Вольт амперная характеристика фоторезистора. Вольт-амперная характеристика фоторезистора: принцип работы и применение

Порядок измерения:

1. Установить фоторезистор в затемненное пространство
2. Подать напряжение от источника U и измерить ток амперметром A
3. Повторить измерения при различных значениях напряжения
4. Осветить фоторезистор и повторить измерения
5. Построить график зависимости тока от напряжения для разной освещенности

Математическая модель вольт-амперной характеристики фоторезистора

ВАХ фоторезистора может быть аппроксимирована следующим выражением:

I = k * U^α * Φ^β

• I — ток через фоторезистор
• U — приложенное напряжение
• Φ — интенсивность падающего света
• k, α, β — коэффициенты, зависящие от типа фоторезистора

Значения коэффициентов α и β обычно лежат в диапазоне от 0.5 до 1.

Влияние температуры на ВАХ фоторезистора

Температура оказывает существенное влияние на характеристики фоторезистора. С ростом температуры:

• Уменьшается сопротивление в темноте
• Снижается чувствительность к свету
• Изменяется наклон ВАХ

Зависимость сопротивления фоторезистора от температуры можно описать выражением:

R(T) = R₀ * exp(B/T)

где R₀ — сопротивление при некоторой опорной температуре, B — температурный коэффициент.

Особенности применения фоторезисторов в электронных схемах

При использовании фоторезисторов в электронных устройствах следует учитывать ряд особенностей:

• Нелинейность световой характеристики требует применения корректирующих цепей
• Большая инерционность ограничивает быстродействие схем
• Температурная зависимость может потребовать термокомпенсации
• Разброс параметров усложняет серийное производство устройств

Для повышения стабильности работы часто используют мостовые схемы включения фоторезисторов.

Основные характеристики фоторезистора.

Основными характеристиками фоторезистора являются вольт-амперная, световая и спектральная.

Ток ФР зависит от напряжения U,энергетической освещенности P и длины волны λ. Для изучения закономерностей фотопроводимости исследуются зависимости фототока I от:

1) напряжения U при постоянных Р и λ, т.е. вольтамперная характеристика (ВАХ) фоторезистора;

2) освещенности при постоянных U и λ — световая характеристика;

3) длины волны при постоянных U и Р — спектральная характеристика. Из спектральной характеристики находятся значение красной границы λКР и ширина запрещенной зоны Eg.

Вольт-амперной характеристикой называется зависимость тока, протекающего через фоторезистор, от величины приложенного напряжения при постоянном световом потоке :

, (2.23)

где называется световым током; — темновой ток; — фототок; σ, σ_Т, σ_{Ф —} соответственно полная, темновая и фото- проводимости.

В частности, если световой поток равен нулю, то характеристика называется темновой. Из уравнения (2.23) видно, что вольт-амперная характеристика как темновая, так и при освещении является линейной, поскольку при постоянной температуре и постоянном световом потоке электропроводность не зависит от напряжения. Следует отметить, что в области обычно реализуемых освещенностей световой ток намного больше темнового, т. е. .

С

Рис.13.

ветовой характеристикойфоторезистора называется зависимость фототока от величины падающего светового потока при постоянном значении приложенного напряжения . Эту зависимость можно заменить зависимостью от освещенности Е: , называемой часто люкс-амперной характеристикой.

Световая характеристика обычно нелинейная (рис.13). При больших освещенностях увеличение фототока отстает от роста светового потока, намечается тенденция к насыщению. Это объясняется тем, что при увеличении светового потока наряду с ростом концентрации генерируемых носителей заряда растет вероятность их рекомбинации, однако при небольших и средних освещенностях характеристика практически совпадает с прямой линией.

Спектральной характеристикой называется зависимость фототока от длины волны при постоянной энергии падающего излучения . Фототок в собственном полупроводнике появляется, начиная с длины волны (рис.14), соответствующей равенству:

, (2.24)

где — ширина запрещенной зоны полупроводника; — край собственного поглощения (красная граница фотоэффекта). Казалось бы, что спектральная характеристика должна иметь вид ступени (рис.14, кривая «а»), но такой вид она могла бы иметь лишь при абсолютном нуле. При повышении температуры тепловое движение ««размывает» край собственного поглощения (рис.14, кривая «б»).

