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

Содержание

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.

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.

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

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

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

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.

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.

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.

Причем зависимость сопротивления от освещенности будет иметь следующий вид:

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.

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.

принцип работы, где применяется и как выглядит

Фоторезисторы (фотоэлектрические приборы – это приборы, которые могут изменять свои технические характеристики под влиянием света. Нашли свое применение такие приборы во всей электрики и электронике. Их значение переоценить крайне сложно. Сам термин фоторезистор говорит за себя. Они изменяют сопротивление под влиянием светового потока. Такой резистор может иметь номинальное сопротивление 1-200 ОМ, но на свету, оно может уменьшиться в десятки и даже сотни раз.

Основное преимущество этих радиодеталей – зависимость сопротивления от степени освещения. Именно поэтому их можно использовать в различных датчиках или измерителях освещенности. Но есть и ряд недостатков – с ними не удобно работать по причине высокого сопротивления.

В данной статье будут рассмотрены все характеристики и особенности фоторезисторов, а также приведены все необходимые расчеты. В качестве бонуса, в статье содержится видеоролик и скачиваемый файл, где содержится интересная дополнительная информация.

Простые фоторезисторы.

Как работает фоторезистор

В полной темноте, сопротивление этих радио компонентов огромное, может доходить до десятков МОм, но как только элемент подвергается воздействию света, его сопротивление резко снижается до долей Ома.

Фоторезисторы (ФР) обладают высокой чувствительностью в достаточно широком диапазоне (от инфракрасного до рентгеновского спектра), которая и зависит от длины волны светового потока. Эти радио компоненты все еще применяются во многих электронных устройствах благодаря их высокой стабильности во времени, малым размерам и богатым номиналам сопротивлений.

Их обычно изготавливают в пластиковом корпус с прозрачным окном и двумя внешними выводами, полярность подсоединения разницы не играет. Фоторезистор – это датчик (преобразователь), электрическое сопротивление которого изменяется в зависимости от интенсивности поступающего на него светового потока. Чем он сильнее, тем больше генерируется свободных носителей зарядов (электронов) и тем ниже сопротивление фоторезистора.

Два внешних металлических вывода этого датчика идут через керамический материал основания к специальной светочувствительной пленке, которая по свойству материал и своей геометрии задает электрические свойства сопротивления фоторезистора. Так как фоточувствительное вещество по своей природе с достаточно большим внутренним сопротивлением, то между обоими выводами с тонкой дорожкой, при средней световой интенсивности, получается низкое общее сопротивление фоторезистора. По аналогии с человеческим глазом, фоторезистор чувствителен к определенному интервалу длины световой волны. При выборе датчика приходится обращать на это пристольное внимание, т.к иначе он может совсем не среагировать на источник света.

У фоторезисторов обязательным параметром задается и температурный диапазон. Если использовать преобразователь при отличающихся температурах, то нужно обязательно добавить уточняющие преобразования, т.к. свойство сопротивления этого фотоэлемента зависит от температуры. Для характеристики интенсивности света применяют специальную величину называемую освещенность (E). Она показывает количество светового потока, который достигнет определенной поверхности. Для измерения единицы в системе СИ применяется физическая люкс (лк), где один люкс означает, что на поверхность размером один метр в квадрате равномерно падает поток света освещенностью в один люмен (лм). В реальных условиях световой поток практически никогда не падает равномерно на поверхность, поэтому освещенность получается несколько большей в среднем значении.

Интересно почитать: принцип действия и основные характеристики варисторов.

По сути это обычный транзистор, но без крышки в буквальном смысле. Крышка, закрывающая кристалл прибора, конечно, есть, но она выполнена из прозрачного материала и видимый свет может попадать на кристалл. Подавая на базу некоторое напряжение, можно управлять сопротивлением перехода эмиттер-коллектор. Но оказывается, сопротивлением перехода можно управлять и обычным светом.

Фототранзистор – это обычный транзистор, который имеет еще одну, дополнительную «базу» – световую. Освещаем – открываем транзистор. В таком включении вывод базы фототранзистора можно вообще не использовать – его роль выполняет свет.

Виды и принцип работы, обозначение на схемах

В зависимости от материалов, используемых во время изготовления на производстве все, фоторезисторы можно условно разделить на две большие группы: с внутренним и внешним фотоэффектом.

В производстве элементов с внутренним фотоэффектом и применяют нелегированные материалы, например германий или кремний. Фотоны, попадающие на фоторезистор, заставляют электроны двигаться из валентной в зону проводимости.

Благодаря этому возникает огромное число свободных электронов, тем самым резко возрастает электропроводность и, поэтому, снижается сопротивление. Фоторезистор с внешним фотоэффектом изготавливают из материалов, с добавлением примесей легирующей добавки, которая создает новую энергетическую зону поверх имеющейся валентной, богатую электронами.

Кроме того, электронам новой зоны необходимо на порядок меньше энергии, чтобы перейти в зону проводимости благодаря более низкой энергетической щели. Поэтому фоторезисторы с внешним фотоэффектом гораздо более чувствительны к различным длинам светового спекира волн.

