Применение фоторезисторов: Фоторезисторы. Виды и работа. Применение и особенности

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.

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:

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.

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.

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.

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.

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.

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:

• Оптроны. Виды и устройство. Работа и применение. Особенности
• Фотоэлементы. Виды и устройство. Работа и применение
• Свойства полупроводников. Устройство и работа. Применение
• Солнечные элементы. Виды и работа. Применение и особенности
• Фототранзисторы. Устройство и работа. Применение и особенности
• Фотодиоды. Виды и устройство. Работа и характеристики

Фоторезистор принцип работы

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.

• Как работает фоторезистор
• Типы фоторезисторов
• Символ фоторезистора на схеме
• Преимущества и недостатки фоторезистора
• Применение фоторезисторов

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:

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:

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

Лучший выбор для ваших приложений

Некоторые электронные компоненты обнаруживают наличие уровней освещенности, например, фототранзистор или фотодиоды. Однако электронные компоненты имеют PN-переходы и полупроводниковые материалы с малым изменением сопротивления в зависимости от интенсивности света. Следовательно, вам понадобится переменный резистор определенного типа, известный как фоторезистор, для выполнения операции светочувствительной.

Они просты в изготовлении и просты в использовании. Благодаря своим преимуществам и многим другим, они имеют различные применения, такие как управление снижением усиления в динамических аудиокомпрессорах.

Фоторезистор, светозависимый резистор (LDR)/фотоэлемент/фотопроводник. Это электронный компонент, построенный из полупроводников. Полупроводниковые материалы с высоким сопротивлением могут включать германий, кремний, селенид кадмия, сульфид кадмия и т. д. 

Они обладают высокой чувствительностью к свету и поэтому уменьшают значение сопротивления (теряют несколько Ом) при увеличении уровня освещенности. Таким образом, фоторезисторы становятся материалами с низким сопротивлением при ярком свете и материалами с высоким сопротивлением при его отсутствии.

(фоторезисторы на белом фоне)

Их основная функция – показывать, есть свет или нет, таким образом, они действуют как датчик освещенности. Кроме того, он измеряет интенсивность света и изменяется только при воздействии световой энергии.

Фоторезистор работает по следующему принципу:

• Сначала свет падает на фоторезистор. Некоторые валентные электроны поглощают световую энергию. Затем свободные валентные электроны разрывают атомные связи.
• Если фотопроводник получает сильно увеличенное количество световой энергии, валентные электроны получают энергию фотона.
• После разрыва связи родительского атома валентные электроны образуют зону проводимости. Атомы в зоне проводимости свободно перемещаются в пространстве, поскольку они не принадлежат к определенной группе атомов.
• Затем валентный электрон покидает атом, таким образом, создавая вакансию, известную как дырка. Дырки и свободные электроны спариваются в электрическом поле.
• Наконец, свободные электроны переносят электрический ток, поскольку они свободно движутся. Дырки также имеют электрический ток и движутся в валентной зоне. Процесс является постепенным в том смысле, что по мере увеличения количества света на проводнике фотоэлемента больше носителей заряда проводят электричество.

Как правило, величина электрического тока, протекающего через фотоэлемент, зависит от наличия нескольких дырок и свободных электронов. Другими словами, чем больше энергия света, тем больше количество свободных электронов и дырок (носителей заряда). Впоследствии поток электрического тока через LDR увеличивается.

Фоторезистор имеет горизонтальное тело, обращенное к свету. Базовая структура показана выше.

• Чувствительный материал представляет собой активную полупроводниковую область, расположенную поверх полуизолирующей подложки.
  Часто активный материал слегка легируется.
• Затем видимый рисунок фотоэлемента на поверхности увеличивает площадь воздействия света.
• Два металлических контакта также должны быть широкими, чтобы уменьшить диапазон сопротивления контакта активной области со светом.
• Наконец, в LDR используется множество полупроводниковых материалов с различными свойствами, включая длину волны светочувствительности. Примерами являются InSb (антимонид индия), PBS, GaAs, Is и Ge.