1. Рис. 14. а) — идеальная и б) — реальная спектральная характеристика фоторезистора.

Вблизи края собственного поглощения у некоторых полупроводников возникает так называемое экситонное поглощение, несколько снижающее величину фототока. (Электрон, возбужденный фотоном, покидает валентную зону, но зоны проводимости не достигает; эта система электрон-дырка, связанная кулоновским взаимодействием, и называется экситоном. Экситоны, будучи нейтральными образованиями, вклада в электропроводность не дают.)

С увеличением энергии фотона в реальной спектральной характеристике фототок быстро достигает максимума, а затем начинает уменьшаться (рис.5, кривая «б»), хотя энергии фотона более чем достаточно для возникновения фотопроводимости. Это объясняется тем, что с уменьшением растет коэффициент оптического поглощения, а это приводит к поглощению света в тонком приповерхностном слое вещества, к повышению концентрации неравновесных носителей и соответственно повышенной скорости рекомбинации в этом слое. Другими словами, носители заряда активно рекомбинируют на поверхности, не успевая диффундировать в объеме полупроводника, что приводит к уменьшению фотопроводимости.

Край примесного поглощения , соответствующий равенству:

, (2.25)

с

Рис. 15. спектральная характеристика фоторезистора с примесной проводимостью.

мещается в сторону больших длин волн относительно собственной фотопроводимости (рис.15). Очевидно, что по спектральной характеристике, определив, можно оценить ширину запрещенной зоны полупроводника, из которого сделан фоторезистор, а определив, — энергию активации примеси.

Фоторезистор характеризуется также такими параметрами как интегральная и спектральная чувствительности. Величина фототока зависит не только от лучистого потока, но и от приложенного напряжения, поэтому при задании чувствительности необходимо либо указывать рабочее напряжение U, либо пользоваться понятием удельной чувствительности. Интегральной удельной чувствительностью называется величина фототока, приходящаяся на единицу потока белого света и на единицу напряжения, приложенного к фоторезистору:

. (2.26)

Если фоторезистор облучается монохроматическим светом, то будет спектральной чувствительностью.

Спектральные характеристики некоторых типов фоторезисторов приведены на рис. 16.

М

Рис. 16. Спектральные характеристики некоторых типов фоторезисторов.

аркировка фоторезисторов (рис. 16) расшифровывается следующим образом: ФС или СФ – фоторезистор. В выпусках прежних лет материал фоторезисторов обозначался третьей буквой (теперь цифрой): А – сернисто-свинцовые; К(2) – сернисто-кадмиевые; Д(3) – селенисто-кадмиевые; последняя цифра – номер разработки. Фоторезисторы находят широкое применение в различных устройствах автоматизации и контроля.