Фоторезистор на схемах обозначается также как и обычный резистор, но с добавление двух стрелочек, которые направлены к прямоугольнику. В качестве материалов для фоторезисторов широко используются сульфиды, селениды и теллуриды различных элементов, а также соединения типа AlMBv. В инфракрасной области могут быть использованы фоторезисторы на основе PbS, PbSe, PbTe, InSb, в области видимого света и ближнего спектра ультрафиолета — CdS.

Сегодня фоторезисторы широко применяются во многих отраслях науки и техники. Это объясняется их высокой чувствительностью, простотой конструкции, малыми габаритами и значительной допустимой мощностью рассеяния. Значительный интерес представляет использование фоторезисторов в опто- электронике. В радиолюбительских конструкциях фоторезисторы применяются как световые датчики в устройствах слежения и автоматики, автоматических и фотореле в быту, в охранных системах.

Чувствительность и инертность фоторезистора

Чувствительность фоторезистора зависит от длины световой волны. Если длина волны лежит вне рабочего диапазона, то свет не оказывает никакого воздействия на ФР. Можно сказать, что фоторезистор не чувствителен в этом диапазоне длин волн. Эти радио компоненты обладают более низкой чувствительность, чем фототранзисторы и фотодиоды.

Еще одна важная характеристика фоторезистора называется инертность, ее физический смысл состоит в том, что имеется определенная инертность (или проще понять – время задержки) между изменениями в освещении и последующим изменением сопротивления. Для того чтобы сопротивление снизилось до минимально возможного значения при полном освещении требуется около 10 мс, и около одной секунды понадобится для того, чтобы сопротивление возросло до максимума после затемнения этого-же компонента.

Чувствительность и инертность фоторезистора.

Конструкция и применение

Современные фоторезисторы изготавливают из селенида свинца, сульфида свинца, антимонида индия, но чаще всего из селенида и сульфида кадмия и кадмия. Спектральная характеристика сульфида кадмия практически полностью совпадает с устройством человеческого глаза. Длина волны пиковой чувствительности – 560-600 нм, что соответствует видимой части спектра.

Для изготовления элемента из сульфида кадмия, высокоочищенный порошок смешивают с инертными связующими веществами. Затем, эту смесь спекают и прессуют. В вакуумной среде на основание с электродами наносят тонкий фоточувствительный слой в виде извилистой дорожки. Затем, основание помещается в прозрачную оболочку, для защиты фоточувствительного элемента. Основной областью применения этих радио элементов является автоматика, с помощью них можно создать простые и надежные схемы фотореле без использования токовых усилителей.

Такие фотореле применяются в системах управления и контроля. В измерительной технике фоторезисторы используются для измерения высоких температур в различных технологических процессах. У фоторезисторов обязательно определен и диапазон температуры. Если использовать датчик при разных температурах, то следует обязательно ввести уточняющие преобразования, т.к. свойство сопротивления зависит от внешней температуры.

Для характеристики интенсивности света используют физическую величину освещённость (обозначение E), что показывает количество светового потока, достигающего какой-либо поверхности. Для измерения единицы имеется люкс (лк), где 1 люкс означает, что на поверхность размером 1 m2 равномерно падает световой поток в 1 люмен (лм). В реальной жизни свет практически никогда не падает на (жилую) поверхность равномерно и поэтому освещённость получается больше в среднем значении. Для сравнения приведены некоторые примеры освещённости:

Цвет волны и диапазон ее длины.

Основные характеристики фоторезисторов

Фоторезистор (от фото- и резистор), представляет собой полупроводниковый резистор, омическое сопротивление которого определяется степенью освещенности. В основе принципа действия фоторезисторов лежит явление фотопроводимости полупроводников. Фотопроводимость — увеличение электрической проводимости полупроводника под действием света.

Причина фотопроводимости — увеличение концентрации носителей заряда — электронов в зоне проводимости и дырок в валентной зоне. Светочувствительный слой полупроводникового материала в таких сопротивлениях помещен между двумя токопроводящими электродами. Под воздействием светового потока электрическое сопротивление слоя меняется в несколько раз (у некоторых типов фотосопротивлений оно уменьшается на два-три порядка). В видеоролике ниже представлена подробная информация о фоторезисторах.

В зависимости от применяемого слоя полупроводникового материала фотосопротивления подразделяются на сернисто-свинцовые, сернисто-кадмиевые, сернисто-висмутовые и поликристаллические селено-кадмиевые. Фотосопротивления обладают высокой чувствительностью, стабильностью, они экономичны и надежны в эксплуатации. В целом ряде случаев они с успехом заменяют вакуумные и газонаполненные фотоэлементы.

Материал в тему: описание и область применения подстроечного резистора.

Основные характеристики фотосопротивлений:

  • Рабочая площадь.
  • Темновое сопротивление (сопротивление в полной темноте), варьируется в обычных приборах от 1000 до 100000000 Ом.
  • Удельная чувствительность

Световая (люкс-амперная), характеризующая зависимость фототока от падающего светового потока постоянного спектрального состава. Полупроводниковые фоторезисторы имеют нелинейную люкс-амперную характеристику. Наибольшая чувствительность получается при малой освещенности. Это позволяет использовать фоторезисторы для измерения очень малых интенсивностей излучения. При увеличении освещенности световой ток растет примерно пропорционально корню квадратному из освещенности. Наклон люкс-амперной характеристики зависит от приложенного к фоторезистору напряжения.

