Co to są fotorezystory, jak działają i gdzie są używane

Podstawowe pojęcia i urządzenie

Fotorezystor to urządzenie półprzewodnikowe, którego rezystancja (jeśli jest to dogodne - przewodnictwo) zmienia się w zależności od tego, jak bardzo jego wrażliwa powierzchnia jest oświetlona. Strukturalnie występujący w różnych wzorach. Najczęstsze elementy tego projektu, jak pokazano na poniższym rysunku. Jednocześnie, aby pracować w określonych warunkach, można znaleźć fotorezystory zamknięte w metalowej obudowie z oknem, przez które światło wpada na wrażliwą powierzchnię. Poniżej widać jego symbol graficzny na schemacie.

Ciekawy: zmiana rezystancji pod wpływem strumienia światła nazywana jest efektem fotorezystywnym.

Zasada działania jest następująca: między dwiema elektrodami przewodzącymi znajduje się półprzewodnik (pokazany na czerwono na rysunku), gdy półprzewodnik nie jest podświetlony - jego rezystancja jest wysoka, do kilku megaomów. Gdy obszar ten jest oświetlony, jego przewodnictwo gwałtownie wzrasta, a rezystancja odpowiednio maleje.

Jako półprzewodnik można zastosować takie materiały, jak siarczek kadmu, siarczek ołowiu, selenin kadmu i inne. Charakterystyka spektralna zależy od wyboru materiału do produkcji fotorezystora. Mówiąc najprościej - zakres kolorów (długości fal), gdy są oświetlone, dzięki czemu opór elementu zmieni się poprawnie. Dlatego wybierając fotorezystor, musisz rozważyć, w jakim spektrum działa. Na przykład w przypadku elementów wrażliwych na promieniowanie UV należy wybrać typy emiterów, których właściwości spektralne są odpowiednie dla fotorezystorów. Rysunek opisujący właściwości spektralne każdego z materiałów pokazano poniżej.

Często zadawane pytanie brzmi: „Czy w fotorezystorze występuje polaryzacja?” Odpowiedź brzmi nie. Fotorezystory nie mają złącza pn, więc nie ma znaczenia, w którym kierunku płynie prąd. Fotorezystor można sprawdzić za pomocą multimetru w trybie pomiaru rezystancji, mierząc rezystancję oświetlonego i przyciemnionego elementu.

Przybliżoną zależność rezystancji od oświetlenia można zobaczyć na poniższym wykresie:

Tutaj pokazano, jak zmienia się prąd przy pewnym napięciu w zależności od ilości światła, gdzie Ф = 0 to ciemność, a Ф3 to jasne światło.Poniższy wykres pokazuje zmianę prądu przy stałym napięciu, ale zmieniające się oświetlenie:

Na trzecim wykresie widać zależność rezystancji od światła:

Na poniższym rysunku możesz zobaczyć, jak wyglądają popularne fotorezystory wyprodukowane w ZSRR:

Nowoczesne fotorezystory, które są szeroko stosowane w praktyce majsterkowiczów, wyglądają nieco inaczej:

Element jest zwykle oznaczony literą.

Charakterystyka fotorezystora

Fotorezystory mają więc główne cechy, na które należy zwrócić uwagę przy wyborze:

• Odporność na ciemność. Jak sama nazwa wskazuje, jest to opór fotorezystora w ciemności, to znaczy przy braku strumienia światła.
• Zintegrowana światłoczułość - opisuje reakcję elementu, zmianę prądu przez niego na zmianę strumienia świetlnego. Mierzone przy stałym napięciu w A / lm (lub mA, µA / lm). Jest oznaczony jako S. S = Iph / F, gdzie Iph jest fotoprądem, a F jest strumieniem światła.

W takim przypadku wskazany jest fotoprąd. Jest to różnica między prądem ciemnym a prądem oświetlonego elementu, to znaczy części, która powstała z powodu efektu fotoprzewodzenia (tak samo jak efekt fotorezystywny).

Uwaga: odporność na ciemność jest oczywiście charakterystyczna dla każdego konkretnego modelu, na przykład dla FSK-G7 - wynosi 5 megaomów, a integralna czułość wynosi 0,7 A / lm.

Pamiętaj, że fotorezystory mają pewną bezwładność, to znaczy ich oporność nie zmienia się natychmiast po ekspozycji na strumień światła, ale z niewielkim opóźnieniem. Ten parametr nazywa się częstotliwością odcięcia. Jest to częstotliwość sygnału sinusoidalnego modulującego strumień światła przez element, przy której czułość elementu maleje dwukrotnie (1,41). Prędkość komponentów zwykle leży w dziesiątkach mikrosekund (10 ^ (- 5) s). Zatem zastosowanie fotorezystora w obwodach, w których potrzebna jest szybka reakcja, jest ograniczone i często nieuzasadnione.

Gdzie jest używany

Kiedy dowiedzieliśmy się o urządzeniu i parametrach fotorezystorów, porozmawiajmy o tym, dlaczego jest to potrzebne, z konkretnymi przykładami. Chociaż użycie fotorezystorów jest ograniczone ich szybkością, zakres nie jest mniejszy.

1. Przekaźniki zmierzchowe. Nazywane są również fotoprzekaźnikiem - są to urządzenia do automatycznego włączania światła w ciemności. Poniższy schemat pokazuje najprostszą wersję takiego obwodu, na komponentach analogowych i przekaźniku elektromechanicznym. Jego wadą jest brak histerezy i możliwe występowanie grzechotania przy transgranicznych wartościach oświetlenia, w wyniku czego przekaźnik grzechota lub włącza się lub wyłącza z niewielkimi wahaniami oświetlenia.
2. Czujniki światła. Za pomocą fotorezystorów można wykryć słaby strumień świetlny. Poniżej znajduje się implementacja takiego urządzenia opartego na ARDUINO UNO.
3. Alarmy Takie obwody wykorzystują przede wszystkim elementy wrażliwe na promieniowanie ultrafioletowe. Wrażliwy element jest oświetlany przez nadajnik, w przypadku przeszkody między nimi wyzwalany jest alarm lub siłownik. Na przykład kołowrót w metrze.
4. Czujniki obecności czegoś. Na przykład w branży drukarskiej za pomocą fotorezystorów można kontrolować zerwanie taśmy papierowej lub liczbę arkuszy podawanych do maszyny drukarskiej. Zasada działania jest podobna do omówionej powyżej. W ten sam sposób można uwzględnić ilość produktów, które przeszły wzdłuż przenośnika taśmowego lub jego wielkość (przy znanej prędkości).

Krótko rozmawialiśmy o tym, czym jest fotorezystor, gdzie jest używany i jak działa. Praktyczne zastosowanie tego elementu jest bardzo szerokie, dlatego trudno jest opisać wszystkie funkcje w jednym artykule. Jeśli masz jakieś pytania - napisz je w komentarzach.

Na koniec zalecamy obejrzenie przydatnego filmu na ten temat:

Na pewno nie wiesz:

• Jak zrobić przekaźnik zdjęć, zrób to sam
• Jak podłączyć czujnik ruchu do oświetlenia
• Co to jest rezystor i do czego służy?