Электроника

В. Г. Гусев, Ю. М. Гусев Электроника. М: Высшая школа, 1991 г. — 622 с. В книге рассмотрены принципы работы и основы теории электронных приборов и схем, приведены основные сведения о принципе работы и свойствах типовых элементов электронных и оптоэлектронных устройств, усилительных каскадов, многокаскадных интегральных усилителей, аналоговых преобразователей электрических сигналов, электронных ключей, цифровых схем и автогенераторов. Второе издание (1-е-1982) дополнено новым материалом — пассивными компонентами электронных цепей, компонентами устройств для отображения информации, аналоговыми преобразователями электрических сигналов, перемножителями напряжений и детекторами электрических сигналов. К книге добавлены главы из первого издания, усеченные во 2-м. Для студентов вузов, обучающихся по направлениям «Биомедицинская техника», «Приборостроение», «Электроника и микроэлектроника». Будет полезен студентам других направлений электротехнического профиля: «Электротехника, электромеханика и электротехнологии», «Электроэнергетика» и др. Оглавление ПРЕДИСЛОВИЕ ВВЕДЕНИЕ ГЛАВА 1. ПАССИВНЫЕ КОМПОНЕНТЫ ЭЛЕКТРОННЫХ УСТРОЙСТВ § 1.1. РЕЗИСТОРЫ Основные параметры резисторов § 1.2. КОНДЕНСАТОРЫ Основные параметры постоянных конденсаторов 1.3. КАТУШКИ ИНДУКТИВНОСТИ Основные параметры катушки индуктивности (ГОСТ 20718—75) § 1.4. ТРАНСФОРМАТОРЫ ЭЛЕКТРОННОЙ АППАРАТУРЫ Основные параметры трансформаторов питания ГЛАВА 2. ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ КОМПОНЕНТЫ ЭЛЕКТРОННЫХ ЦЕПЕЙ § 2.1. ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТЬ ПОЛУПРОВОДНИКОВ Основные положения теории электропроводности. Примесная электропроводность. § 2.2. ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА И ХАРАКТЕРИСТИКИ ПОЛУПРОВОДНИКОВ Концентрация носителей зарядов. Уравнения непрерывности. § 2.3. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПЕРЕХОДЫ Контакт металл — полупроводник. Контакт двух полупроводников p- и n-типов. Свойства несимметричного p-n-перехода. p-n-переход смещен в прямом направлении Переход, смещенный в обратном направлении. Переходы p-i, n-i-, p+-p-, n+-n-типов. 2.4. ОСОБЕННОСТИ РЕАЛЬНЫХ p-n-ПЕРЕХОДОВ Пробой p-n-перехода. § 2.5. ОСНОВНЫЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ, ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ ПРИ ИЗГОТОВЛЕНИИ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРОВ И ИНТЕГРАЛЬНЫХ МИКРОСХЕМ § 2.6. ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ДИОДЫ Выпрямительные диоды. Основные параметры выпрямительных диодов и их значения у маломощных диодов Импульсные диоды. Полупроводниковые стабилитроны. Варикапы. Диоды других типов. § 2.7. БИПОЛЯРНЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ Математическая модель транзистора. Три схемы включения транзистора. Инерционные свойства транзистора. Шумы транзистора. Н-параметры транзисторов. § 2.8. БИПОЛЯРНЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ С ИНЖЕКЦИОННЫМ ПИТАНИЕМ § 2.9. ТИРИСТОРЫ Симметричные тиристоры. Основные параметры тиристоров и их ориентировочные значения § 2. 10. ПОЛЕВЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ Основные параметры полевых транзисторов и их ориентировочные значения § 2.11. ОСОБЕННОСТИ КОМПОНЕНТОВ ЭЛЕКТРОННЫХ ЦЕПЕЙ В МИКРОМИНИАТЮРНОМ ИСПОЛНЕНИИ Пассивные компоненты ИС. Конденсаторы. Индуктивности. Транзисторы ИС. Изоляция компонентов в монолитных интегральных узлах. ГЛАВА 3. КОМПОНЕНТЫ ОПТОЭЛЕКТРОНИКИ И ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА ОТОБРАЖЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ § 3.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О КОМПОНЕНТАХ ОПТОЭЛЕКТРОНИКИ § 3.2. УПРАВЛЯЕМЫЕ ИСТОЧНИКИ СВЕТА Основные параметры и характеристики светодиодов § 3.3. ФОТОПРИЕМНИКИ Основные характеристики и параметры фоторезистора Фотодиоды. Основные характеристики и параметры фотодиода Фототранзисторы. Основные характеристики и параметры фототранзистора Фототиристоры. Многоэлементные фотоприемники. Фотоприемники с внешним фотоэффектом. § 3.4. СВЕТОВОДЫ И ПРОСТЕЙШИЕ ОПТРОНЫ § 3 5. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О КОМПОНЕНТАХ УСТРОЙСТВ ОТОБРАЖЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ § 3.6. ЖИДКОКРИСТАЛЛИЧЕСКИЕ ПРИБОРЫ ДЛЯ ОТОБРАЖЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ § 3.7. ГАЗОНАПОЛНЕННЫЕ ПРИБОРЫ ДЛЯ ОТОБРАЖЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ Основные параметры газонаполненных матричных панелей неременного тока § 3.8. ВАКУУМНЫЕ ПРИБОРЫ ДЛЯ ОТОБРАЖЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ § 3.9. ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ И ЭЛЕКТРОЛЮМИНЕСЦЕНТНЫЕ ПРИБОРЫ ДЛЯ ОТОБРАЖЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ ГЛАВА 4. УСИЛИТЕЛИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ § 4.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ УСИЛИТЕЛЯХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ, ИХ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРАХ И ХАРАКТЕРИСТИКАХ § 4.2. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ТЕОРИИ ОБРАТНОЙ СВЯЗИ ПРИМЕНИТЕЛЬНО К УСИЛИТЕЛЯМ § 4.3. СТАТИЧЕСКИЙ РЕЖИМ РАБОТЫ УСИЛИТЕЛЬНЫХ КАСКАДОВ § 4.4. УСИЛИТЕЛЬНЫЕ КАСКАДЫ НА ПОЛЕВЫХ ТРАНЗИСТОРАХ Каскад с общим стоком. § 4.5. УСИЛИТЕЛЬНЫЙ КАСКАД НА БИПОЛЯРНОМ ТРАНЗИСТОРЕ С ОБЩИМ ЭМИТТЕРОМ Входное сопротивление. § 4.6. УСИЛИТЕЛЬНЫЙ КАСКАД НА БИПОЛЯРНОМ ТРАНЗИСТОРЕ С ОБЩЕЙ БАЗОЙ § 4.7. УСИЛИТЕЛЬНЫЙ КАСКАД НА БИПОЛЯРНОМ ТРАНЗИСТОРЕ С ОБЩИМ КОЛЛЕКТОРОМ Сложные эмиттерные повторители. § 4. 8. ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЕ УСИЛИТЕЛЬНЫЕ КАСКАДЫ § 4.9. УСИЛИТЕЛЬНЫЕ КАСКАДЫ С ДИНАМИЧЕСКОЙ НАГРУЗКОЙ И С КАСКОДНЫМ ВКЛЮЧЕНИЕМ ТРАНЗИСТОРОВ § 4.10. УПРАВЛЯЕМЫЕ ИСТОЧНИКИ ТОКА И УСИЛИТЕЛЬНЫЕ КАСКАДЫ НА ИХ ОСНОВЕ 4.11. УСИЛИТЕЛЬНЫЕ КАСКАДЫ С ТРАНСФОРМАТОРНОЙ СВЯЗЬЮ 4.12. МОЩНЫЕ УСИЛИТЕЛЬНЫЕ КАСКАДЫ Каскад с ОБ трансформаторным входом и трансформаторным выходом. Двухтактные выходные каскады. § 4.13. БЕСТРАНСФОРМАТОРНЫЕ МОЩНЫЕ ВЫХОДНЫЕ КАСКАДЫ ГЛАВА 5. МНОГОКАСКАДНЫЕ УСИЛИТЕЛИ § 5.1. МНОГОКАСКАДНЫЕ УСИЛИТЕЛИ Параметры RC-цепи связи. § 5.2. УСИЛИТЕЛИ В ИНТЕГРАЛЬНОМ ИСПОЛНЕНИИ 5.3. ОПЕРАЦИОННЫЕ УСИЛИТЕЛИ § 5.4. ПАРАМЕТРЫ И ХАРАКТЕРИСТИКИ ОПЕРАЦИОННЫХ УСИЛИТЕЛЕЙ § 5.5. ОПЕРАЦИОННЫЕ УСИЛИТЕЛИ С УЛУЧШЕННЫМИ ХАРАКТЕРИСТИКАМИ § 5.6. ОСОБЕННОСТИ ВКЛЮЧЕНИЯ И СВОЙСТВА ОПЕРАЦИОННЫХ УСИЛИТЕЛЕЙ, ОХВАЧЕННЫХ ОБРАТНОЙ СВЯЗЬЮ § 5.7. УСТОЙЧИВОСТЬ УСИЛИТЕЛЕЙ И КОРРЕКЦИЯ ИХ ХАРАКТЕРИСТИК ГЛАВА 6. АНАЛОГОВЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ § 6. 1. МАСШТАБНЫЕ УСИЛИТЕЛИ 6.2. ЛИНЕЙНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ 6.3. ИНТЕГРИРУЮЩИЕ УСТРОЙСТВА Интеграторы на основе операционных усилителей. § 6.4. ДИФФЕРЕНЦИРУЮЩИЕ УСТРОЙСТВА Активные дифференцирующие устройства. § 6.5. АКТИВНЫЕ ФИЛЬТРЫ § 6.6. МАГНИТОЭЛЕКТРОННЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ § 6.7. НЕЛИНЕЙНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ § 6.8. ПЕРЕМНОЖИТЕЛИ СИГНАЛОВ И УСТРОЙСТВА, ВЫПОЛНЯЮЩИЕ МАТЕМАТИЧЕСКИЕ ОПЕРАЦИИ § 6.9. ДЕТЕКТОРЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ ГЛАВА 7. ЭЛЕКТРОННЫЕ КЛЮЧИ § 7.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ИМПУЛЬСНЫХ ПРОЦЕССАХ И УСТРОЙСТВАХ § 7.2. ДИОДНЫЕ КЛЮЧИ § 7.3. КЛЮЧИ НА БИПОЛЯРНЫХ ТРАНЗИСТОРАХ § 7.4. ПЕРЕХОДНЫЕ ПРОЦЕССЫ В КЛЮЧЕВЫХ ЦЕПЯХ С БИПОЛЯРНЫМИ ТРАНЗИСТОРАМИ 7.5. КЛЮЧИ НА ПОЛЕВЫХ ТРАНЗИСТОРАХ § 7.6. ПЕРЕХОДНЫЕ ПРОЦЕССЫ В КЛЮЧАХ НА ПОЛЕВЫХ ТРАНЗИСТОРАХ ГЛАВА 8. ЛОГИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ, ТРИГГЕРЫ, АВТОГЕНЕРАТОРЫ § 8.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ЛОГИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТАХ § 8.2. ЛОГИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ 8. 3. ЛОГИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ НА МОП-ТРАНЗИСТОРАХ § 8.4. ТРИГГЕРЫ § 8.5. НЕСИММЕТРИЧНЫЕ ТРИГГЕРЫ § 8.6. ГЕНЕРАТОРЫ КОЛЕБАНИЙ Генераторы напряжения прямоугольной формы. Генераторы линейно изменяющегося напряжения (ГЛИН). Генераторы напряжения треугольной формы. Генераторы синусоидальных колебаний. Генераторы LC-типа. Генераторы с кварцевыми резонаторами и электромеханическими резонансными системами. ЗАКЛЮЧЕНИЕ Приложение Схемы включения операционных усилителей ЛИТЕРАТУРА