Расчет сопротивления

О взаимосвязи между освещенностью и электрическим сопротивлением фоторезистора дается приблизительная формула в спецификации датчика. Как видно на выше приведенном графике, на логарифмической шкале освещенность и сопротивление находятся приблизительно в линеарной зависимости и образуют прямое уравнение, потому что применяется следующее преобразование: log(a/b) = log(a) – log(b)

Связь характеризует γ фактор (ровный подъем), который у датчика VT935G равен 0,9. Известны так же данные одной точки линии: 18,5 kΩ сопротивление (RA) 1 при 10 lx освещенности (EA). Таким образом, имеются координаты 1 точки и ровный подъем и для вычисления любой другой точки хватит только одного координата.

Если измерить сопротивление датчика (RB), то можно из уравнения линии вычислить освещенность (EB) падающую на датчик. Выразим уравнение линии EB:

log(EB) = log(RA/RB) / γ + log(EA)

EB = 10log(RA/RB) / γ + log(EA)

Таким образом, имеется формула для вычисления освещения, если сопротивление известно. Сопротивление напрямую микроконтроллером измерить нельзя – для этого фоторезистор находится в делителе напряжения, выходное напряжение которого переводит аналогово-дигитальный преобразователь в конкретные числа (ADC). Для нахождения сопротивления, в первую очередь придется вычислить из значения ADC выходное напряжение (U2), делителя напряжения, учитывая и сравниваемое напряжение (Uref) преобразователя. Формула следующая:

U2 = Uref ⋅ (ADC / 1024)

Из формулы делителя напряжения (смотри главу делителя напряжения) можно найти в схеме верхнего фоторезистора сопротивление (R1):

R1 = (R2 ⋅ U1) / U2 – R2

Далее при вычислении напряжения и сопротивления известные факторы заменяются значениями и нижние индексы опущены:

U = 5 ⋅ (ADC / 1024)

R = (10 ⋅ 5) / U – 10

Для нахождения освещенности можно сделать упрощающие переводы:

E = 10log(18,5/R) / 0.9 + 1 = 10log(18,5/R) 10/9 ⋅ 101 = 10log18,5 10/9 – logR 10/9 ⋅ 10 = (10log18,5 10/9 / 10logR 10/9) ⋅ 10 =

= (18,510/9 / R10/9) ⋅ 10 = 18,510/9 ⋅ 10 ⋅ R-10/9

Вычислив постоянную находящуюся перед переменной R, остается формула в виде:

E = 255,84 ⋅ R-10/9.

Главным преимуществом полупроводниковых фотодетекторов по сравнению с фотоумножителями является их способность регистрировать длинноволновое излучение, поскольку создание подвижных носителей в них не связано с преодолением значительного поверхностного потенциального барьера.

Недостатком же их является небольшое усиление по току. Чтобы выходной импульс мог управлять различными электронными системами, его необходимо многократно усилить. Таким усилителем может быть одно-двухкаскадный транзисторный усилитель или операционный усилитель. Чтобы фотовозбуждение носителей не маскировалось тепловым возбуждением, полупроводниковые фотодетекторы не должны эксплуатироваться в средах с высокими температурами, иначе их необходимо охлаждать.

Как вам статья?Poll Options are limited because JavaScript is disabled in your browser.

Более подробную информацию можно узнать, прочитав файл по данной теме что такое фоторезистор.Всю новую информацию по этой и многим другим темам, вы сможете найти в группе. Подписывайтесь на нашу группу в социальной сети «Вконтакте».

Для этого вам необходимо будет перейти по следующей ссылке https://vk.com/electroinfonet. Также в группе можно задавать вопросы и получать на них подробные ответы от профи. В завершение объемной статьи хочу выразить благодарность источникам, откуда мы черпали информацию:

www.texnic.ru

www.nauchebe.net

www.home.roboticlab.eu/ru

www.begin.esxema.ru

Предыдущая

РезисторыКак отличается параллельное и последовательное соединение резисторов?

Следующая

РезисторыЧто такое терморезистор?

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 | 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.

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.

Фоторезисторы, фотодиоды и фототранзисторы и как их применять

Фоторезисторы, фотодиоды и фототранзисторы и как их применять

Датчик — средство измерений, предназначенное для выработки сигнала измерительной информации в форме, удобной для передачи, дальнейшего преобразования, обработки и (или) хранения, но не поддающейся непосредственному восприятию наблюдателем.

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.(-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:

Iф=Sинт*Ф,

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.

Ранее ЕлектроВести писали о фотодатчиках и их применении. 

По материалам electrik.info. 

