Fotootpornik: uređaj, princip rada, karakteristike

U industriji i potrošačkoj elektronici fotootpornici se koriste za mjerenje svjetlosti, brojanje nečega, prepoznavanje prepreka i još mnogo toga. Njegova je glavna svrha pretvoriti količinu svjetlosti koja pada na osjetljivo područje u koristan električni signal. Signal se tada može obraditi analognim, digitalnim logičkim sklopom ili sklopom baziranim na mikrokontroleru. U ovom članku ćemo vam reći kako fotootpornik radi i kako se njegova svojstva mijenjaju pod utjecajem svjetlosti.

Osnovni pojmovi i uređaj

Fotootpornik je poluvodički uređaj čiji se otpor (vodljivost, ako je prikladno) mijenja ovisno o tome koliko je njegova osjetljiva površina osvijetljena. Strukturno se nalaze u različitim izvedbama. Najčešći elementi ovog dizajna su prikazani na donjoj slici. Istodobno, za rad u specifičnim uvjetima moguće je pronaći fotootpornike zatvorene u metalno kućište s prozorčićem kroz koji svjetlost ulazi u osjetljivu površinu. U nastavku možete vidjeti njegovu konvencionalnu grafičku oznaku na dijagramu.

Zanimljiv: promjena otpora pod utjecajem svjetlosnog toka naziva se fotootporni efekt.

Princip rada je sljedeći: između dvije vodljive elektrode nalazi se poluvodič (uključen slika je prikazana crvenom bojom), kada poluvodič nije osvijetljen - njegov otpor je visok, do jedinica MOhm. Kada je ovo područje osvijetljeno, njegova vodljivost naglo raste, a otpor prema tome opada.

Materijali kao što su kadmij sulfid, olovni sulfid, kadmij selenit i drugi mogu se koristiti kao poluvodiči. Izbor materijala za izradu fotootpornika ovisi o njegovoj spektralnoj karakteristici. Jednostavnim riječima – raspon boja (valnih duljina) pri osvjetljenju kojim će se otpor elementa ispravno promijeniti. Stoga, pri odabiru fotootpornika, morate uzeti u obzir u kojem spektru radi. Na primjer, za UV osjetljive elemente potrebno je odabrati one vrste emitera čije su spektralne karakteristike prikladne za fotootpornike. Slika koja opisuje spektralne karakteristike svakog od materijala prikazana je u nastavku.

Jedno od često postavljanih pitanja je "Ima li fotootpornik polaritet?" Odgovor je ne. Fotootpornici nemaju pn spoj pa je svejedno u kojem smjeru struja teče. Fotootpornik možete provjeriti pomoću multimetra u načinu mjerenja otpora mjerenjem otpora osvijetljenog i zatamnjenog elementa.

Približnu ovisnost otpora o osvjetljenju možete vidjeti na grafikonu ispod:

Pokazuje kako se struja mijenja pri određenom naponu ovisno o količini svjetlosti, gdje je F = 0 - tama, a F3 - jako svjetlo. Sljedeći grafikon prikazuje promjenu struje pri konstantnom naponu, ali različitom osvjetljenju:

Na trećem grafikonu možete vidjeti ovisnost otpora o osvjetljenju:

Na slici ispod možete vidjeti kako izgledaju popularni fotootpornici proizvedeni u SSSR-u:

Moderni fotootpornici, koji su široko rasprostranjeni u praksi domaće izrade, izgledaju malo drugačije:

Označavanje slovom obično se koristi za označavanje elementa.

Karakteristike fotootpornika

Dakle, fotootpornici imaju glavne karakteristike na koje obratite pažnju pri odabiru:

• Tamni otpor. Kao što naziv implicira, ovo je otpor fotootpornika u mraku, odnosno u nedostatku svjetlosnog toka.
• Integralna fotoosjetljivost – opisuje odgovor elementa, promjenu struje kroz njega na promjenu svjetlosnog toka. Mjereno pri konstantnom naponu u A / lm (ili mA, μA / lm). Označen kao S. S = Iph / F, gdje je Iph fotostruja, a F svjetlosni tok.

U ovom slučaju je indicirana fotostruja. To je razlika između tamne struje i struje osvijetljenog elementa, odnosno dijela koji je nastao zbog fotokonduktivnog efekta (isto kao i fotootporni efekt).

Bilješka: tamni otpor, naravno, tipičan je za svaki određeni model, na primjer, za FSK-G7 je 5 MΩ, a integralna osjetljivost je 0,7 A / lm.

Zapamtite da fotootpornici imaju određenu inerciju, odnosno njegov se otpor ne mijenja odmah nakon zračenja svjetlosnim tokom, već s malim zakašnjenjem. Ovaj parametar se naziva granična frekvencija. Ovo je frekvencija sinusoidnog signala koji modulira svjetlosni tok kroz element, pri čemu se osjetljivost elementa smanjuje za korijen 2 puta (1,41). Brzina komponenti je obično unutar desetaka mikrosekundi (10 ^ (- 5) s). Stoga je uporaba fotootpornika u krugovima gdje je potreban brzi odgovor ograničena i često nepotrebna.

Gdje se koristi

Kada smo naučili o uređaju i parametrima fotootpornika, razgovarajmo o tome čemu služi na konkretnim primjerima. Iako je upotreba fotootpornika ograničena njihovom brzinom, to nije smanjilo područje primjene.

1. Releji sumraka. Nazivaju se i foto releji - to su uređaji za automatsko paljenje svjetla noću. Donji dijagram prikazuje najjednostavniju verziju takvog kruga, koristeći analogne komponente i elektromehanički relej. Nedostatak mu je odsutnost histereze i moguća pojava zveckanja na graničnim vrijednostima osvjetljenje, zbog čega će relej zveckati ili se uključiti / isključiti uz male fluktuacije osvjetljenje.
2. Svjetlosni senzori. Uz pomoć fotootpornika može se detektirati slab svjetlosni tok. Ispod je implementacija takvog uređaja temeljenog na ARDUINO UNO.
3. Alarmi. Takvi sklopovi uglavnom koriste elemente koji su osjetljivi na ultraljubičasto zračenje. Osjetljivi element osvjetljava emiter, u slučaju prepreke između njih, aktivira se alarm ili aktuator. Na primjer, okretnica u podzemnoj željeznici.
4. Senzori za prisutnost nečega. Na primjer, u tiskarskoj industriji, fotootpornici se mogu koristiti za kontrolu prekida vrpce ili broja listova koji se unose u tisak. Princip rada sličan je gore opisanom. Na isti način možete izbrojati količinu proizvoda koji prolaze kroz pokretnu traku, odnosno njegovu veličinu (pri poznatoj brzini).

Ukratko smo razgovarali o tome što je fotootpornik, gdje se koristi i kako radi. Praktična upotreba elementa je vrlo široka, pa je prilično teško opisati sve značajke unutar jednog članka. Ako imate bilo kakvih pitanja - napišite ih u komentarima.

Na kraju, preporučujemo da pogledate koristan video na tu temu:

Vjerojatno ne znate:

• Kako napraviti foto relej vlastitim rukama
• Kako spojiti senzor pokreta za osvjetljenje
• Što je otpornik i čemu služi