Характеристики фоторезисторного датчика — руководство по электротехнике

Контрольно-измерительные приборы

Когда электромагнитное излучение, такое как инфракрасный свет, видимый свет или ультрафиолетовый (УФ) свет, попадает на фотопроводящий материал, сопротивление материала уменьшается. Это происходит потому, что электроны в валентной зоне фотопроводящего материала возбуждаются светом и перемещаются в зону проводимости, что увеличивает проводимость материала. Величина изменения сопротивления зависит от плотности света. Большинство фоторезистивных датчиков изготовлены из полупроводниковых материалов, таких как сульфид кадмия (CdS).

Фоторезистор также называют светозависимым резистором (LDR), фотопроводником или фотоэлементом, поскольку его сопротивление изменяется при изменении интенсивности падающего света. В темноте его сопротивление достигает 1 МОм, а при ярком свете падает до 400 Ом.

Основные рабочие характеристики фоторезистивных датчиков:

Чувствительность R _d : отношение выходного сигнала детектора к входному свету. Он измеряет эффективность детектора в преобразовании электромагнитного излучения в электрическое напряжение или ток. Если на выходе датчика напряжение, R _d – отношение среднеквадратичного значения (RMS) выходного напряжения V _RMS к мощности падающего излучения Φ _e (в ваттах):

R _d = V _RMS /Φ _e (2. 37)

Если выход датчика токовый, R _d – отношение среднеквадратичного значения выходного тока I _RMS к мощности падающего излучения Φ _e (в ваттах):

R _d = I _СКО /Φ _e (2,38)

Кривая спектрального отклика : график зависимости чувствительности от длины волны, как показано на рисунке 1.

Эквивалентная мощность шума (NEP): минимальный обнаруживаемый уровень сигнала, определяемый как мощность излучения, при которой выходное напряжение равно шумовому напряжению датчика:

NEP = (E _e A _d )/( V _s /V _n )

Где E _e — плотность мощности на поверхности датчика в Вт·см ⁻² , A _d — чувствительная площадь фотоприемника в см ² , V _S /V _n — отношение сигнал/шум. NEP имеет единицу измерения ватт (Вт).