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 связано с наличием 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 с увеличением 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 в 1873 году Уиллоуби Смит открыл фотопроводимость в селене.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 поглощать световую энергию; следовательно, 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 автоматических уличных фонарей, 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

Свет имеет волновую природу дуальности. Это означает, что свет имеет как частицу, так и волнообразную природу. Когда свет падает на полупроводниковый материал, присутствующие в нем 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 фоторезистора зависит от температуры окружающей среды.

Принцип работы

Фоторезистор не имеет P-N перехода, как фотодиоды. 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 энергию, достаточную для разрыва связи, 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 запуска 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.

Символ фоторезистора

Символ фоторезистора

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 из применений фоторезисторов:

  • Они используются в качестве датчиков света.
  • Они используются для измерения силы света.
  • В ночном освещении и фотомонтаре 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:

  • Фоторезистор, созданный студентами фотометр и его применение в судебно-медицинской экспертизе красителей.
  • Интеграция биосовместимой органической резистивной памяти и фоторезистора для носимых приложений считывания изображений.
  • Фоторелейный барьер синхронизации со смартфоном.
  • Разработка и реализация простой акустооптической схемы двойного управления.
  • Система определения местоположения источника света.
  • Мобильный робот включается звуком и направленно 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.Есть 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 кожух 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 перемещаются 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 еще 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 влагонепроницаемой пленки) и электродов. Фоторезисторы обозначены на схеме буквами «R» или «RL», «RG».

Фоторезистор изготовлен из сульфида кадмия (CdS). Он разделен на корпус из эпоксидной смолы и металлический корпус, оба из которых являются проволочными (типа DIP).Фоторезисторы в эпоксидной упаковке делятся на Ø3мм, Ø4мм, Ø5мм, Ø7мм, Ø11мм, Ø12мм, Ø20мм, Ø25мм 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 равным нулю, 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 кожух 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 установлены на обоих концах полупроводникового светочувствительного материала, а фоторезистор сформирован 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 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, устройства автоматического водоснабжения и автоматической остановки воды, механические устройства автоматической защиты, и «детекторы положения», устройство автоматического экспонирования камеры, фотоэлектрический счетчик, дымовая сигнализация, фотоэлектрическая система слежения и т. д.

VI. Приложение

Фоторезистор представляет собой полупроводниковый светочувствительный прибор. В дополнение к своей высокой чувствительности, быстрой скорости отклика, хорошим спектральным характеристикам и хорошей стабильности значения 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 диммирования

Рисунок 4. Типичная схема диммирования с управлением светом

На Рисунке 4 представлена ​​типичная схема диммирования 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 уменьшится, 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 работать, 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, высокая 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 увеличивается 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?

Как работает фоторезистор?

Узнайте о свойствах полупроводников, которые позволяют фоторезисторам работать.

Выписка:

Давайте посмотрим, как работает фоторезистор.

Резистор - это электронный компонент, который уменьшает количество тока, протекающего по цепи. Переменный резистор - это резистор, сопротивление которого меняется в зависимости от некоторых условий.Фоторезистор - это переменный резистор, сопротивление которого изменяется в зависимости от количества света, которому он подвергается. Фоторезистор изготовлен из высокопрочного полупроводникового материала.

Напоминаем, что материалы можно разделить на три категории в зависимости от их способности проводить электричество. Электроны внутри изолятора не могут свободно перемещаться внутри конструкции, поэтому электричество не проходит через них. В проводнике электроны движутся свободно, что позволяет свободно протекать электричеству.Полупроводники находятся где-то посередине.

Давайте немного погрузимся в то, что происходит в полупроводниковом материале, чтобы регулировать поток электричества.

Внутри полупроводника электроны имеют разные уровни энергии, и они располагаются так, что одинаковые уровни энергии находятся рядом друг с другом. Эти уровни называются энергетическими полосами.

Валентная зона - это уровень с наименьшей энергией, на котором электроны движутся наименее свободно. Зона проводимости имеет самую высокую энергию и позволяет электричеству свободно перемещаться.Эти зоны разделены зоной, называемой энергетической щелью. Сопротивление полупроводника зависит от количества электронов, доступных в зоне проводимости для переноса электричества.

Когда свет попадает на фоторезистор, фотоны света возбуждают электроны в валентной зоне, увеличивая их уровни энергии и позволяя им пересекать запрещенную зону в зону проводимости. Поскольку тогда для проведения электричества доступно больше электронов, сопротивление фоторезистора падает.

Изменения сопротивления можно измерить и использовать для управления другими электронными компонентами. Например, когда в комнате темнеет, можно использовать фоторезистор для включения света.

Фоторезистор

- определение, работа, типы и применение

Фоторезистор определение

Название фоторезистора представляет собой комбинацию слова: фотон (легкие частицы) и резистор. Фоторезистор - это тип резистора, чей сопротивление уменьшается при увеличении интенсивности света.В другими словами, прохождение электрического тока через фоторезистор увеличивается при увеличении интенсивности света.

Фоторезисторы

также иногда называют LDR (Light Dependent Resistor), полупроводниковый фоторезистор, фотопроводник, или фотоэлемент. Фоторезистор меняет свое сопротивление только при воздействии света.

Как фоторезистор работает?

Когда свет падает на фоторезистор, некоторая валентность электроны поглощают энергию от света и разрывает связь с атомами.Валентность электроны, которые разрывают связь с атомами, называются свободными электроны.

Когда световая энергия применяется к фоторезистор сильно увеличен, большое количество валентных электроны получают достаточно энергии от фотонов и нарушают связь с родительскими атомами. Большое количество валентности электроны, которые разрывают связь с родительскими атомами, будут переходит в зону проводимости.

Электроны, присутствующие в зоне проводимости не принадлежит какому-либо атому. Следовательно, они свободно перемещаются из одного место в другое место. Электроны, которые свободно движутся из одного место в другое место называются свободными электронами.

Когда валентный электрон покинул атом, вакансия создается в определенном месте в атоме из который ушел электрон.Эта вакансия называется дырой. Следовательно свободные электроны и дырки образуются парами.

Свободные электроны, которые свободно движутся из одного места в другое переносят электрический ток. В аналогично дырки, движущиеся в валентной зоне, несут электрический ток. Точно так же и свободные электроны, и дырки будут переносят электрический ток. Количество протекающего электрического тока через фоторезистор зависит от количества заряда генерируются носители (свободные электроны и дырки).

Когда световая энергия применяется к фоторезистор увеличивается, количество генерируемых носителей заряда в фоторезисторе тоже увеличивается. В результате электрический ток, протекающий через фоторезистор, увеличивается.

Увеличение электрического тока означает уменьшение в сопротивлении. Таким образом, сопротивление фоторезистора уменьшается при увеличении интенсивности применяемого света.

Фоторезисторы изготовлены из полупроводника с высоким сопротивлением например кремний или германий. Они также сделаны из других такие материалы, как сульфид кадмия или селенид кадмия.

При отсутствии света фоторезисторы действует как материалы с высоким сопротивлением, тогда как в присутствии света фоторезисторы действуют как материалы с низким сопротивлением.

Типы фоторезисторов на основе материала, из которого они изготовлены

Фоторезисторы

делятся на два типа исходя из материала, из которого они построены:

Собственные фоторезисторы изготавливаются из чистые полупроводниковые материалы, такие как кремний или германий.В внешняя оболочка любого атома способна вместить до восьми валентные электроны. Однако в кремнии или германии каждый атом состоит всего из четырех валентных электронов. Эти четыре валентности электроны каждого атома образуют четыре ковалентные связи с соседние четыре атома, чтобы полностью заполнить внешнюю оболочку. В результате ни один электрон не остается свободным.

Когда мы прикладываем световую энергию к внутреннему фоторезистор, только небольшое количество валентных электронов приобретает достаточно энергии и становится свободным от родительского атома.Следовательно, a генерируется небольшое количество носителей заряда. В результате только небольшой электрический ток течет через внутреннюю фотографию резистор.

Мы уже знаем, что рост электрический ток означает снижение сопротивления. Во внутреннем фоторезисторы сопротивление немного уменьшается с увеличением увеличение световой энергии. Следовательно, собственные фоторезисторы менее чувствителен к свету.Следовательно, они ненадежны. для практического применения.

Внешние фоторезисторы изготавливаются из внешние полупроводниковые материалы. Рассмотрим пример внешний фоторезистор, который состоит из комбинации кремний и примесные атомы (фосфора).

Каждый атом кремния состоит из четырех валентных электронов и каждый атом фосфора состоит из пяти валентных электроны.Четыре валентных электрона атома фосфора образуют четыре ковалентные связи с соседними четырьмя кремниевыми атомы. Однако пятый валентный электрон фосфора атом не может образовывать ковалентную связь с атомом кремния потому что атом кремния имеет только четыре валентных электрона. Следовательно, пятый валентный электрон каждого атома фосфора становится свободным из атома.Таким образом, каждый атом фосфора генерирует свободный электрон.

Свободный электрон, который генерируется, будет сталкивается с валентными электронами других атомов и заставляет их бесплатно. Точно так же один свободный электрон порождает несколько свободные электроны. Поэтому добавление небольшого количества примеси Атомы (фосфора) генерируют миллионы свободных электронов.

В фоторезисторах внешнего типа у нас уже есть большое количество носителей заряда.Следовательно, предоставляя небольшую сумму световой энергии порождает еще большее количество носителей заряда. Таким образом, электрический ток быстро увеличивается.

Увеличение электрического тока означает уменьшение в сопротивлении. Следовательно, сопротивление внешних фоторезистор быстро уменьшается при небольшом увеличении приложенная световая энергия. Внешние фоторезисторы надежны для практическое применение.

Фоторезистор символ

Американский стандартный символ и обозначение фоторезистора по международному стандарту показано на рисунок ниже.

Приложения фоторезисторов

  • Фоторезисторы используются в уличных фонарях для управления, когда свет должен включиться, а когда свет должен выключиться.Когда окружающий свет падает на фоторезистор, это вызывает фонарь выключить. Когда нет света, фоторезистор вызывает включение уличного света. Это снижает потери электричества.
  • Они также используются в различных устройствах, таких как сигнальные устройства, солнечные уличные фонари, ночники и радиочасы.

Преимущества и недостатки фоторезистора

Преимущества фоторезистора

  • Маленький
  • Низкая стоимость
  • Легко переносить с места на место.

Недостатки фоторезистора

  • Точность фоторезистора очень низкая.


Фоторезисторы

- обзор | ScienceDirect Topics

NW Фотопроводники (фоторезисторы) представляют собой простейшую конфигурацию для исследования оптоэлектронных свойств NW.Обычно наночастицы рассредоточены на изолирующей подложке, а металлические электроды нанесены и нанесены узоры на обоих концах нанокристаллов. Подавая напряжение смещения на фотопроводник, можно измерить ток, протекающий через устройство в темноте и при освещении, и легко получить электрическую проводимость. Величина изменения проводимости, вызванного облучением, может быть определена количественно, на основании чего также могут быть проанализированы электронные свойства, связанные с подвижностью носителей заряда и временем жизни.Изменяя состояние облучения между включенным и выключенным, можно также достичь характеристик фотоотклика материала.

Три ключевых параметра обычно используются для оценки чувствительности фотопроводников к свету: коэффициент усиления фотопроводимости G , чувствительность R и светочувствительность S (Hu et al., 2013; Murtaza, Nie, Campbell, Bean, & Peticolas, 1996; Peng, Hu, & Fang, 2013). Коэффициент усиления G обозначает количество электронов, производимых каждым поглощенным фотоном во внешней цепи, и часто определяется как отношение между количеством собранных электронов ( N, , и ) и количеством поглощенных фотонов ( N фаз ) в единицу времени:

(12.1) G = NelNph = ττtr = μτVl2

, где τ - время жизни фотогенерированных носителей, τ tr - время пролета носителей между двумя электродами, μ - подвижность носителей, В - приложенное смещение, а l - расстояние между двумя электродами. Чувствительность R иллюстрирует чувствительность фотопроводника к падающему свету и определяется как

(12,2) R (A / W) = IphotoPopt = η (qλhc) G

, где I photo - фототок , P opt - мощность падающего света, η - квантовая эффективность, h - постоянная Планка, c - скорость света и λ - длина волны падающего света.Светочувствительность ( S ) определяется как:

(12,3) S = (σphoto − σdark) / σdark

, где σ photo и σ dark - проводимость при освещении и темноте соответственно. .

Светозависимый резистор LDR, Фоторезистор »Электроника

Светозависимые резисторы, LDR или фоторезисторы - это электронные компоненты, которые используются для обнаружения света и изменения работы схемы в зависимости от уровней освещенности.


Руководство по резисторам Включает:

Обзор резисторов Углеродный состав Карбоновая пленка Металлооксидная пленка Металлическая пленка Проволочная обмотка SMD резистор MELF резистор Переменные резисторы Светозависимый резистор Термистор Варистор Цветовые коды резисторов Маркировка и коды SMD резисторов Характеристики резистора Где и как купить резисторы Стандартные номиналы резисторов и серия E


Светозависимые резисторы, LDR или фоторезисторы часто используются в конструкциях электронных схем, где необходимо определять наличие или уровень света.

Эти электронные компоненты могут быть описаны под разными названиями, от светозависимого резистора, LDR, фоторезистора или даже фотоэлемента, фотоэлемента или фотопроводника.

Хотя также могут использоваться другие электронные компоненты, такие как фотодиоды или фототранзисторы, LDR или фоторезисторы особенно удобны для использования во многих конструкциях электронных схем. Они обеспечивают большое изменение сопротивления при изменении уровня освещенности.

Ввиду их низкой стоимости, простоты изготовления и простоты использования LDR использовались в самых разных приложениях.Когда-то LDR использовались в фотографических люксметрах, и даже сейчас они все еще используются в различных приложениях, где необходимо определять уровни освещенности.

Светозависимые резисторы широко доступны: - они обычно хранятся на складе дистрибьюторов электронных компонентов, и с учетом того, как сегодня работает цепочка поставок электронной промышленности, это нормальный способ их получения. Крупные и мелкие дистрибьюторы электронных компонентов обычно имеют хороший выбор.

Типичный светозависимый резистор с выводами

Что такое светозависимый резистор, LDR или фоторезистор

Фоторезистор или светозависимый резистор - это электронный компонент, чувствительный к свету. Когда на него падает свет, сопротивление меняется. Значения сопротивления LDR могут на много порядков изменять значение сопротивления, уменьшающееся с увеличением уровня освещенности.

Нередко значения сопротивления LDR или фоторезистора составляют несколько мегом в темноте, а затем падают до нескольких сотен ом при ярком свете.При таком большом разбросе сопротивления LDR просты в использовании, и существует множество доступных схем LDR. Чувствительность светозависимых резисторов или фоторезисторов также зависит от длины волны падающего света.

LDR

изготавливаются из полупроводниковых материалов, что обеспечивает им светочувствительные свойства. Можно использовать многие материалы, но одним из популярных материалов для этих фоторезисторов является сульфид кадмия, CdS, хотя использование этих элементов в настоящее время ограничено в Европе из-за экологических проблем, связанных с использованием кадмия.

Аналогичным образом ограничивается кадмий CdSe. Другие материалы, которые можно использовать, включают сульфид свинца, PbS и антимонид индия, InSb.

Хотя для этих фоторезисторов используется полупроводниковый материал, они являются чисто пассивными устройствами, поскольку не имеют PN-перехода, что отделяет их от других фотоприемников, таких как фотодиоды и фототранзисторы.

Обозначение LDR / фоторезистора

Символ LDR, используемый в электронных схемах, основан на символе цепи резистора, но показывает свет в виде сияющих на нем стрелок.Таким образом, он следует тому же соглашению, которое используется для обозначений схем фотодиода и фототранзистора, где стрелки используются для обозначения света, падающего на эти компоненты.

Обозначения схемы фоторезистора / светозависимого резистора

Обозначения схемы светозависимого резистора / фоторезистора показаны как для символа резистора нового типа, т. Е. Прямоугольной рамки, так и для старых обозначений схемы резистора зигзагообразной линией.

Как работает LDR

Относительно легко понять основы работы LDR, не углубляясь в сложные объяснения.Прежде всего необходимо понять, что электрический ток состоит из движения электронов внутри материала.

Хорошие проводники имеют большое количество свободных электронов, которые могут дрейфовать в заданном направлении под действием разности потенциалов. Изоляторы с высоким сопротивлением имеют очень мало свободных электронов, поэтому их трудно заставить двигаться и, следовательно, течь ток.

LDR или фоторезистор - это любой полупроводниковый материал с высоким сопротивлением.Он имеет высокое сопротивление, потому что очень мало электронов, которые свободны и могут двигаться - подавляющее большинство электронов заблокировано в кристаллической решетке и не может двигаться. Следовательно, в этом состоянии наблюдается высокое сопротивление LDR.

Когда свет падает на полупроводник, световые фотоны поглощаются решеткой полупроводника, и часть их энергии передается электронам. Это дает некоторым из них достаточно энергии, чтобы вырваться из кристаллической решетки и проводить электричество.Это приводит к снижению сопротивления полупроводника и, следовательно, к общему сопротивлению LDR.

Процесс прогрессивный, и чем больше света попадает на полупроводник LDR, тем больше электронов высвобождается для проведения электричества, и сопротивление падает.

Фоторезистор / структура LDR

Конструктивно фоторезистор представляет собой светочувствительный резистор с горизонтальным корпусом, на который падает свет.

Базовый формат фоторезистора показан ниже:

Структура фоторезистора

Активная полупроводниковая область обычно наносится на полуизолирующую подложку, а активная область обычно слегка легирована.

Во многих устройствах с дискретными фоторезисторами используется встречно-штыревой рисунок для увеличения площади фоторезистора, подвергающейся воздействию света. Рисунок вырезан в металлизации на поверхности активной области, и это пропускает свет. Две металлические поверхности действуют как два контакта резистора. Эта область должна быть относительно большой, потому что сопротивление контакта с активной областью необходимо минимизировать.

Структура фоторезистора с встречно-штыревым рисунком для увеличения площади экспонирования.

Этот тип структуры широко используется для многих небольших фоторезисторов или светозависимых резисторов, которые можно увидеть. Межпальцевой узор довольно узнаваем.

Материалы, используемые для фоторезистов, являются полупроводниками и включают такие материалы, как CdSe, CdS, CdTe, InSb, InP, PbS, PbSe, Ge, Is, GaAs. Каждый материал имеет разные свойства с точки зрения длины волны чувствительности и т. Д.

В связи с экологической опасностью использования кадмия, этот материал не используется в продуктах в Европе.

Типы фоторезисторов

Светозависимые резисторы, LDR или фоторезисторы делятся на один из двух типов или категорий:

  • Собственные фоторезисторы: Собственные фоторезисторы используют нелегированные полупроводниковые материалы, включая кремний или германий. Фотоны, падающие на LDR, возбуждают электроны, перемещая их из валентной зоны в зону проводимости. В результате эти электроны могут свободно проводить электричество. Чем больше света попадает на устройство, тем больше выделяется электронов и тем выше уровень проводимости, а это приводит к более низкому уровню сопротивления.
  • Внешние фоторезисторы: Внешние фоторезисторы изготавливаются из полупроводниковых материалов, легированных примесями. Эти примеси или легирующие примеси создают новую энергетическую зону над существующей валентной зоной. В результате электронам требуется меньше энергии для передачи в зону проводимости из-за меньшей ширины запрещенной зоны.

Независимо от типа светозависимого резистора или фоторезистора, оба типа демонстрируют увеличение проводимости или падение сопротивления с увеличением уровня падающего света.

Частотная зависимость ЛДР

Показано, что чувствительность фоторезисторов зависит от длины волны света, падающего на чувствительную область устройства. Эффект очень заметен, и было обнаружено, что если длина волны выходит за пределы заданного диапазона, то заметного эффекта нет.

Устройства, изготовленные из разных материалов, по-разному реагируют на свет с разной длиной волны, а это означает, что разные электронные компоненты могут использоваться для разных приложений.

Также обнаружено, что внешние фоторезисты имеют тенденцию быть более чувствительными к свету с большей длиной волны и могут использоваться для инфракрасного излучения. Однако при работе с инфракрасным светом необходимо соблюдать осторожность, чтобы избежать перегрева, вызванного, но отталкивающим эффектом излучения.

Задержка фоторезистора / светозависимого резистора

Одним из важных аспектов, связанных с фоторезисторами или светозависимыми резисторами, является задержка или время, необходимое электронному компоненту для реакции на любые изменения.Этот аспект может быть особенно важным для схемотехники.

Требуется заметное количество времени от любых изменений уровня освещенности, прежде чем LDR / фоторезистор достигнет своего окончательного значения для нового уровня света, и по этой причине LDR / фоторезистор не является хорошим выбором там, где есть достаточно быстро меняющиеся значения света. Однако когда световые изменения происходят в течение определенного периода времени, их более чем достаточно.

Скорость изменения сопротивления называется скоростью восстановления сопротивления.LDR / фоторезистор обычно реагирует в течение нескольких десятков миллисекунд, когда свет включается после полной темноты, но когда свет убирается, может потребоваться секунда или около того, чтобы сопротивление достигло своего конечного уровня.

Именно по этой причине одна из спецификаций, обычно приводимых в технических описаниях электронных компонентов для фоторезисторов, - это темновое сопротивление через заданное время, обычно в секундах. Часто цитируются два значения: одно для одной секунды, а другое для пяти секунд.Они дали указание на задержку резистора.

Применение фоторезисторов

Фоторезисторы

находят применение во многих различных приложениях, и их можно встретить во многих различных конструкциях электронных схем. Они имеют очень простую конструкцию и являются недорогими и прочными устройствами. Они широко используются во многих различных элементах электронного оборудования и схемотехнике, включая фотографические люксметры, пожарную или дымовую сигнализацию, а также охранную сигнализацию, а также находят применение в качестве средств управления освещением для уличных фонарей.

Внешние фоторезисторы

обеспечивают чувствительность для более длинных волн, и в результате они популярны в различных конструкциях электронных схем в качестве фотоприемников информационного красного цвета. Фоторезисторы также могут использоваться для обнаружения ядерной радиации.

Характеристики светозависимого резистора

Существует несколько спецификаций, которые важны для светозависимых резисторов, LDR / фоторезисторов при рассмотрении их использования в любой конструкции электронных схем.

Эти характеристики фоторезистора включают:


Основные технические характеристики LDR / фоторезистора
Параметр Детали
Макс.рассеиваемая мощность Это максимальная мощность, которую устройство способно рассеять в заданном температурном диапазоне.Снижение номинальных характеристик может применяться выше определенной температуры.
Максимальное рабочее напряжение В частности, поскольку устройство является полупроводниковым, необходимо соблюдать максимальное рабочее напряжение. Обычно это 0 люкс, то есть темнота.
Пиковая длина волны В этой спецификации фоторезистора указана длина волны максимальной чувствительности. В некоторых случаях могут быть представлены кривые для общего отклика. Длина волны указана в нм
Сопротивление при освещении Сопротивление при освещении является ключевым параметром для любого фоторезистора.Часто минимальное и максимальное сопротивление дается при определенных условиях освещения, часто 10 люкс. Минимальное и максимальное значение могут быть указаны из-за вероятного разброса. Состояние «полностью включено» может также возникать при сильном освещении, например, при сильном освещении. 100 люкс.
Темное сопротивление Для фоторезистора будут указаны значения темнового сопротивления. Они могут быть указаны по истечении заданного времени, потому что требуется время, чтобы сопротивление снизилось по мере рекомбинации носителей заряда - фоторезисторы отличаются малым временем отклика.

Типичный светозависимый резистор, технические характеристики LDR / фоторезистора могут быть:


Пример технических характеристик фоторезистора
Параметр Примеры фигур
Макс.рассеиваемая мощность 200 мВт
Максимальное напряжение при 0 люкс 200В
Пиковая длина волны 600 нм
Мин.сопротивление при 10 люкс 1,8 кОм
Макс. сопротивление при 10 люкс 4,5 кОм
Тип. сопротивление при 100 люкс 0,7 кОм
Темное сопротивление через 1 сек 0,03 МОм
Темное сопротивление через 5 секунд 0,25 МОм

LDR - это очень полезные электронные компоненты, которые можно использовать для различных светочувствительных приложений и связанных с ними конструкций электронных схем.Поскольку сопротивление LDR изменяется в таком широком диапазоне, они особенно полезны, и существует множество схем LDR, выходящих за рамки показанных здесь. Чтобы использовать эти электронные компоненты, необходимо кое-что знать о том, как работает LDR, что было объяснено выше.

Другие электронные компоненты:
резисторы Конденсаторы Индукторы Кристаллы кварца Диоды Транзистор Фототранзистор Полевой транзистор Типы памяти Тиристор Разъемы Разъемы RF Клапаны / трубки Аккумуляторы Переключатели Реле
Вернуться в меню «Компоненты».

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *