Fotorezistor: zařízení, princip činnosti, vlastnosti

V průmyslu a spotřební elektronice se fotorezistory používají k měření světla, počítání něčeho, identifikaci překážek a podobně. Jeho hlavním účelem je převést množství světla dopadajícího na citlivou oblast na užitečný elektrický signál. Signál pak může být zpracován analogovým, digitálním logickým obvodem nebo obvodem založeným na mikrokontroléru. V tomto článku vám řekneme, jak funguje fotorezistor a jak se mění jeho vlastnosti pod vlivem světla.

Základní pojmy a zařízení

Fotorezistor je polovodičové zařízení, jehož odpor (vodivost, pokud je to vhodné) se mění v závislosti na tom, jak moc je osvětlena jeho citlivá plocha. Strukturálně se nacházejí v různých provedeních. Nejběžnější prvky tohoto designu jsou znázorněny na obrázku níže. Zároveň pro práci ve specifických podmínkách je možné najít fotorezistory uzavřené v kovovém pouzdře s okénkem, kterým světlo vstupuje na citlivou plochu. Níže můžete vidět jeho konvenční grafické označení na schématu.

Zajímavý: změna odporu pod vlivem světelného toku se nazývá fotoodporový efekt.

Princip činnosti je následující: mezi dvěma vodivými elektrodami je polovodič (zap obrázek je znázorněn červeně), když polovodič nesvítí - jeho odpor je vysoký, až jednotek MOhm. Když je tato oblast osvětlena, její vodivost prudce stoupá a odpor odpovídajícím způsobem klesá.

Jako polovodiče lze použít materiály jako sulfid kademnatý, sulfid olovnatý, seleničitan kademnatý a další. Výběr materiálu při výrobě fotorezistoru závisí na jeho spektrální charakteristice. Jednoduše řečeno - rozsah barev (vlnových délek) při osvětlení, kterým se bude správně měnit odpor prvku. Při výběru fotorezistoru je proto potřeba vzít v úvahu, v jakém spektru pracuje. Například pro prvky citlivé na UV záření je nutné vybrat takové typy zářičů, jejichž spektrální charakteristiky jsou vhodné pro fotorezistory. Obrázek, který popisuje spektrální charakteristiky každého z materiálů, je uveden níže.

Jednou z často kladených otázek je "Má fotorezistor polaritu?" Odpověď je ne. Fotorezistory nemají pn přechod, takže je jedno, kterým směrem teče proud. Fotorezistor můžete zkontrolovat pomocí multimetru v režimu měření odporu měřením odporu osvětleného a ztmaveného prvku.

Přibližnou závislost odporu na osvětlení můžete vidět v grafu níže:

Ukazuje, jak se mění proud při určitém napětí v závislosti na množství světla, kde Ф = 0 - tma a Ф3 - jasné světlo. Následující graf ukazuje změnu proudu při konstantním napětí, ale měnícím se osvětlení:

Ve třetím grafu můžete vidět závislost odporu na osvětlení:

Na obrázku níže můžete vidět, jak vypadají oblíbené fotorezistory vyrobené v SSSR:

Moderní fotorezistory, které jsou rozšířené v praxi domácí výroby, vypadají trochu jinak:

Označení písmenem se obvykle používá k označení prvku.

Vlastnosti fotorezistoru

Fotorezistory tedy mají hlavní vlastnosti, kterým při výběru věnujete pozornost:

• Temný odpor. Jak již z názvu vyplývá, jedná se o odpor fotorezistoru ve tmě, tedy při absenci světelného toku.
• Integrální fotosenzitivita - popisuje odezvu prvku, změnu proudu jím na změnu světelného toku. Měřeno při konstantním napětí v A / lm (nebo mA, μA / lm). Označeno jako S. S = Iph / F, kde Iph je fotoproud a F je světelný tok.

V tomto případě je indikován fotoproud. To je rozdíl mezi temným proudem a proudem osvětleného prvku, tedy části, která vznikla vlivem fotovodivého efektu (stejně jako fotoodporový efekt).

Poznámka: temný odpor je samozřejmě typický pro každý konkrétní model, například pro FSK-G7 je to 5 MΩ a integrální citlivost je 0,7 A / lm.

Pamatujte, že fotorezistory mají určitou setrvačnost, to znamená, že jejich odpor se nemění ihned po ozáření světelným tokem, ale s mírným zpožděním. Tento parametr se nazývá mezní frekvence. Jedná se o frekvenci sinusového signálu modulujícího světelný tok prvkem, při kterém se citlivost prvku snižuje odmocninou 2krát (1,41). Rychlost komponent se obvykle pohybuje v řádu desítek mikrosekund (10 ^ (- 5) s). Použití fotorezistoru v obvodech, kde je vyžadována rychlá odezva, je tedy omezené a často zbytečné.

Kde se používá

Když jsme se dozvěděli o zařízení a parametrech fotorezistorů, pojďme si říct, co to je za použití konkrétních příkladů. Ačkoli je použití fotorezistorů omezeno jejich rychlostí, nezmenšilo to oblast použití.

1. Soumraková relé. Říká se jim také fotorelé - jedná se o zařízení pro automatické rozsvícení světla v noci. Níže uvedený diagram ukazuje nejjednodušší verzi takového obvodu s použitím analogových součástek a elektromechanického relé. Jeho nevýhodou je absence hystereze a možný výskyt chrastění při hodnotách blízkých hranici. osvětlení, v důsledku čehož bude relé chrastit nebo se zapínat / vypínat s mírnými výkyvy osvětlení.
2. Světelné senzory. Pomocí fotorezistorů lze detekovat slabý světelný tok. Níže je uvedena implementace takového zařízení založeného na ARDUINO UNO.
3. Alarmy. Takové obvody používají převážně prvky, které jsou citlivé na ultrafialové záření. Citlivý prvek je osvětlen emitorem, v případě překážky mezi nimi se spustí alarm nebo akční člen. Například turniket v metru.
4. Senzory na přítomnost něčeho. Například v polygrafickém průmyslu lze fotorezistory použít ke kontrole přetržení pásky nebo počtu archů podávaných do lisu. Princip činnosti je podobný výše uvedenému. Stejným způsobem můžete spočítat množství produktů prošlých dopravním pásem nebo jeho velikost (při známé rychlosti).

Krátce jsme si řekli, co je to fotorezistor, kde se používá a jak funguje. Praktické využití prvku je velmi široké, takže je poměrně obtížné popsat všechny vlastnosti v rámci jednoho článku. Pokud máte nějaké dotazy - napište je do komentářů.

Nakonec doporučujeme zhlédnout užitečné video na toto téma:

Asi nevíš:

• Jak vytvořit fotografické relé vlastníma rukama
• Jak připojit pohybový senzor pro osvětlení
• Co je to rezistor a k čemu slouží