Обнаруживающая способность D : мера внутренних качеств сенсорного материала. Это функция чувствительной площади фотоприемника A _d (см ² ), ширины полосы измерительной системы B (Гц) и NEP (Вт):

D = (A _d B) ^1/2 /НЭП

Единицей обнаружения D* является см ⋅ Гц ^1/2 ⋅ Вт ⁻¹ .

D часто используется для сравнения различных типов извещателей. Чем выше значение D, тем лучше детектор.

Производители часто указывают D, за которым следуют три цифры в скобках, например, D (850, 900, 5), что означает, что измерение проводилось на длине волны 850 нм, с частотой прерывания 900 Гц и полосой пропускания 5 Гц.

Емкостный кнопочный сенсорный переключатель…

Пожалуйста, включите JavaScript

Емкостный кнопочный сенсорный переключатель и индикатор

Квантовая эффективность (КЭ) : эффективность фотодетектора в производстве электрического тока при воздействии лучистой энергии. QE (в процентах) можно описать как

QE = количество выброшенных электронов × 100/количество падающих фотонов

Конструкция фоторезистивного датчика 

На рис. 2 показана типичная конструкция фоторезистора. Чтобы увеличить значения «темнового» сопротивления и уменьшить «темновой» ток, резистивный путь часто проектируют в виде зигзага на керамической подложке.

Материалы, используемые в фоторезисторах, включают сульфид кадмия (CdS), сульфид свинца (PbS), селенид кадмия (CdSe), селенид свинца (PbSe) и антимонид индия (InSb).

CdS является наиболее чувствительным фоторезистором к видимому свету. Значение его сопротивления может изменяться от многих мегаом в темноте до нескольких килоом на свету. PbSe является наиболее эффективным фоторезистором в ближнем инфракрасном диапазоне. CdS, PbSe и CdSe можно заставить работать при уровне освещенности 10 ⁻³ – 10 ³ фут-свечей. Фоторезисторные датчики CdS имеют очень низкую стоимость. Они часто используются для автоматического затемнения, обнаружения темноты или сумерек для включения и выключения уличных фонарей, а также для фотоэкспонометров.

Фоторезисторы, по сравнению с фотодиодами или фототранзисторами, относительно медленно реагируют на изменения освещенности. Например, фоторезистор не может обнаружить характерное мигание люминесцентных ламп (включение и выключение при частоте сети 60 Гц), а фототранзистор (имеющий частотную характеристику до 10000 Гц) может.

Если оба датчика используются для измерения одного и того же флуоресцентного света, фоторезистор будет показывать, что свет всегда включен, а фототранзистор будет показывать, что свет мигает и выключается. Таким образом, фототранзисторы можно использовать для обнаружения лампы накаливания, которая действует как индикатор начала отсчета времени.

Фотоэлементы обычно используются для обнаружения определенных объектов путем измерения отражательной способности источника света, такого как красный светодиод (светоизлучающий диод), но они чувствительны к внешнему освещению и обычно должны быть экранированы.

Применение фоторезистивных датчиков

Фоторезисторы обычно отличаются низкой стоимостью, малыми размерами, быстрым откликом, высокой чувствительностью и простотой использования. Они широко применяются в световых, радиационных и пожарных извещателях; датчик движения; измерение силы света; и чтение штрих-кода инвентаря.

На рис. 3 показан фоторезистивный датчик пламени. Он содержит анод и чувствительный к УФ-излучению фоторезистивный компонент (обычно в качестве катода). Когда на фотокатод попадает УФ-свет от пламени, фотоэлектроны возбуждаются и испускаются с катода и движутся к аноду под действием напряжения, обеспечиваемого батареями. Схема считывания измеряет заряды, движущиеся к аноду, чтобы указать на наличие пламени.

На рис. 4 показана схема светодиода, управляемая светом. Он включает светодиод, когда фоторезистор CdS подвергается воздействию света, или выключает светодиод, когда фоторезистор заблокирован от света. Механизм управления — изменение базового напряжения транзистора V _BE или базового тока I _B . Когда транзистор включен или АКТИВЕН, ток коллектора I _C управляет светодиодом. Светодиод можно заменить реле или двигателем для приведения в действие других цепей или устройств.

Спасибо, что прочитали статью «Характеристики фоторезисторного датчика».

