Что такое фоторезистор: устройство, принцип работы, виды, технические характеристики

Фоторезистор. Принцип работы, характеристики | joyta.ru

Главная » Электроника для начинающих » 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.

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.

Блок питания 0…30В/3A

Набор для сборки регулируемого блока питания…

Подробнее

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.

Инвертор 12 В/ 220 В

Инвертор с чистой синусоидой, может обеспечивать питание переменно. ..

Подробнее

Что такое фоторезистор, как он устроен и как работает: сфера использования, особенности применения

Электрооборудование

Автор: profelectro

Содержание

Фоторезистор — это устройство, позволяющее измерять освещённость, проводит подсчёт каких-либо объектов, определять преграды и выполнять многие другие функции.

Как правило, цель использования этого элемента: превращать в сигнал попадающий на поверхность свет. Схема в устройстве подвергает сигнал обработке, предоставляя конечный результат.

Сегодня рассмотрим, что представляют собой эти устройства и по какому принципу они работают.

Как это работает

Если говорить о развёрнутом определении, можно сказать, что это полупроводники. Их проводимость изменяется в зависимости от попавшего на рабочую зону элемента света. Различают разные конструкции.

Существует резисторы с корпусом из металла для использования в сложных условиях, на них световой поток падает через специальное окно. Важно помнить о фоторезистивном эффекте. Это эффект, при котором под потоком света сопротивление изменяется.

Работает конструкция по следующему принципу: полупроводник, находится между электродами. Если на полупроводник не попадает свет, у него большое сопротивление.

Если на полупроводник попадает свет, проводимость вырастет, а сопротивление,  в свою очередь, будет падать.

Для создания полупроводников используют разные материалы, например, селенит или сульфид кадмия и другие.

Параметры этих устройств зависят от того, из чего они изготовлены. В частности, длина волн и диапазон цветов, которые измеряются по изменению сопротивления материала.

Выбор спектра важен для подбора нужного резистора.  Для чувствительных фотодиодов необходимо выбирать излучатели, которые подойдут им по параметрам.

Некоторые люди не знают, существует ли у этого фотоэлемента полярности. Можно смело утверждать: полярности у этого элемента нет, поэтому направление тока не имеет значения.

Проверить элемент и его рабочее состояние можно с помощью мультиметра. Как правило, для обозначений резисторов применяют маркирование буквами.

Параметры

Все фоторезисторы обладают определёнными параметрами. Именно эти параметры влияют на итоговый выбор элемента для своих устройств. Среди характеристик выделяют следующие:

1. Сопротивление элемента в темноте, иначе называемое темновым сопротивлением. Этот параметр отвечает за сопротивление элемента в момент, когда на него не попадает световой поток.
2. Значение интегральной фоточувствительности. Это значение, отвечающее за реакцию фоторезистора при проходящем через него токе.

Фоточувствительность можно найти по следующей формуле: S=Iф/Ф.

Значение фототока представляет собой разность тока при темноте и тока при свете. Фоторезистивный эффект определяет вторую часть. Отметим, что данные параметры есть у всех фоторезисторов, и для каждого элемента характерны свои особенности.

Инерционность есть у всех фоторезисторов. Это значит, что сопротивление не будет изменено за мгновенье, а через какой-то период времени после того, как резистор оказывается под световым лучом. Данная характеристика определяется граничной частотой.

Чистота выражается переменным сигналом проходящего через резистор потока света. В процессе чувствительность элемента сильно понижается. Для измерения нужны десятки микросекунд, поэтому фоторезисторы подходят не всем схемам.

Сфера применения

После того, как Вы поняли принцип работы и конструкцию данных элементов, можно говорить и о сферах применения. Данные элементы широко используют в разных схемах. Отметим некоторые конкретные примеры использования.

• Фотореле, которые реже называются сумеречными реле. Данные приборы применяют для систем освещения, чтобы в тёмное время свет выключался автоматически. Схемы с такими элементами встречаются довольно часто. Минусом схем, как на схеме ниже, является отсутствующий гистерезис. При приграничной величине освещённости может возникнуть дребезжание. Кроме того, такое устройство может внезапно включаться и отключаться, если свет будет колебаться.

• Датчик освещённости. Устройства с фоторезисторами, которые могут детектировать слабые световые потоки. Его можно собрать на базе схем «Ардуино».
• Система сигнализации. Для сигнализаций часто выбирают компоненты, реагирующие на свет и на световые преграды. Фоторезистор освещён другим устройством, если появляется преграда, сигнализация сработает. По такому принципу работают многие устройства, которые реагируют на преграждение объектом светового потока.

• Любые датчики. Детекторы могут быть самыми разными в эксплуатации. Работа многих аппаратов контролируется благодаря фоторезисторам. Например, многие станки и печатные машины автономно работают благодаря фоторезисторам, чувствительным к свету. Кроме того, на конвейерных лентах количество созданной продукции измеряется благодаря фоторезисторам.

Как видите, фоторезисторы обладают широкой сферой использования и встречаются в самых разных механизмах.

Это основная информация, касающаяся фоторезисторов. Теперь, когда Вы знаете больше об этом, Вы можете самостоятельно подобрать подходящий фоторезистор для своей схемы!

Похожие публикации:

Фоторезистор — Энциклопедия Нового Света

Материал из Энциклопедии Нового Света

Перейти к:навигация, поиск

Предыдущий (Фотон)

Следующий (Фотосинтез)

Внутренние компоненты фотоэлектрического регулятора типичного американского уличного фонаря. Фоторезистор, обращенный вправо, управляет протеканием тока через нагреватель, который размыкает основные силовые контакты. Ночью нагреватель остывает, замыкая силовые контакты и запитывая уличный фонарь.

Фоторезистор представляет собой электронный компонент, электрическое сопротивление которого изменяется при изменении интенсивности падающего на него света. Обычно, когда он подвергается воздействию более интенсивного света, его сопротивление уменьшается. Он также упоминается как фотопроводник , светозависимый резистор

(LDR), фотоэлемент или электрический глаз .

Содержание

• 1 Принцип работы
  • 1.1 Внутренние и внешние устройства
• 2 Ячейки с сульфидом кадмия
• 3 приложения
• 4 Символ цепи
• 5 См. также
• 6 Каталожные номера
• 7 кредитов

Было разработано много типов фоторезисторов, предназначенных для различных целей. Например, элементы из сульфида кадмия используются в уличных фонарях, фотометрах, радиочасах, охранной сигнализации и уличных часах. Фотопроводники Ge:Cu являются отличными детекторами дальнего инфракрасного излучения и ценны для инфракрасной астрономии и спектроскопии.

Светозависимый резистор.

Как это работает

Фоторезистор изготовлен из высокоомного полупроводника. Когда на устройство падает свет достаточно высокой частоты, полупроводник поглощает фотоны, которые передают энергию связанным электронам, заставляя их перескакивать в зону проводимости. Образовавшиеся свободные электроны (и их дырочные партнеры) проводят электричество, тем самым снижая сопротивление.

Внутренние и внешние устройства

Фотоэлектрическое устройство может быть внутренним или внешним.

• Собственный полупроводник имеет собственные носители заряда и не является эффективным полупроводником, например кремний. В собственных устройствах единственные доступные электроны находятся в валентной зоне. Следовательно, у фотонов должно быть достаточно энергии, чтобы возбудить электроны по всей запрещенной зоне.
• К внешним устройствам добавлены «примеси», так что энергия основного состояния (энергия невозбужденного состояния) их электронов ближе к зоне проводимости. Следовательно, электронам не нужно прыгать так далеко, и фотонов с более низкой энергией (то есть фотонов с более длинными волнами и более низкими частотами) достаточно для срабатывания устройства. Если в образце кремния некоторые атомы заменены атомами фосфора (соответствующими «примесям»), для проводимости будут доступны дополнительные электроны. Это пример внешнего полупроводника.

Элементы из сульфида кадмия

Элементы из сульфида кадмия (или сульфида кадмия, CdS) основаны на способности материала изменять свое электрическое сопротивление в зависимости от количества света, падающего на элемент. Чем больше света падает на клетку, тем ниже ее сопротивление. Хотя это и не точно, но даже простая ячейка CdS может иметь широкий диапазон сопротивления, от менее 100 Ом (Ом) при ярком свете до более десяти МОм в темноте. Многие коммерчески доступные ячейки CdS имеют пиковую чувствительность в области 500-600 нанометров (нм). Клетки также способны реагировать на широкий диапазон частот, включая инфракрасный (ИК), видимый свет и ультрафиолетовый (УФ). Их часто можно найти на уличных фонарях в качестве автоматических выключателей. Когда-то они использовались в ракетах с тепловым наведением для обнаружения целей.

Применение

Существует множество типов фоторезисторов. Недорогие элементы из сульфида кадмия можно найти во многих потребительских товарах, таких как фотометры, радиочасы, охранная сигнализация, уличные фонари и напольные часы. Они также используются в некоторых динамических компрессорах для управления уменьшением усиления. С другой стороны, фотопроводники Ge:Cu являются одними из лучших детекторов дальнего инфракрасного излучения и используются в инфракрасной астрономии и инфракрасной спектроскопии.

Обозначение цепи

Обозначение фоторезистора, используемое на некоторых принципиальных схемах, показано ниже.

См. также

• Инфракрасный
• Оптоэлектроника
• Фототранзистор
• Полупроводник
• Транзистор
• Ultraviolet

Ссылки

Ссылки ISBN поддерживают NWE за счет реферальных сборов

• Harrison, Ian. 2004. Книга изобретений: как они это придумали? . Вашингтон, округ Колумбия: National Geographic. ISBN 0792282965
• Хантер, Ллойд П., изд. 1970. Справочник по полупроводниковой электронике: Практическое руководство по физике, технологии и применению транзисторов, диодов и других полупроводниковых устройств в обычных и интегральных схемах. 3-е изд. Нью-Йорк: Макгроу-Хилл. ISBN 0070313059
• Сзе, С.М., изд. 1994. Полупроводниковые датчики . Нью-Йорк: Джон Уайли. ISBN 0471546097
• Тернер, Руфус П. 1980. Солнечные элементы и фотоэлементы . 2-е изд. Индианаполис, Индиана: Х.В. Сэмс. ISBN 0672217112

Авторы

Энциклопедия Нового Света авторы и редакторы переписали и дополнили статью Wikipedia в соответствии со стандартами New World Encyclopedia . Эта статья соответствует условиям лицензии Creative Commons CC-by-sa 3.0 (CC-by-sa), которая может использоваться и распространяться с надлежащим указанием авторства. Кредит должен соответствовать условиям этой лицензии, которая может ссылаться как на New World Encyclopedia участников и самоотверженных добровольных участников Фонда Викимедиа. Чтобы процитировать эту статью, щелкните здесь, чтобы просмотреть список допустимых форматов цитирования. История более ранних вкладов википедистов доступна исследователям здесь:

• Фоторезистор  ^{история}

История этой статьи с момента ее импорта в New World Encyclopedia :

• История “Фоторезистора”

Примечание. На использование отдельных изображений, которые лицензируются отдельно, могут распространяться некоторые ограничения.

Что такое фоторезистор? Типы, конструкция, работа, характеристики и применение фоторезистора

Определение : Фоторезистор — это тип устройства, сопротивление которого изменяется в зависимости от интенсивности падающего излучения. Он обладает огромной способностью изменять свое сопротивление под воздействием света. LDR — это аббревиатура от Light Dependent Resistor 9.0150 . Это нелинейное устройство .

Фоторезистор также называют светозависимым резистором или фотопроводником, поскольку он демонстрирует свойство фотопроводимости .

Что такое фотопроводимость?

Это явление, которое улучшает проводимость материала за счет поглощения электромагнитного излучения. Излучение может быть гамма-, УФ-, ИК-излучением или видимым светом.

Типы фоторезисторов

Он бывает двух типов: внутренний или внешний. Светозависимый резистор.

1. Внутренний фоторезистор

Фоторезисторы этой категории состоят из нелегированного полупроводникового материала, т. е. из чистого полупроводникового материала, кремния или германия. Чтобы перевести электрон из валентной зоны в зону проводимости, необходимо достаточное количество световой энергии.

2. Внешний фоторезистор

Этот тип LDR состоит из легированного полупроводникового материала. Легирование образует новый энергетический уровень над валентной зоной. Тем самым уменьшая световую энергию, необходимую для возбуждения электрона.

Базовая структура и конструкция фоторезистора

Фоторезистор состоит из светочувствительного полупроводникового материала. Обычно он состоит из сульфида кадмия, имеющего незначительное количество свободных электронов в отсутствие какого-либо падающего излучения.

При отсутствии света LDR обладает очень высоким сопротивлением около нескольких мегаом . Однако в присутствии света он проявляет свойство низкого сопротивления , имея сопротивление около несколько сотен Ом .

На рисунке ниже показана основная конструкция и символ фоторезистора:

Устройство состоит из змеевидной или зигзагообразной дорожки, состоящей из сульфида кадмия. Змеевидное расположение сделано для того, чтобы получить ожидаемую номинальную мощность и сопротивление.

Эта дорожка разделяет пару металлических контактов. Вся конструкция помещена в пластиковый корпус для прямого воздействия падающего излучения. Так как в LDR требуется изменение сопротивления под действием света, то сопротивление металлических контактов должно быть низким.

Работа фоторезистора

Теперь мы знаем, что LDR или фоторезистор являются фотопроводящими материалами.

При поглощении световых лучей электроны валентной зоны переходят в зону проводимости. Здесь следует отметить, что электрону требуется надлежащая световая энергия для возбуждения в зону проводимости.

Таким образом, чем выше энергия света, тем выше будет присутствие носителей заряда, что приводит к большей проводимости.

Посмотрим теперь на приблизительную зависимость между сопротивлением и освещенностью, которая задается как

Here, R denotes the resistance in ohm

E denotes the illumination and

A and α are constant

The manufacturing procedure and Cadmium sulphide decide the value of постоянная α.

LDR Характеристики

На рисунке ниже показана характеристическая кривая зависимости сопротивления от интенсивности света

Здесь на рисунке выше видно, что когда интенсивность света меньше, т.е. в более темной области сопротивление выше что приводит к меньшей электропроводности материала.

Дальнейшее увеличение интенсивности приводит к снижению сопротивления. Таким образом, повышая проводимость. Следовательно, можно сказать, что сопротивление падает с увеличением интенсивности света.

Во введении о фоторезисторе мы уже упоминали, что это нелинейное устройство. Это связано с тем, что длина волны света, падающего на его поверхность, изменяет чувствительность прибора. Так как существуют некоторые фоторезисторы, которые не реагируют на определенный диапазон длин волн светового сигнала.

Изменение сопротивления происходит примерно через 8-12 мс после падения радиации. Однако требуется более 1 с, чтобы сопротивление увеличилось до более высокого значения в случае меньшей интенсивности света.