Fotoellenállás: eszköz, működési elv, jellemzők

Az iparban és a fogyasztói elektronikában a fotoellenállásokat fénymérésre, valami megszámlálására, akadályok azonosítására stb. Fő célja, hogy az érzékeny területre eső fény mennyiségét hasznos elektromos jellé alakítsa át. A jel ezután feldolgozható egy analóg, digitális logikai áramkörrel vagy egy mikrokontroller alapú áramkörrel. Ebben a cikkben elmondjuk, hogyan működik a fotoellenállás, és hogyan változnak a tulajdonságai a fény hatására.

Alapfogalmak és eszköz

A fotoellenállás olyan félvezető eszköz, amelynek ellenállása (ha szükséges, vezetőképessége) attól függően változik, hogy mennyire van megvilágítva az érzékeny felület. Szerkezetileg különféle kivitelben találhatók. Ennek a kialakításnak a leggyakoribb elemei az alábbi ábrán láthatók. Ugyanakkor a speciális körülmények között végzett munkához fém tokba zárt fotoellenállásokat találhatunk ablakkal, amelyen keresztül a fény az érzékeny felületre jut. Az alábbiakban a diagramon látható hagyományos grafikus jelölése.

Érdekes: a fényáram hatására bekövetkező ellenállásváltozást fotorezisztív hatásnak nevezzük.

A működés elve a következő: két vezető elektróda között van egy félvezető (be az ábra pirossal látható), ha a félvezető nincs megvilágítva - az ellenállása nagy, legfeljebb egység MOhm. Ha ez a terület meg van világítva, vezetőképessége meredeken megemelkedik, és ennek megfelelően csökken az ellenállás is.

Félvezetőként olyan anyagokat lehet használni, mint a kadmium-szulfid, ólom-szulfid, kadmium-szelenit és mások. Az anyagválasztás a fotoellenállás gyártása során annak spektrális jellemzőitől függ. Egyszerű szavakkal - a színek (hullámhosszak) tartománya megvilágítva, amellyel az elem ellenállása megfelelően változik. Ezért a fotoellenállás kiválasztásakor figyelembe kell venni, hogy milyen spektrumban működik. Például UV-érzékeny elemeknél ki kell választani azokat a típusú emittereket, amelyek spektrális jellemzői alkalmasak a fotoellenállásokra. Az alábbiakban az egyes anyagok spektrális jellemzőit leíró ábra látható.

Az egyik gyakran feltett kérdés: "Van a fotoellenállás polaritása?" A válasz nem. A fotoellenállások nem rendelkeznek pn átmenettel, így nem mindegy, hogy milyen irányba folyik az áram. Ellenőrizheti a fotoellenállást multiméterrel ellenállásmérési módban a megvilágított és elsötétített elem ellenállásának mérésével.

Az alábbi grafikonon láthatja az ellenállás hozzávetőleges függését a megvilágítástól:

Megmutatja, hogyan változik az áram egy bizonyos feszültség mellett a fény mennyiségétől függően, ahol Ф = 0 - sötétség, és Ф3 - erős fény. A következő grafikon az áram változását mutatja állandó feszültség mellett, változó megvilágítás mellett:

A harmadik grafikonon az ellenállás megvilágítástól való függése látható:

Az alábbi képen láthatja, hogyan néznek ki a Szovjetunióban készült népszerű fotoellenállások:

A modern fotoellenállások, amelyek széles körben elterjedtek a házi készítésű gyakorlatban, kissé másképp néznek ki:

A betűjelölést általában egy elem megjelölésére használják.

A fotoellenállás jellemzői

Tehát a fotoellenállásoknak megvannak a főbb jellemzői, amelyekre a választás során figyelni kell:

• Sötét ellenállás. Ahogy a neve is sugallja, ez a fotoellenállás ellenállása sötétben, azaz fényáram hiányában.
• Integrált fényérzékenység - egy elem reakcióját írja le, az átmenő áram változását a fényáram változására. Állandó feszültségen mérve A / lm-ben (vagy mA, μA / lm-ben). S-ként jelölve. S = Iph / F, ahol Iph a fényáram, F pedig a fényáram.

Ebben az esetben a fényáram kerül feltüntetésre. Ez a különbség a sötét áram és a megvilágított elem árama között, vagyis a fotokondukciós hatás miatt keletkezett rész között (ugyanúgy, mint a fotorezisztív effektus).

Jegyzet: a sötét ellenállás természetesen minden egyes modellre jellemző, például az FSK-G7 esetében 5 MΩ, az integrált érzékenység pedig 0,7 A / lm.

Ne feledje, hogy a fotoellenállásoknak van egy bizonyos tehetetlensége, azaz ellenállása nem változik közvetlenül a fényárammal történő besugárzás után, hanem kis késéssel. Ezt a paramétert vágási frekvenciának nevezzük. Ez az elemen áthaladó fényáramot moduláló szinuszos jel frekvenciája, amelynél az elem érzékenysége 2-szeresére (1,41) csökken. Az alkatrészek sebessége általában tíz mikroszekundum (10 ^ (- 5) s) belül van. Így a fotoellenállás használata olyan áramkörökben, ahol gyors válaszra van szükség, korlátozott és gyakran szükségtelen.

Hol használják

Amikor megismertük a fotoellenállások eszközét és paramétereit, konkrét példákon keresztül beszéljünk arról, hogy mire való. Bár a fotoellenállások használatát korlátozza a sebességük, ez nem csökkentette az alkalmazási területet.

1. Alkonyat relék. Ezeket fotóreléknek is nevezik - ezek olyan eszközök, amelyek automatikusan bekapcsolják a fényt éjszaka. Az alábbi diagram egy ilyen áramkör legegyszerűbb változatát mutatja, analóg alkatrészeket és elektromechanikus relét használva. Hátránya a hiszterézis hiánya és a határértékeknél előforduló zörgés megvilágítás, aminek következtében a relé zörög vagy kis ingadozásokkal be-/kikapcsol megvilágítás.
2. Fényérzékelők. A fotoellenállások segítségével a gyenge fényáram kimutatható. Az alábbiakban egy ilyen eszköz ARDUINO UNO-n alapuló megvalósítása látható.
3. Riasztások. Az ilyen áramkörök túlnyomórészt ultraibolya sugárzásra érzékeny elemeket használnak. Az érzékeny elemet az emitter megvilágítja, ha akadály van közöttük, riasztás vagy működtető indul. Például egy forgókapu a metróban.
4. Érzékelők valami jelenlétére. Például a nyomdaiparban fotoellenállásokkal szabályozható a szalagtörés vagy a nyomdagépbe betáplált lapok száma. A működési elv hasonló a fentebb tárgyalthoz. Ugyanígy számolhatja meg a szállítószalagon áthaladó termékek mennyiségét vagy méretét (ismert sebességgel).

Röviden beszéltünk arról, hogy mi az a fotoellenállás, hol használják és hogyan működik. Az elem gyakorlati felhasználása nagyon széles, így meglehetősen nehéz az összes jellemzőt egy cikkben leírni. Ha bármilyen kérdése van - írja meg őket a megjegyzésekben.

Végül javasoljuk, hogy nézzen meg egy hasznos videót a témában:

Valószínűleg nem tudod:

• Hogyan készítsünk fotórelét saját kezűleg
• Hogyan csatlakoztassunk mozgásérzékelőt világításhoz
• Mi az ellenállás és mire való