Как использовать фоторезисторы, фотодиоды и фототранзисторы

Сенсоры совершенно разные. Они различаются принципом действия, логикой своей работы и физическими явлениями и величинами, на которые они способны реагировать. Датчики света используются не только в оборудовании автоматического управления освещением, они используются в огромном количестве устройств, от блоков питания до сигнализаций и охранных систем.

Основные типы фотоэлектронных устройств. Общие сведения

Фотоприемник в общем понимании — это электронное устройство, реагирующее на изменение светового потока, падающего на его чувствительную часть. Они могут отличаться, как по устройству, так и по принципу действия. Давайте посмотрим на них.

Фоторезисторы — изменение сопротивления при освещении

Фоторезистор — фотографическое устройство, изменяющее проводимость (сопротивление) в зависимости от количества света, падающего на его поверхность. Чем интенсивнее освещенность чувствительной области, тем меньше сопротивление. Вот его схема.

Состоит из двух металлических электродов, между которыми находится полупроводниковый материал. При попадании светового потока на полупроводник в нем выделяются носители заряда, это способствует прохождению тока между металлическими электродами.

Энергия светового потока расходуется на преодоление электронами запрещенной зоны и переход их в зону проводимости. В качестве полупроводника в фотопроводниках используются такие материалы, как: сульфид кадмия, сульфид свинца, селенит кадмия и другие. Спектральная характеристика фоторезистора зависит от типа этого материала.

Интересно:

Спектральная характеристика содержит информацию о том, какие длины волн (цвет) светового потока наиболее чувствительны к фоторезистору. В некоторых случаях необходимо тщательно подобрать излучатель света с соответствующей длиной волны, чтобы добиться наибольшей чувствительности и эффективности работы.

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

На нем изображена зависимость тока от напряжения для различных значений светового потока: Ф — темнота, а Ф3 — это яркий свет. Это линейно. Еще одной важной характеристикой является чувствительность, она измеряется в мА (мкА)/(Лм*В). Это отражает, какой ток протекает через резистор при определенном световом потоке и приложенном напряжении.

Темновое сопротивление — активное сопротивление при полном отсутствии освещения, обозначается RT, а характеристика RT/Rb — скорость изменения сопротивления от состояния фоторезистора при полном отсутствии освещения до максимально освещенного состояние и минимально возможное сопротивление соответственно. 9(- 5) с. Это не позволяет использовать его там, где нужна высокая производительность.

Фотодиод – преобразует свет в электрический заряд

Фотодиод – это элемент, преобразующий свет, попадающий в чувствительную область, в электрический заряд. Это связано с тем, что при облучении в p-n-переходе происходят различные процессы, связанные с движением носителей заряда.

Если проводимость на фоторезисторе изменилась из-за движения носителей заряда в полупроводнике, то на границе p-n перехода образуется заряд. Может работать в режиме фотопреобразователя и фотогенератора.

По устройству такой же, как обычный диод, но на его корпусе есть окно для прохождения света. Внешне они бывают различного дизайна.

Фотодиоды черного тела воспринимают только инфракрасное излучение. Черное покрытие — это что-то вроде тонировки. Фильтрует ИК-спектр, чтобы исключить возможность срабатывания излучения других спектров.

Фотодиоды, как и фоторезисторы, имеют граничную частоту, только здесь она на порядки больше и достигает 10 МГц, что позволяет добиться хороших показателей. Фотодиоды P-i-N имеют высокое быстродействие — 100 МГц-1 ГГц, как и диоды на основе барьера Шоттки. Лавинные диоды имеют частоту среза около 1-10 ГГц.

В режиме фотопреобразователя такой диод работает как управляемый светом ключ, для этого он включается в цепь в прямом смещении. То есть катод к точке с более положительным потенциалом (к плюсу), а анод к более отрицательному потенциалу (к минусу).

При неосвещенном диоде светом протекает только обратный темновой ток Iобрт (единицы и десятки мкА), а при горящем диоде к нему добавляется фототок, который зависит только от степени освещенности (десятки мА). Чем больше света, тем больше ток.

Фототок Если равно:

Iph = Sint * F,

где Sint – интегральная чувствительность, Ф – световой поток.

Типовая схема включения фотодиода в режиме фотопреобразователя. Обратите внимание на то, как он подключен — в обратную сторону по отношению к источнику питания.

