней, уличные фонари и другие системы освещения, автоматическое водоснабжение и автоматические устройства остановки воды, механические автоматические устройства защиты, и «детекторы положения», устройство автоматического экспонирования камеры, фотоэлектрический счетчик, дымовая сигнализация, фотоэлектрическая система слежения и т. д.

VI. Заявка

Фоторезистор представляет собой полупроводниковый светочувствительный прибор. В дополнение к своей высокой чувствительности, быстрой скорости отклика, хорошим спектральным характеристикам и хорошей согласованности значений r, он может поддерживать высокую стабильность и надежность в суровых условиях с высокой температурой и влажностью, что может широко использоваться в камерах, солнечных садовых светильниках, фонари для газонов, детекторы валют, кварцевые часы, музыкальные чашки, подарочные коробки, мини-ночники, светоакустические переключатели управления, автоматические переключатели уличных фонарей и различные игрушки для управления светом, управление освещением, лампы и другие автоматические переключатели света Поле управления.Ниже приведены несколько типичных схем применения.

1. Схема регулирования яркости

Рис. 4. Типичная схема регулирования яркости с управлением светом

На рис. 4 представлена ​​типичная схема регулирования яркости с управлением светом. Его принцип работы: когда окружающий свет становится слабым, сопротивление фоторезистора увеличивается, так что разделенное напряжение, приложенное к конденсатору C, увеличивается, а затем достигается цель увеличения напряжения на лампе.И наоборот, если окружающий свет становится ярче, значение сопротивления RG будет уменьшаться, что приведет к уменьшению угла проводимости тиристора, и одновременно уменьшится напряжение на лампе.

Выпрямительный мост, указанный в приведенной выше схеме, должен представлять собой пульсирующее напряжение постоянного тока, которое не может быть отфильтровано конденсатором в плавное постоянное напряжение.

2. Переключатель света

Существует множество форм схем переключения с управлением светом с релейным выходом, в которых в качестве основных компонентов используются фоторезисторы, такие как самоблокирующееся яркое возбуждение, темновое возбуждение, прецизионное световое возбуждение и темное возбуждение.Ниже приведены несколько типовых схем.

Рисунок 5. Простая схема переключения реле с возбуждением в темноте

На рисунке 5 представлена ​​простая схема переключения реле с возбуждением в темноте. Его принцип работы: когда освещенность падает до заданного значения, VT1 включается из-за повышения сопротивления фоторезистора, ток возбуждения VT2 заставляет реле срабатывать, нормально открытый контакт замыкается, а нормально закрытый контакт открывается для управления внешней цепью.

Рис. 6. Прецизионная схема реле с выдержкой времени при возбуждении в темноте

На рис. 6 показана схема реле прецизионного реле с выдержкой времени при возбуждении в темноте. Его принцип работы: когда освещенность падает до установленного значения, потенциал инвертирующего вывода микросхемы операционного усилителя увеличивается из-за увеличения сопротивления фоторезистора, и его выход возбуждает VT для включения. Ток возбуждения ТН заставляет реле работать, а нормально открытый контакт замыкается.Нормально замкнутый контакт размыкается для управления внешней цепью.

VII. Преимущества и недостатки

1. Преимущество

(1) Внутренний фотоэлектрический эффект не имеет ничего общего с электродом (связан только с фотодиодом), то есть можно использовать источник питания постоянного тока;

(2) Чувствительность зависит от материала полупроводника и длины волны падающего света;

(3) с эпоксидным покрытием, хорошая надежность, малый объем, малая чувствительность, быстрый отклик, хорошие спектральные характеристики.

2. Недостаток

(1) Плохая линейность фотоэлектрического преобразования при сильном освещении;

(2) Процесс фотоэлектрической релаксации длится дольше. То есть после облучения светом фотопроводимость полупроводников постепенно возрастает со временем освещения и достигает установившегося значения через некоторый период времени. После того, как свет погаснет, фотопроводимость постепенно снижается;

(2) Частотная характеристика (способность устройства обнаруживать световые сигналы, которые быстро меняются) очень низкая;

(2) На него сильно влияет температура, и скорость отклика невысока.Между мс и с на время задержки влияет сила падающего света (фотодиод не имеет этого недостатка, фотодиод имеет более высокую чувствительность, чем фоторезистор).

Ⅷ. Заключение

Фоторезистор является важным элементом фотоэлектрического преобразования. С быстрым развитием электронных информационных технологий и постоянным повышением требований к рабочим характеристикам электронных компонентов автоматизация производства фоторезисторов значительно ускорит развитие индустриализации.

Рекомендуемый артикул:

Что такое переменный резистор?

Фоторезисторы - обзор | Темы ScienceDirect

5.1 Физические принципы

Интенсивность света можно измерить с помощью фотодетекторов, таких как фотодиоды, фоторезисторы [50] или фототранзисторы [51]. Фотодиоды и фототранзисторы обеспечивают сток и ток коллектора-эмиттера, соответственно, пропорциональные интенсивности света, в то время как фоторезисторы изменяют свое сопротивление пропорционально интенсивности света.

Солнечный элемент также может использоваться для измерения освещенности. В технических паспортах солнечных элементов приведены значения напряжения холостого хода и тока короткого замыкания при различных уровнях освещенности для их характеристики. Ток короткого замыкания (уравнение (16)) пропорционален энергетической освещенности, поэтому его можно использовать для его измерения. Ток короткого замыкания измеряется шунтирующим резистором. Изменения температуры очень слабо влияют на ток короткого замыкания, и им можно пренебречь [52].Более того, если одновременно проводятся измерения напряжения холостого хода, можно оценить максимальную выходную мощность солнечного элемента, как будет объяснено позже.

Ток короткого замыкания I sc - это ток, подаваемый солнечным элементом, когда его напряжение установлено на ноль. Напряжение холостого хода V oc - это напряжение, подаваемое солнечным элементом без нагрузки. Существует точка, называемая точкой максимальной мощности P MPP , где мощность, передаваемая солнечным элементом, является максимальной, с которой связаны напряжение V MPP и ток I MPP .Более интересными, чем ток и мощность, являются ток и мощность на единицу площади, ток и плотность мощности соответственно [53], чтобы сравнить поведение нескольких ячеек с разными площадями. На рисунках 20 и 21 показаны зависимости плотности тока от напряжения (J-V) и плотности мощности от напряжения (S-V), типичные кривые, соответственно, для различных уровней освещенности солнечного элемента.

Рис. 20. Кривые зависимости плотности тока от напряжения типичной монокристаллической ячейки для различных уровней освещенности и фиксированной температуры окружающей среды 25 ° C.

Рис. 21. Кривые зависимости плотности мощности от напряжения типичной монокристаллической ячейки для различных уровней освещенности и фиксированной температуры окружающей среды 25 ° C.

На рисунках 22 и 23 показаны кривые J-V и S-V для различных значений температуры. Температура незначительно влияет на плотность тока короткого замыкания. Уравнение для плотности тока короткого замыкания:

Рис. 22. Кривые зависимости плотности тока от напряжения типичного монокристаллического элемента для различных значений температуры окружающей среды и фиксированной освещенности 500 Вт / м 2 .

Рис. 23. Кривые зависимости плотности мощности от напряжения типичного монокристаллического элемента для различных значений температуры окружающей среды и фиксированной освещенности 500 Вт / м 2 .

(16) JSC (G) = JSC, refGrefG

, где J SC, ref соответствует плотности тока короткого замыкания при освещенности G ref . В технических паспортах солнечных элементов указано значение тока короткого замыкания или плотности тока J SC, ref при определенной освещенности G ref , обычно 1000 Вт / м 2 .Напряжение холостого хода является функцией температуры и освещенности:

(17) VOC (TC) (G) = VOC, ref + (Tc − Tc, ref) dVOCdTC + VtlnGGref

, где V OC, ref соответствует напряжению холостого хода солнечного элемента при заданной освещенности G ref и температуре T c, ref , T c - температуре солнечного элемента, dV OC / dT c - температурный коэффициент напряжения, а V t - тепловое напряжение, равное kT / q (k - постоянная Больцмана, а T - температура, выраженная в Кельвинах. q - электрический заряд электрона).V t равно 26 мВ при 300 К. G - падающая на солнечный элемент освещенность.

