Rezystory zależne od światła, znane również jako fotorezystory, są podstawą urządzeń do wykrywania poziomu światła lub jego braku. Dlatego producenci lub serwisanci pracujący nad aplikacjami z czujnikami światła prawdopodobnie natknęli się na LDR.
To, jak te wrażliwe na światło komponenty współpracują ze źródłami światła, jest niezbędne do zrozumienia, jak zaimplementować je w naszych codziennych urządzeniach elektronicznych. Te rezystory stają się coraz bardziej powszechne, a ten artykuł przedstawia zarys tego, jak oddziałują z naszym środowiskiem świetlnym.
Zrozumienie działania fotorezystora zależnego od światła/LDR
Światło-zależne rezystor (LDR) jest składnik elektroniczny stosowany do urządzeń przeznaczonych do wykrywania natężenia światła. Stosowane są również takie elementy jak fotodiody czy fototranzystory. Rezystory zależne od światła zapewniają jednak szerszy zakres rezystancji dla zmian poziomu oświetlenia.
Jak sama nazwa wskazuje, LDR jest unikalnym rezystorem, którego funkcja zależy od zasady fotoprzewodnictwa, stąd opór zmienia się pod wpływem różnych poziomów światła. Jego opór jest najwyższy w ciemności z wyjściem czujnika 1012 Ohm i zmniejsza się wraz z natężeniem światła. Automatycznie, elementy światłoczułe są wybitne w czujnikach światła, miernikach światła, lampach ulicznych lub innych aplikacjach elektronicznych używanych w obszarach o wysokiej wrażliwości na światło.
Symbol rezystora zależnego od światła
Symbol LDR to po prostu typowy symbol obwodu rezystora ze strzałkami, które pokazują wykorzystanie światła. Podstawową strukturą jest prostokąt, który jest nowszym stylem reprezentacji. Ale projektanci używają również starszego symbolu z linią zig-zag.
Wreszcie, symbol ten reprezentuje również fotodiody i fototranzystory, ponieważ mają one fotoprzewodnictwo.
(Symbol LDR z prostokątem)
Fotokomórki w porównaniu z LDR
W przeciwieństwie do rezystorów zależnych od światła, fotodiody zapewniają szybszy czas reakcji; dlatego inżynierowie używają ich tam, gdzie potrzebne jest szybkie wykrywanie światła, na przykład w komunikacji optycznej i optoizolatorach. W szczególności, funkcja fotodiody działa poprzez konwersję aktywnego światła na energię elektryczną. Niemniej jednak, zasada działania LDR opiera się na wpływie natężenia światła na zmiany w rezystancji.
Struktura LDR
Fotorezystor ma strukturę poziomą, a format jest taki, że warstwa aktywna znajduje się między półizolacyjnym podłożem a częściowo pokrywającymi stykami metalowymi na warstwie górnej. Dzięki temu ta struktura LDR jest wirusowa wśród małych fotorezystorów lub rezystorów zależnych od światła.
Dwa metalowe kontakty są oddzielone, aby umożliwić obszar, w którym światło może przejść przez region aktywny LDR. Metale pełnią rolę kontaktów dla fotorezystora. Ich powierzchnie są istotne, zwłaszcza w dyskretnych rezystorach zależnych od światła, aby zapewnić minimalną rezystancję od dotyku światła do odsłoniętej warstwy aktywnej.
Liczne materiały mogą być przydatne przy wykonywaniu fotorezystorów. Do materiałów tych należą: światło siarczku kadmu, antymonek indu, InP, PbS, PbSe, Ge, Is oraz GaAs. Wszystkie te elementy półprzewodnikowe mają różne właściwości, jak np. długość fali wrażliwości na światło.
(struktura fotorezystora)
Źródło: Wikipedia
Rodzaje fotorezystorów
Klasyfikacja rezystorów zależnych od światła zależy od zastosowanych przyrządów półprzewodnikowych, stąd dzielą się na dwie kategorie:
Fotorezystory samoistne
Są to fotorezystory wykonane z dokładnych przyrządów półprzewodnikowych takich jak german i krzem bez żadnego domieszkowania. Światło pada na LDR, wzbudzając elektrony, przenosząc je z pasma walencyjnego do pasma przewodnictwa.