Другой режим — генератор. При попадании света на фотодиод на его выводах возникает напряжение, при этом токи короткого замыкания в этом режиме составляют десятки ампер. Напоминает работу солнечных батарей, но имеет малую мощность.

Фототранзисторы — открытые по количеству падающего света

Фототранзистор по своей сути является биполярным транзистором, который вместо базового вывода имеет окно в корпусе для входа туда света. Принцип работы и причины такого эффекта аналогичны предыдущим устройствам. Биполярные транзисторы управляются количеством тока, протекающего через базу, а фототранзисторы, по аналогии, управляются количеством света.

Иногда УГО еще дополнительно изображает вывод базы. В общем, на фототранзистор подается напряжение так же, как и на обычный, а второй вариант включается с плавающей базой, когда базовый вывод остается неиспользованным.

Фототранзисторы так же включены в схему.

Или поменять местами транзистор и резистор, в зависимости от того, что именно вам нужно. При отсутствии света через транзистор протекает темновой ток, который формируется из тока базы, который вы можете установить самостоятельно.

Установив необходимый ток базы, можно установить чувствительность фототранзистора подбором его базового резистора. Таким образом, можно уловить даже самый слабый свет.

В советское время радиолюбители делали фототранзисторы своими руками — делали окошко для света, отрезав у обычного транзистора часть корпуса. Для этого отлично подходят транзисторы типа МП14-МП42.

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

Кроме биполярных фототранзисторов есть полевые. Биполярные работают на частотах 10-100 кГц, тогда полевые более чувствительны. Их чувствительность достигает нескольких ампер на люмен, а более «быстрых» — до 100 МГц. У полевых транзисторов есть интересная особенность: при максимальных значениях светового потока напряжение затвора почти не влияет на ток стока.

Области применения фотоэлектронных устройств

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

Представленная выше схема представляет собой простейшее устройство для включения и выключения нагрузки при определенном освещении. Фотодиод ФД320 При попадании на него света открывается определенное напряжение и на R1 падает определенное напряжение, когда его величина достаточна для открытия транзистора VT1 — он открывается и открывает другой транзистор — VT2. Эти два транзистора представляют собой двухкаскадный усилитель тока, необходимый для питания катушки реле К1.

Диод VD2 — нужен для подавления ЭДС самоиндукции, которая образуется при переключении катушки. Один из проводов от нагрузки подключается к входной клемме реле, верхний по схеме (для переменного тока — фаза или ноль).

У нас есть нормально замкнутые и разомкнутые контакты, они нужны либо для выбора цепи включения, либо для выбора включения или выключения нагрузки из сети при достижении необходимого света. Потенциометр R1 необходим для настройки устройства на работу при нужном количестве света. Чем больше сопротивление, тем меньше света нужно для включения цепи.

Вариации этой схемы используются в большинстве подобных устройств, добавляя при необходимости определенный набор функций.

Помимо включения световой нагрузки, такие фотодетекторы используются в различных системах управления, например, фоторезисторы часто используются на турникетах метро для обнаружения несанкционированного (зайца) пересечения турникета.

В типографии при обрыве полоски бумаги свет попадает на фотоприемник и тем самым дает оператору сигнал об этом. Излучатель находится на одной стороне бумаги, а фотоприемник — на обратной. Когда бумага рвется, свет от излучателя достигает фотодетектора.

В некоторых типах сигнализаций в качестве датчиков входа в помещение используется излучатель и фотоприемник, а для того, чтобы излучение не было видно, используются инфракрасные устройства.

По поводу ИК-спектра нельзя не упомянуть ТВ-приемник, который принимает сигналы от ИК-светодиода в пульте при переключении каналов. Информация кодируется особым образом и телевизор понимает, что вам нужно.

Информация таким образом ранее передавалась через инфракрасные порты мобильных телефонов. Скорость передачи ограничена как методом последовательной передачи, так и принципом работы самого устройства.

Компьютерные мыши также используют технологии, связанные с фотоэлектронными устройствами.

Применение для передачи сигналов в электронных схемах

Оптоэлектронные устройства — это устройства, объединяющие передатчик и фотоприемник в одном корпусе, такие как описанные выше. Они нужны для соединения двух цепей электрической цепи.

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

Имеют графическое обозначение, содержащее информацию о типе элементов, используемых внутри оптопары.

Рассмотрим пару примеров использования таких устройств.