Температура солнечного элемента связана с температурой окружающей среды через параметр номинальной рабочей температуры элемента (NOCT), который иногда указывается производителями в таблицах данных. NOCT имеет значение от 42 ° C до 48 ° C для кремниевых элементов [53]:

(18) Tcell = Ta + NOCT − 20800G

, где NOCT - температура элемента при 800 Вт / м 2 , 20 ° C и скорость ветра 1 м / с в условиях холостого хода [54,55].

Следующее выражение также моделирует поведение напряжения холостого хода для солнечных элементов, которые получают менее 200 Вт / м 2 [52]:

(19) VOC (TC) (G) = (VOC , ref + (Tc − Tc, ref) dVOCdTC) (1 + ρOClnGGOClnGGref)

где ρ OC и G OC - параметры, полученные эмпирически. Для многих кремниевых фотоэлектрических модулей приняты значения ρ OC = –0,04 и G OC = 1000 Вт / м 2 [52].

Коэффициент заполнения (FF) - это параметр, часто указываемый производителями солнечных элементов в их таблицах данных. Коэффициент заполнения - это соотношение между максимальной мощностью и произведением напряжения холостого хода и тока короткого замыкания. Таким образом, коэффициент заполнения задается для определенного значения освещенности:

(20) FF = VMPPIMPPVOCISC = PMPPVOCISC

Эквивалентная схема реального или неидеального солнечного элемента показана на рисунке 24. Солнечный элемент моделируется как источник тока I PH , подключенный параллельно диодам D 1 и D 2 , которые имеют токи насыщения, I o 1 и I o 2 , с коэффициентами идеальности 1 и 2 .Эта подсхема представляет собой простую эквивалентную схему солнечного элемента, которая моделирует омические потери с резисторами R s и R p . Из текущего закона Кирхгофа получается уравнение для солнечного элемента:

Рисунок 24. Эквивалентная электрическая схема солнечного элемента.

(21) I = IPH − Io1 (eq (V + IRS) kT − 1) −Io2 (eq (V + IRS) 2kT − 1) −V + IRSRp

, где I PH - ток генерируется солнечным элементом.

Предыдущее уравнение часто приводится как [52]:

(22) I = IPH − I0 (eq (V + IRS) nkT − 1) −V + IRSRp

, где n - коэффициент идеальности. n может иметь значение от 1 до 2 [52], а для кремниевого элемента от 1,2 до 1,8 [53].

Если игнорировать влияние омических потерь, уравнение. (22) можно упростить до

(23) I = ISC − Io (eq (V) nkT − 1)

, где ток короткого замыкания теперь является током, генерируемым солнечным элементом. В предыдущих уравнениях текущие члены могут быть заменены плотностью тока.

Фотоэлектрические модули

представляют собой комбинацию солнечных элементов, которые можно подключать параллельно или последовательно.Если N s и N p - это количество солнечных элементов, соединенных последовательно и параллельно, соответственно, в фотоэлектрическом модуле, эквивалентное значение последовательного и параллельного сопротивления для фотоэлектрического модуля равно [55] :

(24) Rs, PVM = NsNpRs

(25) Rp, PVM = NsNpRp

Ток, преобразованный фотоэлектрическим модулем, умножается на количество солнечных элементов, подключенных параллельно N p при тепловом напряжении V t умножается на количество солнечных элементов, соединенных последовательно N s [55]:

(26) ISC, PVM = NpISC

(27) I0, PVM = NpI0

( 28) Vt, PVM = NsVt

Blätzer et al.[56] предполагают, что, поскольку J MPP и J SC можно считать пропорциональными освещенности, коэффициент заполнения можно определить как

(29) FF = VMPPVOC

Эффективность солнечного элемента определяется как отношение выходной мощности солнечного элемента в точке максимальной мощности к входной энергии, получаемой падающим светом:

(30) ηcell = PMPPGAcell

, где A элемент соответствует площади солнечная батарея.Таким образом, для определенной освещенности G соответствует КПД η cell :

(31) ηcell = PMPPGAcell

Фоторезистор | Типы резисторов | Руководство по резистору

Что такое фоторезисторы?