Nośniki ładunku zwiększają się wraz ze światłem otoczenia, a elektrony przewodzą prąd. Im wyższy poziom światła, tym więcej elektronów jest uwalnianych i następuje wzrost poziomu przewodnictwa.
Fotorezystor zewnętrzny
Są to rezystory, w których zastosowano materiały domieszkowane zanieczyszczeniami w celu utworzenia nowych pasm energetycznych powyżej pasm walencyjnych. Pasma te wypełnione elektronami zmniejszają szerokość pasma. Stąd wymagana energia jest mniejsza przy ich przesuwaniu z pasma walencyjnego.
Fotorezystory zewnętrzne są powszechnym typem LDR używanym przy długich falach światła.
Jak działa fotorezystor zależny od światła LDR?
Następnie, funkcja światło-zależne rezystor działa, ponieważ materiał absorbuje przewodnictwo składnik wzrasta jak światło rośnie. Gdy światło padające pada na urządzenie, elektrony przechodzą do pasma przewodnictwa z wiązania walencyjnego w półprzewodniku. Jednak fotony w padającym świetle muszą mieć przerwę energetyczną znaczniejszą od przerwy pasmowej materiału półprzewodnikowego dla przejścia elektronów.
Dlatego, gdy jasne światło uderza w urządzenie, więcej elektronów przeskakuje do pasma przewodnictwa, tworząc wiele nośników ładunku. W konsekwencji, po zamknięciu obwodu, przez urządzenie zaczyna płynąć prąd, co powoduje spadek oporu.
(Światło na fotorezystorze)
Źródło: Wikipedia
Latencja rezystora zależna od światła
Latencja to właściwość fotorezystora, która podkreśla czas pomiędzy zmianami oświetlenia a zmianami rezystancji. Szybkość, z jaką zmienia się rezystancja, to szybkość odzyskiwania rezystancji. Rezystory zależne od światła są wydajne tam, gdzie zmiany oświetlenia występują rzadziej, na przykład w kompresorach audio. LDR reaguje z dziesiątkami milisekund, gdy po ciemności pojawia się światło. Dostosowanie do ciemności zajmuje do sekundy, aby opór osiągnął swój ostateczny poziom.
Potrzeba znacznej ilości czasu, aby zmiany poziomu światła wpłynęły na fotorezystor, co czyni go mniej odpowiednim elementem elektronicznym w miejscach, gdzie warunki oświetleniowe ulegają gwałtownym zmianom. Dlatego też w danych produktowych podawanych przy aplikacjach elektronicznych z fotorezystorami można znaleźć informację o oporności w ciemności po określonym czasie. Najczęściej w sekundach. Istnieją dwie cytowane wartości wskazujące na opóźnienie rezystora, a jedna z nich dotyczy okresu w ciągu sekundy, podczas gdy druga dotyczy okresu pięciu sekund.
Zastosowania fotorezystora zależnego od światła LDR Fotorezystor
Rezystory zależne od światła identyfikują obecność lub brak światła w komponentach elektronicznych. Takimi zastosowaniami są:
Światła nocne, oświetlenie uliczne
Zegar zewnętrzny
Panele słoneczne
Alarmy dymowe, Zegar z automatycznym światłem
Centra chirurgii ambulatoryjnej
Radia zegarowe
Usługi OCB w zakresie zdrowia oczu
Obwody alarmowe i budziki
W kompresorach audio stosuje się fotorezystory ze względu na brak natychmiastowej reakcji na światło. Opóźniona reakcja jest wymaganą cechą. Automatyczne przełączanie światła po zachodzie słońca również wykorzystuje doskonałe zalety LDR, ponieważ konstrukcja przełącznika polega na kontrolowaniu światła padającego na czujnik rezystorowy.
(zdjęcie zegara dziadka, w którym zastosowano fotorezystor)
Podsumowanie
O ile fotodiody i fototranzystory są powszechnie stosowane w podzespołach elektronicznych, to LDR jest również popularny w urządzeniach wymagających szerokiego zakresu rezystancji. Pozwalają one na minimalne zużycie energii poprzez automatyczne włączanie i wyłączanie.
Mam nadzieję, że artykuł zawierał wiedzę na temat fotorezystorów. Jeśli potrzebujesz partnera w produkcji lub zaopatrywaniu się w LDR-y, zapraszam do kontaktu z nami w celu uzyskania pomocy.