Photorésistance: appareil, principe de fonctionnement, caractéristiques

Dans l'industrie et l'électronique grand public, les photorésistances sont utilisées pour mesurer la lumière, compter quelque chose, identifier les obstacles, etc. Son objectif principal est de convertir la quantité de lumière tombant sur la zone sensible en un signal électrique utile. Le signal peut ensuite être traité par un circuit logique numérique analogique ou un circuit à microcontrôleur. Dans cet article, nous allons vous expliquer comment fonctionne une photorésistance et comment ses propriétés changent sous l'influence de la lumière.

Concepts de base et appareil

Une photorésistance est un dispositif semi-conducteur dont la résistance (conductivité, si cela est pratique) change en fonction de la quantité d'éclairage de sa surface sensible. Structurellement, ils se trouvent dans diverses conceptions. Les éléments les plus courants de cette conception sont illustrés dans la figure ci-dessous. Parallèlement, pour travailler dans des conditions spécifiques, il est possible de trouver des photorésistances enfermées dans un boîtier métallique avec une fenêtre par laquelle la lumière pénètre dans la surface sensible. Ci-dessous, vous pouvez voir sa désignation graphique conventionnelle sur le diagramme.

Intéressant: le changement de résistance sous l'influence d'un flux lumineux est appelé effet photorésistif.

Le principe de fonctionnement est le suivant: entre deux électrodes conductrices se trouve un semi-conducteur (sur le chiffre est affiché en rouge), lorsque le semi-conducteur n'est pas éclairé - sa résistance est élevée, jusqu'à des unités MOhm. Lorsque cette zone est éclairée, sa conductivité augmente fortement et la résistance diminue en conséquence.

Des matériaux tels que le sulfure de cadmium, le sulfure de plomb, le sélénite de cadmium et d'autres peuvent être utilisés comme semi-conducteurs. Le choix du matériau dans la fabrication d'une photorésistance dépend de sa caractéristique spectrale. En termes simples - la gamme de couleurs (longueurs d'onde) lorsqu'elle est éclairée par laquelle la résistance de l'élément changera correctement. Par conséquent, lors du choix d'une photorésistance, vous devez prendre en compte le spectre dans lequel elle fonctionne. Par exemple, pour les éléments sensibles aux UV, il est nécessaire de sélectionner les types d'émetteurs dont les caractéristiques spectrales conviennent aux photorésistances. La figure qui décrit les caractéristiques spectrales de chacun des matériaux est présentée ci-dessous.

L'une des questions fréquemment posées est « La photorésistance a-t-elle une polarité? » La réponse est non. Les photorésistances n'ont pas de jonction pn, donc peu importe dans quelle direction le courant circule. Vous pouvez vérifier la photorésistance à l'aide d'un multimètre en mode mesure de résistance en mesurant la résistance de l'élément éclairé et assombri.

Vous pouvez voir la dépendance approximative de la résistance à l'éclairage dans le graphique ci-dessous :

Il montre comment le courant change à une certaine tension en fonction de la quantité de lumière, où Ф = 0 - obscurité et Ф3 - lumière vive. Le graphique suivant montre l'évolution du courant à tension constante, mais éclairage variable :

Dans le troisième graphique, vous pouvez voir la dépendance de la résistance à l'éclairage :

Dans l'image ci-dessous, vous pouvez voir à quoi ressemblent les photorésistances populaires fabriquées en URSS :

Les photorésistances modernes, très répandues dans la pratique du fait-maison, ont un aspect un peu différent :

Le marquage par lettre est généralement utilisé pour désigner un élément.

Caractéristiques de la photorésistance

Ainsi, les photorésistances ont les principales caractéristiques auxquelles vous faites attention lors du choix :

• Résistance sombre. Comme son nom l'indique, il s'agit de la résistance de la photorésistance dans l'obscurité, c'est-à-dire en l'absence de flux lumineux.
• Photosensibilité intégrale - décrit la réponse d'un élément, un changement de courant qui le traverse à un changement de flux lumineux. Mesuré à tension constante en A/lm (ou mA, μA/lm). Désigné comme S. S = Iph / F, où Iph est le photocourant, et F est le flux lumineux.

Dans ce cas, c'est le photocourant qui est indiqué. C'est la différence entre le courant d'obscurité et le courant de l'élément illuminé, c'est-à-dire la partie résultant de l'effet de photoconduction (le même que l'effet photorésistif).

Noter: la résistance à l'obscurité, bien sûr, est typique pour chaque modèle spécifique, par exemple, pour le FSK-G7, elle est de 5 MΩ et la sensibilité intégrale est de 0,7 A / lm.

N'oubliez pas que les photorésistances ont une certaine inertie, c'est-à-dire que leur résistance ne change pas immédiatement après l'irradiation avec un flux lumineux, mais avec un léger retard. Ce paramètre est appelé fréquence de coupure. Il s'agit de la fréquence du signal sinusoïdal modulant le flux lumineux à travers l'élément, à laquelle la sensibilité de l'élément diminue de la racine de 2 fois (1,41). La vitesse des composants est généralement de quelques dizaines de microsecondes (10 ^ (- 5) s). Ainsi, l'utilisation d'une photorésistance dans les circuits où une réponse rapide est requise est limitée et souvent inutile.

Où est utilisé

Lorsque nous avons entendu parler du dispositif et des paramètres des photorésistances, parlons de ce à quoi cela sert à l'aide d'exemples spécifiques. Bien que l'utilisation des photorésistances soit limitée par leur vitesse, cela n'a pas réduit le champ d'application.

1. Relais crépusculaires. Ils sont également appelés relais photo - ce sont des dispositifs permettant d'allumer automatiquement la lumière la nuit. Le schéma ci-dessous montre la version la plus simple d'un tel circuit, utilisant des composants analogiques et un relais électromécanique. Son inconvénient est l'absence d'hystérésis et l'apparition possible de cliquetis aux valeurs limites éclairage, à la suite duquel le relais vibrera ou s'allumera / s'éteindra avec de légères fluctuations éclairage.
2. Capteurs de lumière. À l'aide de photorésistances, un faible flux lumineux peut être détecté. Vous trouverez ci-dessous une implémentation d'un tel dispositif basé sur ARDUINO UNO.
3. Alarmes. De tels circuits utilisent majoritairement des éléments sensibles au rayonnement ultraviolet. L'élément sensible est éclairé par l'émetteur, en cas d'obstacle entre eux, une alarme ou un actionneur est déclenché. Par exemple, un tourniquet dans le métro.
4. Capteurs de présence de quelque chose. Par exemple, dans l'industrie de l'imprimerie, les photorésistances peuvent être utilisées pour contrôler les ruptures de ruban ou le nombre de feuilles introduites dans la presse. Le principe de fonctionnement est similaire à celui évoqué ci-dessus. De la même manière, vous pouvez compter la quantité de produits passés le long de la bande transporteuse, ou sa taille (à une vitesse connue).

Nous avons brièvement expliqué ce qu'est une photorésistance, où elle est utilisée et comment elle fonctionne. L'utilisation pratique de l'élément est très large, il est donc assez difficile de décrire toutes les fonctionnalités dans un seul article. Si vous avez des questions, écrivez-les dans les commentaires.

Enfin, nous vous recommandons de regarder une vidéo utile sur le sujet :

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