Fotorresistor: dispositivo, princípio de operação, características

Na indústria e na eletrônica de consumo, os fotoresistores são usados ​​para medir a luz, contar algo, identificar obstáculos e muito mais. Seu objetivo principal é converter a quantidade de luz que incide sobre a área sensível em um sinal elétrico útil. O sinal pode então ser processado por um circuito lógico digital analógico ou um circuito baseado em microcontrolador. Neste artigo, contaremos como funciona um fotorresistor e como suas propriedades mudam sob a influência da luz.

Conceitos básicos e dispositivo

Um fotorresistor é um dispositivo semicondutor cuja resistência (condutividade, se conveniente) muda dependendo de quanto sua superfície sensível é iluminada. Estruturalmente, eles são encontrados em vários designs. Os elementos mais comuns desse design são mostrados na figura abaixo. Ao mesmo tempo, para trabalhos em condições específicas, é possível encontrar fotoresistores encerrados em uma caixa de metal com uma janela pela qual a luz entra na superfície sensível. Abaixo você pode ver sua designação gráfica convencional no diagrama.

Interessante: a mudança na resistência sob a influência de um fluxo de luz é chamada de efeito fotoresistivo.

O princípio de funcionamento é o seguinte: entre dois eletrodos condutores existe um semicondutor (em a figura é mostrada em vermelho), quando o semicondutor não está iluminado - sua resistência é alta, até unidades MOhm. Quando esta área é iluminada, sua condutividade aumenta drasticamente e a resistência diminui de acordo.

Materiais como sulfeto de cádmio, sulfeto de chumbo, selenito de cádmio e outros podem ser usados ​​como semicondutores. A escolha do material na fabricação de um fotorresistor depende de sua característica espectral. Em palavras simples - a faixa de cores (comprimentos de onda) quando iluminada pela qual a resistência do elemento mudará corretamente. Portanto, ao escolher um fotorresistor, você precisa levar em consideração em que espectro ele funciona. Por exemplo, para elementos sensíveis a UV, é necessário selecionar aqueles tipos de emissores cujas características espectrais são adequadas para fotorresistores. A figura que descreve as características espectrais de cada um dos materiais é mostrada a seguir.

Uma das perguntas mais frequentes é "O fotorresistor tem polaridade?" A resposta é não. Os fotorresistores não têm uma junção pn, portanto, não importa em que direção a corrente flui. Você pode verificar o fotorresistor usando um multímetro no modo de medição de resistência medindo a resistência do elemento iluminado e escuro.

Você pode ver a dependência aproximada da resistência na iluminação no gráfico abaixo:

Mostra como a corrente muda com uma certa voltagem dependendo da quantidade de luz, onde Ф = 0 - escuridão, e Ф3 - luz brilhante. O gráfico a seguir mostra a mudança na corrente em tensão constante, mas com iluminação variável:

No terceiro gráfico, você pode ver a dependência da resistência na iluminação:

Na imagem abaixo você pode ver como os fotorresistores populares feitos na URSS se parecem:

Os fotorresistores modernos, muito difundidos na prática do caseiro, têm uma aparência um pouco diferente:

A marcação de letras é geralmente usada para designar um elemento.

Características do fotorresistor

Então, fotoresistores têm as principais características que você deve prestar atenção ao escolher:

• Resistência às trevas. Como o nome indica, é a resistência do fotorresistor no escuro, ou seja, na ausência de fluxo luminoso.
• Fotossensibilidade integral - descreve a resposta de um elemento, uma mudança na corrente através dele a uma mudança no fluxo luminoso. Medido em tensão constante em A / lm (ou mA, μA / lm). Designado como S. S = Iph / F, onde Iph é a fotocorrente e F é o fluxo luminoso.

Nesse caso, é a fotocorrente que é indicada. É a diferença entre a corrente escura e a corrente do elemento iluminado, ou seja, a parte que surgiu devido ao efeito fotocondutor (igual ao efeito fotorresistivo).

Observação: a resistência ao escuro, é claro, é típica para cada modelo específico, por exemplo, para FSK-G7 é 5 MΩ e a sensibilidade integral é 0,7 A / lm.

Lembre-se que os fotoresistores possuem uma certa inércia, ou seja, sua resistência não muda imediatamente após a irradiação com um fluxo de luz, mas com um ligeiro atraso. Este parâmetro é chamado de frequência de corte. Esta é a frequência do sinal senoidal que modula o fluxo luminoso através do elemento, na qual a sensibilidade do elemento diminui pela raiz de 2 vezes (1,41). A velocidade dos componentes é geralmente de dezenas de microssegundos (10 ^ (- 5) s). Assim, o uso de um fotorresistor em circuitos onde uma resposta rápida é necessária é limitado e frequentemente desnecessário.

Onde é usado

Quando aprendemos sobre o dispositivo e os parâmetros dos fotorresistores, vamos falar sobre o que serve usando exemplos específicos. Embora o uso de fotorresistores seja limitado por sua velocidade, isso não tornou o campo de aplicação menor.

1. Retransmissão do crepúsculo. Eles também são chamados de retransmissores de foto - são dispositivos que ligam automaticamente a luz à noite. O diagrama abaixo mostra a versão mais simples de tal circuito, usando componentes analógicos e um relé eletromecânico. Sua desvantagem é a ausência de histerese e a possível ocorrência de ruído nos valores de fronteira iluminação, como resultado do qual o relé irá chocalhar ou ligar / desligar com ligeiras flutuações iluminação.
2. Sensores de luz. Com a ajuda de fotoresistores, um fluxo luminoso fraco pode ser detectado. Abaixo está uma implementação de tal dispositivo baseado em ARDUINO UNO.
3. Alarmes. Esses circuitos usam predominantemente elementos que são sensíveis à radiação ultravioleta. O elemento sensível é iluminado pelo emissor, em caso de obstáculo entre eles, um alarme ou um atuador é acionado. Por exemplo, uma catraca no metrô.
4. Sensores para a presença de algo. Por exemplo, na indústria de impressão, fotoresistores podem ser usados ​​para controlar quebras de fita ou o número de folhas alimentadas na impressora. O princípio de operação é semelhante ao discutido acima. Da mesma forma, você pode contar a quantidade de produtos que passaram pela correia transportadora, ou seu tamanho (em uma velocidade conhecida).

Falamos brevemente sobre o que é um fotorresistor, onde ele é usado e como funciona. O uso prático do elemento é muito amplo, por isso é bastante difícil descrever todos os recursos em um artigo. Se você tiver alguma dúvida, escreva nos comentários.

Por fim, recomendamos assistir a um vídeo útil sobre o assunto:

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