Международные и американские стандартные обозначения фоторезисторов различаются, как показано на схеме ниже.

Стрелка, указывающая на символ цепи резистора, означает световую энергию. Зигзагообразная линия предназначена для старых обозначений резисторных цепей, а прямоугольное обозначение цепи — для новых резисторных цепей.

Существует два типа фоторезисторов в зависимости от материалов, которые производители используют для их изготовления.

Внутренние фотоэлементы состоят из чистых полупроводниковых материалов, таких как германий или кремний, и атомов, чьи внешние оболочки могут содержать не более восьми валентных электронов. Но каждый бит в полупроводниковых материалах имеет только четыре валентных электрона.

Четыре валентных электрона соединяются (используя ковалентные связи) с соседними четырьмя атомами, таким образом образуя самую внешнюю оболочку с восемью валентными электронами. Связь не оставляет свободного электрона.

Кроме того, собственный фоторезистор получает лишь небольшое количество валентных электронов при прохождении через него световой энергии. Следовательно, он будет генерировать только несколько носителей заряда, что делает его ненадежным для практических приложений, поскольку он менее чувствителен к свету.

Внешние LDR имеют внешние полупроводниковые материалы, такие как комбинация нечистого фосфора (легирующего агента) и атомов кремния.

Практически у нас есть атом фосфора с пятью валентными электронами и атом кремния с четырьмя валентными электронами. Четыре валентных электрона каждой из двух частиц образуют четыре ковалентные связи друг с другом. Однако пятые валентные электроны в атомах фосфора кочуют доступными битами, поскольку им нет соответствующего электрона из атомов кремния.

Часто свободные электроны сталкиваются с валентными электронами других атомов, что делает их доступными. Впоследствии будет массовая генерация свободного потока электронов в энергетической зоне.

Наконец, внешний фоторезистор генерирует много носителей заряда, что увеличивает протекание электрического тока. Поэтому они рекомендуются для практического применения.

1. Применение фоторезистора

Фоторезисторы применяются в самых разных областях, включая;

• Автоматические уличные фонари, экономящие электроэнергию за счет включения света только в темное время суток, 

(уличные фонари ночью)

• Солнечные уличные фонари,
• Солнечные дорожные шпильки,
• Экспонометры в камере,
• Радиочасы или уличные часы,
• Инфракрасная астрономия, где он действует как отличный инфракрасный детектор,
• Световые датчики в роботизированных проектах,
• Устройства сигнализации, такие как дымовая и охранная сигнализация, и
• Ночник.

Фоторезисторы — это электрические устройства, которые позволяют использовать технологии освещения, поскольку они компактны, широко доступны у дистрибьюторов электронных компонентов и экономичны. Они могут иметь низкую точность, но все же достаточно служат электрическим устройствам. Фотоэлемент не имеет PN-перехода в конструкционных материалах, что делает его пассивным устройством.

 В общем, это подводит итог технологии фоторезисторов. Не могли бы вы связаться с нами, если у вас есть какие-либо вопросы или комментарии? Мы оценим это.

Символ, работа, типы и применение

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

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

Итак, начнем!

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

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

«Фоторезистор — это переменный резистор, сопротивление которого обратно пропорционально интенсивности света» электронов), мы знаем, что оба являются полярными противоположностями друг друга. Таким образом, когда мы говорим, что сопротивление уменьшается при увеличении интенсивности света, это просто подразумевает, что проводимость увеличивается с увеличением интенсивности света, падающего на фоторезистор или LDR, благодаря свойству, называемому фотопроводимостью материала.

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

Идея фоторезистора возникла, когда Уиллоуби Смит в 1873 году открыл фотопроводимость в селене. Затем было создано множество вариантов фотопроводящих устройств.