Фоторезисторы

, также известные как светозависимые резисторы (LDR), представляют собой светочувствительные устройства, которые чаще всего используются для индикации наличия или отсутствия света или для измерения интенсивности света. В темноте их сопротивление очень велико, иногда до 1 МОм, но когда датчик LDR подвергается воздействию света, сопротивление резко падает, даже до нескольких Ом, в зависимости от интенсивности света.LDR имеют чувствительность, которая зависит от длины волны подаваемого света, и являются нелинейными устройствами. Они используются во многих приложениях, но эта функция светочувствительности часто выполняется другими устройствами, такими как фотодиоды и фототранзисторы. Некоторые страны запретили LDR, изготовленные из свинца или кадмия, из соображений экологической безопасности.

Светозависимый резистор (фоторезистор) Определение

Фоторезисторы
- это светочувствительные резисторы, сопротивление которых уменьшается с увеличением интенсивности света, которому они подвергаются.

Характеристики

Виды фоторезисторов и рабочих механизмов

В зависимости от используемых материалов фоторезисторы можно разделить на два типа: внутренние и внешние. В собственных фоторезисторах используются нелегированные материалы, такие как кремний или германий. Фотоны, попадающие на устройство, возбуждают электроны из валентной зоны в зону проводимости. Это создает больше свободных электронов в материале, способных проводить ток, и, следовательно, меньшее сопротивление. Внешние фоторезисторы изготовлены из материалов, легированных примесями, также называемыми легирующими добавками.Добавки создают новую энергетическую зону над существующей валентной зоной, заселенную электронами. Этим электронам требуется меньше энергии для перехода в зону проводимости благодаря меньшей ширине запрещенной зоны. В результате получилось устройство, чувствительное к разным длинам волн света. В любом случае, оба типа будут демонстрировать снижение сопротивления при освещении. Чем выше интенсивность света, тем больше падение сопротивления. Следовательно, сопротивление LDR является обратной нелинейной функцией силы света.

Зависимость от длины волны

Чувствительность фоторезистора зависит от длины волны света. Если длина волны находится за пределами определенного диапазона, это никак не повлияет на сопротивление устройства. Можно сказать, что LDR нечувствителен в этом диапазоне длин волн света. Различные материалы имеют разные уникальные спектральные кривые зависимости длины волны от чувствительности. Внешние светозависимые резисторы обычно предназначены для более длинных волн света с тенденцией к инфракрасному (ИК).При работе в инфракрасном диапазоне необходимо соблюдать осторожность, чтобы избежать перегрева, который может повлиять на измерения из-за изменения сопротивления устройства из-за тепловых эффектов. Показанный здесь рисунок представляет собой спектральный отклик фотопроводящих детекторов, изготовленных из различных материалов, при этом рабочая температура выражена в K и указана в скобках.

Чувствительность

Светозависимые резисторы имеют меньшую чувствительность, чем фотодиоды и фототранзисторы.Фотодиоды и фототранзисторы - это настоящие полупроводниковые устройства, которые используют свет для управления потоком электронов и дырок через P-N-переходы, в то время как светозависимые резисторы являются пассивными компонентами, в которых отсутствует P-N-переход. Если интенсивность света остается постоянной, сопротивление может значительно изменяться из-за изменений температуры, поэтому они также чувствительны к изменениям температуры. Это свойство делает LDR непригодными для точных измерений интенсивности света.

Задержка

Еще одним интересным свойством фоторезисторов является то, что между изменениями освещенности и изменениями сопротивления существует временная задержка.Это явление называется скоростью восстановления сопротивления. Обычно требуется около 10 мс, чтобы сопротивление полностью упало, когда свет включен после полной темноты, в то время как сопротивление может подняться до исходного значения после полного удаления света до 1 секунды. По этой причине LDR не может использоваться там, где должны регистрироваться быстрые колебания света или использоваться для приведения в действие управляющего оборудования. Но это же свойство задержки используется в некоторых других устройствах, таких как аудиокомпрессоры, где функция светозависимого резистора заключается в сглаживании отклика.

Конструкция фоторезисторов

С момента открытия фотопроводимости в селене было обнаружено множество других материалов, которые зависят от света. В 1930-х и 1940-х годах PbS, PbSe и PbTe изучались после разработки фотопроводников из кремния и германия. Современные светозависимые резисторы изготавливаются из сульфида свинца, селенида свинца, антимонида индия и чаще всего сульфида кадмия и селенида кадмия. Популярные типы сульфида кадмия часто обозначаются как фоторезисторы CdS.Для производства сульфида кадмия LDR смешивают порошок сульфида кадмия высокой степени очистки и инертные связующие материалы. Затем эту смесь прессуют и спекают. Электроды напыляются на поверхность одной стороны под вакуумом, образуя чередующиеся гребенки, и соединительные провода подключаются. Затем диск помещают в стеклянный конверт или герметизируют прозрачным пластиком для предотвращения загрязнения поверхности. Кривая спектрального отклика сульфида кадмия соответствует таковой для человеческого глаза. Пиковая длина волны чувствительности составляет около 560-600 нм, что соответствует видимой части спектра.Следует отметить, что устройства, содержащие свинец или кадмий, не соответствуют требованиям RoHS и запрещены к использованию в странах, которые придерживаются законов RoHS.

Типичные области применения фоторезисторов

Фоторезисторы

чаще всего используются в качестве датчиков света. Их часто используют, когда требуется обнаружить наличие и отсутствие света или измерить интенсивность света. Примерами могут служить ночники и фотометры. Интересным любительским приложением для светозависимых резисторов является робот, следующий за линией, который использует источник света и два или более LDR для определения необходимого изменения курса.Иногда они используются в других сенсорных приложениях, например, в аудиокомпрессорах, потому что их реакция на свет не мгновенная, и поэтому функция LDR состоит в том, чтобы ввести задержанный отклик.

Пример схемы светового датчика

Датчик освещенности

Если необходим базовый датчик освещенности, можно использовать схему LDR, такую ​​как та, что показана на рисунке выше. Светодиод загорается, когда яркость света, достигающего резистора LDR, достаточна.Переменный резистор 10 кОм используется для установки порога включения светодиода. Если интенсивность света LDR ниже порогового значения, светодиод останется в выключенном состоянии. В реальных приложениях светодиод может быть заменен реле, или выход может быть подключен к микроконтроллеру или другому устройству. Если нужен датчик темноты, где светодиод будет гореть в отсутствие света, необходимо поменять местами LDR и два резистора 10 кОм.

Аудиокомпрессоры

Аудиокомпрессоры - это устройства, которые уменьшают усиление аудиоусилителя, когда амплитуда сигнала превышает установленное значение.Это сделано для усиления тихих звуков, не допуская при этом обрезания громких звуков. Некоторые компрессоры используют LDR и небольшую лампу (светодиод или электролюминесцентную панель), подключенную к источнику сигнала, чтобы создавать изменения в усилении сигнала. Некоторые считают, что этот метод добавляет более плавные характеристики сигналу, поскольку время отклика света и резистора смягчает атаку и высвобождение. Задержка времени отклика в этих приложениях составляет порядка 0,1 с.

Обозначение светозависимого резистора

Следующий символ используется для обозначения светозависимых фоторезисторов в соответствии со стандартом IEC.Иногда символ резистора обведен кружком, а стрелки - вне круга.

Обозначение фоторезистора (стандарт IEC)

Светозависимый резистор (LDR) - принцип работы и его применение

Большинство уличных фонарей, уличных фонарей и ряда бытовых приборов в помещении обычно управляются и обслуживаются вручную во многих случаях. Это не только рискованно, но, кроме того, приводит к потерям электроэнергии из-за халатности персонала или необычных обстоятельств при включении и выключении этих электроприборов.Следовательно, мы можем использовать схему светового датчика для автоматического отключения нагрузки в зависимости от интенсивности дневного света, используя световой датчик. В этой статье вкратце обсуждается, что такое светозависимый резистор, как сделать схему светозависимого резистора и его применения.

Что такое светозависимый резистор?

LDR или светозависимый резистор также известен как фоторезистор, фотоэлемент, фотопроводник. Это резистор одного типа, сопротивление которого зависит от количества света, падающего на его поверхность.Когда свет падает на резистор, сопротивление меняется. Эти резисторы часто используются во многих цепях, где требуется обнаруживать наличие света. Эти резисторы имеют множество функций и сопротивлений. Например, когда LDR находится в темноте, его можно использовать для включения света или для выключения света, когда он находится на свету. Типичный резистор, зависящий от света, имеет сопротивление в темноте 1 МОм, а при яркости - пару кОм

Принцип работы LDR

Этот резистор работает по принципу фотопроводимости.Это не что иное, как когда свет падает на его поверхность, тогда проводимость материала уменьшается, а также электроны в валентной зоне устройства возбуждаются в зону проводимости. Эти фотоны в падающем свете должны иметь энергию, превышающую ширину запрещенной зоны полупроводникового материала, что заставляет электроны переходить из валентной зоны в зону проводимости.

Принцип работы LDR

Эти устройства зависят от света, когда свет падает на LDR, сопротивление уменьшается и увеличивается в темноте.Когда LDR хранится в темном месте, его сопротивление велико, а когда LDR находится на свету, его сопротивление уменьшается.

Изменение сопротивления LDR с изменением интенсивности света

Если к LDR применяется постоянная «V», интенсивность света увеличивается, а ток увеличивается. На рисунке ниже показана кривая между сопротивлением Vs кривой освещения для конкретного светозависимого резистора.

Интенсивность света и сопротивление LDR

Типы светозависимых резисторов

Светозависимые резисторы классифицируются в зависимости от используемых материалов.

Внутренние фоторезисторы

Эти резисторы представляют собой чисто полупроводниковые приборы, такие как кремний или германий. Когда свет падает на LDR, электроны возбуждаются из валентной зоны в зону проводимости, и количество носителей заряда увеличивается.

Внешние фоторезисторы

Эти устройства легированы примесями, и эти примеси создают новые энергетические полосы над валентной зоной. Эти полосы заполнены электронами. Следовательно, это уменьшает ширину запрещенной зоны и требует небольшого количества энергии для их перемещения.Эти резисторы в основном используются для длинных волн.

Принципиальная схема светозависимого резистора

Принципиальная схема LDR показана ниже. Когда интенсивность света низкая, тогда сопротивление LDR велико. Это останавливает ток, протекающий к клемме базы транзистора. Значит, светодиод не горит. Однако, когда интенсивность света на LDR высока, сопротивление LDR невелико, поэтому ток течет через базу первого транзистора, а затем и второго транзистора.Следовательно, загорается светодиод. Здесь предварительно установленный резистор используется для увеличения или уменьшения, чтобы увеличить или уменьшить сопротивление.

Схема светозависимого резистора

Светозависимый резистор Применение

Светозависимые резисторы имеют низкую стоимость и простую конструкцию. Эти резисторы часто используются в качестве датчиков света. Эти резисторы в основном используются, когда необходимо определить отсутствие и наличие света, например, в цепях охранной сигнализации, будильниках, измерителях интенсивности света и т. Д.Резисторы LDR в основном используются в различных электрических и электронных проектах. Для лучшего понимания этой концепции здесь мы объясняем некоторые проекты в реальном времени, в которых используются резисторы LDR.

Система безопасности, управляемая электронным глазом

Эта система безопасности, управляемая электронным глазом, основана на системе светочувствительности. Предлагаемая система использует 14-ступенчатый двоичный счетчик переноса пульсации для измерения интенсивности света с помощью LDR. O / p включает реле и зуммер для требуемого действия.Этот проект очень полезен для отпугивания грабителей из торговых центров, банков, ювелирных магазинов и т. Д.

В этом проекте используется светозависимый резистор. Когда свет падает на датчик LDR, сопротивление датчика уменьшается, что приводит к активации сигнала тревоги, чтобы предупредить пользователя. Этот проект подходит для применения в обеспечении системы безопасности для шкафчиков, кассовых боксов, которые можно найти в банках, торговых центрах, ювелирных магазинах.

Схема этого проекта размещается внутри кассового ящика в торговых центрах или внутри шкафчиков в банках таким образом, чтобы грабитель открыл кассовый ящик или шкафчик и использовал фонарь для обыска ценностей.Когда свет падает на цепь, которая включает электронный глаз и подает команду на счетчик пульсаций. Это вызывает тревогу и указывает на попытку взлома. Лампа также используется для индикации кражи при попадании света на датчик.

В будущем этот проект может быть разработан с использованием GSM-модема, а также микроконтроллера. Этот модем может иметь интерфейс для отправки SMS пользователю в случае кражи со взломом.

LDR Управление интенсивностью света для уличных фонарей

В предлагаемой системе обычно освещение автомагистралей осуществляется с помощью ламп HID.Потому что у этих ламп высокое энергопотребление. В этом проекте используются светодиоды для преодоления недостатков ламп HID. Этот проект демонстрирует использование светодиодов в качестве источника света. Эти лампы потребляют мало энергии, и их срок службы больше по сравнению с лампами HID. Для обнаружения света используется резистор, зависящий от света. Сопротивление LDR резко снижается при дневном свете.

Для уличного освещения используется связка светодиодов. Микроконтроллер содержит программируемые инструкции, которые регулируют интенсивность света на основе генерируемых сигналов широтно-импульсной модуляции.

Интенсивность света поддерживается на высоком уровне в часы пик, и поскольку интенсивность движения на автомагистралях имеет тенденцию к уменьшению поздней ночью: интенсивность света также уменьшается до утра. Наконец, уличные фонари полностью выключаются утром и снова включаются вечером в 18:00

В будущем этот проект можно развить, подключив его к солнечной панели, которая преобразует интенсивность солнечной энергии в соответствующее напряжение, и эта энергия используется для питания уличных фонарей на трассах.

Переключатель освещения с заката на восход солнца

Этот переключатель освещения от заката до восхода солнца предназначен для управления светом, освещаемым датчиком LDR.

Сопротивление датчика LDR изменяется с изменением интенсивности света, падающего на LDR. Этот выход датчика подается на таймер IC 555, подключенный в бистабильном режиме. Отключение таймера IC 555 используется для управления запросом нагрузки через TRIAC. Следовательно, эта схема включает нагрузку на закате и автоматически отключает нагрузку на восходе солнца.

Надеюсь, в этой статье содержится достаточно информации о том, что такое светозависимый резистор, типах LDR, работе LDR и применениях LDR. Кроме того, любые сомнения относительно использования светозависимого резистора, пожалуйста, поделитесь своим мнением, разместив свои комментарии в поле для комментариев. Вот вам вопрос, какова основная роль предустановленного резистора в приведенной выше схеме.

Фото:

LDR (светозависимый резистор) или фоторезистор »

Привет, друзья! С возвращением в ElectroDuino.Этот блог основан на LDR или фоторезисторе - распиновка, технические характеристики и принцип работы. Здесь мы обсудим, что такое LDR, полная форма LDR, конфигурация выводов LDR, символ LDR, принцип работы LDR, спецификация LDR и приложения LDR.

Что такое LDR или фоторезистор?

LDR - это один из типов переменного резистора, изменение сопротивления которого зависит от интенсивности света, падающего на поверхность LDR. Слово, полная форма LDR - Light Decreasing Resistance .Он также известен как фоторезистор , фотопроводящие элементы или просто фотоэлементы .

Эти LDR, светозависимый резистор или фоторезистор работают по принципу « Фотопроводимость ». Когда свет падает на поверхность LDR, сопротивление LDR уменьшается на , а увеличивает проводимость элемента. Когда свет не падает на поверхность LDR, тогда сопротивление LDR составляет высокое, и снижает проводимость элемента.

Фоторезистор или конфигурация выводов LDR

LDR Состоит из двух клемм . Первый вопрос, который приходит в голову новичку, касается LDR полярности , как и других двухконтактных компонентов, но LDR не имеет полярности , как простой резистор. это означает, что они могут быть подключены в в любом направлении в цепи.

Клеммы LDR или фоторезистора

Символ LDR

Вы увидите разные типы символов LDR в разных схемах.Символ LDR так же похож на символ резистора, но он имеет , направленную внутрь стрелки, , которая отличается от символа резистора. Стрелки указывают световые сигналы. различные типы символов показаны ниже

Обозначения LDR или светозависимого резистора или фоторезистора

Типы LDR или фоторезистора

Фоторезистор или LDR делится на два типа в зависимости от материалов, из которых они изготовлены. Это собственные фоторезисторы и внешние фоторезисторы.

Внутренний фоторезистор изготовлен из нелегированных чистых полупроводниковых материалов, таких как кремний или германий.Когда фотоны падают на LDR, возбужденные электроны полупроводникового материала перемещаются из валентной зоны в зону проводимости, и количество носителей заряда увеличивается. Таким образом, проводимость материала будет увеличиваться, а сопротивление уменьшаться.

Внешний фоторезистор изготовлен из полупроводниковых материалов, легированных примесями. Эти примеси создают новую энергетическую зону над существующей валентной зоной, которая заполнена электронами. В результате это уменьшает ширину запрещенной зоны.Таким образом, требуется меньше энергии для возбуждения электронов, чтобы переместить их в зону проводимости. Внешние фоторезисторы в основном используются для длинных волн.

Принцип работы LDR

Эти LDR, светозависимый резистор или фоторезистор работают по принципу « Фотопроводимость ». Фотопроводимость - это оптическое явление, когда материал поглощает свет, тогда проводимость материала увеличивается.

Принцип работы LDR или фоторезистора

LDR или фоторезистор изготовлен из полупроводникового материала , который имеет высокое сопротивление .Он имеет высокое сопротивление, потому что в нем очень мало свободных электронов, и он может перемещаться за счет внешней энергии.

Когда свет падает или фотоны падают на полупроводниковый материал, электроны в валентной зоне полупроводникового материала возбуждаются в зону проводимости. Когда интенсивность света увеличивается, т.е. фотонов становится больше, значит, энергия увеличивается. Затем, ширина запрещенной зоны полупроводникового материала заставляет электроны перескакивать на из валентной зоны в зону проводимости.Таким образом, проводимость материала увеличивается на , а сопротивление уменьшается на . График зависимости интенсивности света

LDR от сопротивления

Сопротивление и проводимость LDR зависят от света. Когда свет падает на поверхность LDR, сопротивление уменьшается на , а проводимость увеличивается на . когда не падает свет на поверхность LDR, чем сопротивление высокое и проводимость низкое . увеличивается в темноте.

Спецификация LDR

Здесь мы обсудим наиболее часто используемые спецификации LDR.Это 5 мм LDR.

  • Модель: 5528
  • Рабочая температура LDR: -30 ~ +70 ° C
  • Диаметр головки LDR: 5 мм
  • Максимальное напряжение: 150 В постоянного тока
  • Максимальная мощность: 100 мВт
  • Светостойкость (10 люкс): 10 -20 кОм
  • Темное сопротивление: 2 МОм
  • Время отклика: 20 мс (нарастание), 30 мс (вниз)

Применение LDR
  • Обнаружение дня или ночи
  • Обнаружение света и темноты
  • Автоматическое включение подсветки / выключен.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *