Fotomotstand: enhet, operasjonsprinsipp, egenskaper

I industri og forbrukerelektronikk brukes fotomotstander til å måle lys, telle noe, identifisere hindringer og mer. Hovedformålet er å konvertere mengden lys som faller på det følsomme området til et nyttig elektrisk signal. Signalet kan deretter behandles av en analog, digital logisk krets eller en mikrokontrollerbasert krets. I denne artikkelen vil vi fortelle deg hvordan en fotoresistor fungerer og hvordan dens egenskaper endres under påvirkning av lys.

Grunnleggende konsepter og enhet

En fotomotstand er en halvlederenhet hvis motstand (konduktivitet, hvis det er praktisk) endres avhengig av hvor mye dens følsomme overflate er opplyst. Strukturelt finnes de i ulike design. De vanligste elementene i dette designet er som vist i figuren nedenfor. Samtidig, for arbeid under spesifikke forhold, er det mulig å finne fotomotstander innelukket i et metallhus med et vindu gjennom hvilket lys kommer inn i den følsomme overflaten. Nedenfor kan du se dens konvensjonelle grafiske betegnelse på diagrammet.

Interessant: endringen i motstand under påvirkning av en lysstrøm kalles den fotoresistive effekten.

Driftsprinsippet er som følger: mellom to ledende elektroder er det en halvleder (på figuren er vist i rødt), når halvlederen ikke er opplyst - motstanden er høy, opptil enheter MOhm. Når dette området er opplyst, øker ledningsevnen kraftig, og motstanden faller tilsvarende.

Materialer som kadmiumsulfid, blysulfid, kadmiumselenitt og andre kan brukes som halvleder. Valget av materiale i fremstillingen av en fotomotstand avhenger av dens spektrale karakteristikk. Med enkle ord - spekteret av farger (bølgelengder) når det er opplyst som motstanden til elementet vil endres riktig. Derfor, når du velger en fotoresistor, må du ta hensyn til hvilket spektrum den fungerer. For UV-følsomme elementer er det for eksempel nødvendig å velge de typene emittere hvis spektrale egenskaper er egnet for fotomotstander. Figuren som beskriver de spektrale egenskapene til hvert av materialene er vist nedenfor.

Et av de ofte stilte spørsmålene er "Har fotomotstanden polaritet?" Svaret er nei. Fotomotstander har ikke et pn-kryss, så det spiller ingen rolle i hvilken retning strømmen flyter. Du kan sjekke fotomotstanden ved å bruke et multimeter i motstandsmålingsmodus ved å måle motstanden til det opplyste og mørklagte elementet.

Du kan se den omtrentlige avhengigheten av motstand på belysning i grafen nedenfor:

Den viser hvordan strømmen endres ved en viss spenning avhengig av lysmengden, hvor Ф = 0 - mørke, og Ф3 - sterkt lys. Følgende graf viser endringen i strøm ved konstant spenning, men varierende belysning:

I den tredje grafen kan du se motstandens avhengighet av belysning:

På bildet nedenfor kan du se hvordan populære fotomotstander laget i USSR ser ut:

Moderne fotomotstander, som er utbredt i praksisen med hjemmelagde, ser litt annerledes ut:

Bokstavmerking brukes vanligvis for å betegne et element.

Fotoresistor egenskaper

Så, fotomotstander har hovedegenskapene du legger merke til når du velger:

• Mørk motstand. Som navnet tilsier, er dette motstanden til fotomotstanden i mørket, det vil si i fravær av en lysstrøm.
• Integrert lysfølsomhet - beskriver responsen til et element, en endring i strøm gjennom det til en endring i lysstrømmen. Målt ved konstant spenning i A/lm (eller mA, μA/lm). Utpekt som S. S = Iph / F, der Iph er fotostrømmen, og F er lysstrømmen.

I dette tilfellet er det fotostrømmen som er angitt. Dette er forskjellen mellom den mørke strømmen og strømmen til det opplyste elementet, det vil si den delen som oppsto på grunn av fotoledningseffekten (det samme som den fotoresistive effekten).

Merk: mørk motstand er selvfølgelig typisk for hver spesifikke modell, for eksempel for FSK-G7 er den 5 MΩ, og den integrerte følsomheten er 0,7 A / lm.

Husk at fotomotstander har en viss treghet, det vil si at motstanden ikke endres umiddelbart etter bestråling med en lysflux, men med en liten forsinkelse. Denne parameteren kalles cutoff-frekvensen. Dette er frekvensen til det sinusformede signalet som modulerer lysstrømmen gjennom elementet, hvor følsomheten til elementet avtar med roten av 2 ganger (1,41). Hastigheten til komponentene er vanligvis innen titalls mikrosekunder (10 ^ (- 5) s). Dermed er bruken av en fotomotstand i kretser hvor rask respons kreves begrenset og ofte unødvendig.

Hvor brukes

Da vi lærte om enheten og parameterne til fotomotstander, la oss snakke om hva det er for å bruke spesifikke eksempler. Selv om bruken av fotomotstander begrenses av hastigheten, har ikke dette gjort bruksområdet mindre.

1. Skumringsreleer. De kalles også fotoreléer – dette er enheter for automatisk å slå på lyset om natten. Diagrammet nedenfor viser den enkleste versjonen av en slik krets, ved bruk av analoge komponenter og et elektromekanisk relé. Ulempen er fraværet av hysterese og mulig forekomst av rasling ved grenseverdier belysning, som et resultat av at reléet vil rasle eller slå seg på / av med små svingninger belysning.
2. Lyssensorer. Ved hjelp av fotomotstander kan svak lysstrøm oppdages. Nedenfor er en implementering av en slik enhet basert på ARDUINO UNO.
3. Alarmer. Slike kretser bruker hovedsakelig elementer som er følsomme for ultrafiolett stråling. Det følsomme elementet belyses av emitteren, i tilfelle en hindring mellom dem utløses en alarm eller en aktuator. For eksempel en turnstile i t-banen.
4. Sensorer for tilstedeværelsen av noe. For eksempel, i trykkeriindustrien, kan fotomotstander brukes til å kontrollere båndbrudd eller antall ark som mates inn i pressen. Driftsprinsippet ligner det som er diskutert ovenfor. På samme måte kan du telle mengden produkter som passerer langs transportbåndet, eller størrelsen (med kjent hastighet).

Vi snakket kort om hva en fotomotstand er, hvor den brukes og hvordan den fungerer. Den praktiske bruken av elementet er veldig bred, så det er ganske vanskelig å beskrive alle funksjonene i en artikkel. Hvis du har spørsmål - skriv dem i kommentarene.

Til slutt anbefaler vi å se en nyttig video om emnet:

Du vet sannsynligvis ikke:

• Hvordan lage et fotorelé med egne hender
• Hvordan koble til en bevegelsessensor for belysning
• Hva er en motstand og hva er den til