Fotoresistor: enhet, funktionsprincip, egenskaper

Inom industri och hemelektronik används fotoresistorer för att mäta ljus, räkna något, identifiera hinder med mera. Dess huvudsakliga syfte är att omvandla mängden ljus som faller på det känsliga området till en användbar elektrisk signal. Signalen kan sedan bearbetas av en analog, digital logikkrets eller en mikrokontrollerbaserad krets. I den här artikeln kommer vi att berätta hur en fotoresistor fungerar och hur dess egenskaper förändras under påverkan av ljus.

Grundläggande begrepp och enhet

En fotoresistor är en halvledarenhet vars resistans (konduktivitet, om lämpligt) ändras beroende på hur mycket dess känsliga yta är upplyst. Strukturellt finns de i olika utföranden. De vanligaste delarna av denna design är som visas i figuren nedan. Samtidigt, för arbete under specifika förhållanden, är det möjligt att hitta fotoresistorer inneslutna i ett metallhölje med ett fönster genom vilket ljus kommer in i den känsliga ytan. Nedan kan du se dess konventionella grafiska beteckning på diagrammet.

Intressant: förändringen i resistans under påverkan av ett ljusflöde kallas den fotoresistiva effekten.

Funktionsprincipen är som följer: mellan två ledande elektroder finns en halvledare (på figuren visas i rött), när halvledaren inte är upplyst - dess motstånd är högt, upp till enheter MOhm. När detta område är upplyst stiger dess ledningsförmåga kraftigt, och motståndet faller därefter.

Material som kadmiumsulfid, blysulfid, kadmiumselenit och andra kan användas som halvledare. Valet av material vid tillverkningen av en fotoresistor beror på dess spektrala egenskaper. Med enkla ord - färgintervallet (våglängder) när det är upplyst med vilket elementets motstånd kommer att ändras korrekt. Därför, när du väljer en fotoresistor, måste du ta hänsyn till vilket spektrum det fungerar. Till exempel, för UV-känsliga element är det nödvändigt att välja de typer av sändare vars spektrala egenskaper är lämpliga för fotoresistorer. Figuren som beskriver de spektrala egenskaperna för vart och ett av materialen visas nedan.

En av de vanligaste frågorna är "Har fotoresistorn polaritet?" Svaret är nej. Fotoresistorer har ingen pn-övergång, så det spelar ingen roll i vilken riktning strömmen flyter. Du kan kontrollera fotoresistorn med hjälp av en multimeter i resistansmätningsläge genom att mäta resistansen hos det upplysta och mörka elementet.

Du kan se det ungefärliga beroendet av motstånd på belysning i grafen nedan:

Den visar hur strömmen ändras vid en viss spänning beroende på mängden ljus, där Ф = 0 - mörker och Ф3 - starkt ljus. Följande graf visar förändringen i ström vid konstant spänning, men varierande belysning:

I den tredje grafen kan du se motståndets beroende av belysning:

På bilden nedan kan du se hur populära fotoresistorer tillverkade i Sovjetunionen ser ut:

Moderna fotoresistorer, som är utbredda i praktiken av hemgjorda, ser lite annorlunda ut:

Bokstavsmärkning används vanligtvis för att beteckna ett element.

Fotoresistoregenskaper

Så, fotoresistorer har de viktigaste egenskaperna som du är uppmärksam på när du väljer:

• Mörkt motstånd. Som namnet antyder är detta fotoresistorns motstånd i mörker, det vill säga i frånvaro av ett ljusflöde.
• Integral ljuskänslighet - beskriver svaret av ett element, en förändring i ström genom det till en förändring i ljusflöde. Mäts vid konstant spänning i A/lm (eller mA, μA/lm). Betecknad som S. S = Iph / F, där Iph är fotoströmmen och F är ljusflödet.

I det här fallet är det fotoströmmen som anges. Detta är skillnaden mellan den mörka strömmen och strömmen för det belysta elementet, det vill säga den del som uppstod på grund av fotoledningseffekten (samma som den fotoresistiva effekten).

Notera: mörkresistans är naturligtvis typiskt för varje specifik modell, till exempel för FSK-G7 är det 5 MΩ, och den integrerade känsligheten är 0,7 A/lm.

Kom ihåg att fotoresistorer har en viss tröghet, det vill säga dess motstånd ändras inte omedelbart efter bestrålning med ett ljusflöde, utan med en liten fördröjning. Denna parameter kallas gränsfrekvensen. Detta är frekvensen för den sinusformade signal som modulerar ljusflödet genom elementet, vid vilken elementets känslighet minskar med roten av 2 gånger (1,41). Komponenternas hastighet ligger vanligtvis inom tiotals mikrosekunder (10 ^ (- 5) s). Användningen av en fotoresistor i kretsar där snabb respons krävs är således begränsad och ofta onödig.

Var används

När vi lärde oss om enheten och parametrarna för fotoresistorer, låt oss prata om vad det är för att använda specifika exempel. Även om användningen av fotoresistorer begränsas av deras hastighet, har detta inte gjort användningsområdet mindre.

1. Skymningsreläer. De kallas även fotoreläer – det här är enheter för att automatiskt tända ljuset på natten. Diagrammet nedan visar den enklaste versionen av en sådan krets, med analoga komponenter och ett elektromekaniskt relä. Dess nackdel är frånvaron av hysteres och den möjliga förekomsten av skramlande vid gränsvärden belysning, som ett resultat av vilket reläet kommer att skramla eller slås på / av med små fluktuationer belysning.
2. Ljussensorer. Med hjälp av fotoresistorer kan svagt ljusflöde detekteras. Nedan är en implementering av en sådan enhet baserad på ARDUINO UNO.
3. Larm. Sådana kretsar använder huvudsakligen element som är känsliga för ultraviolett strålning. Det känsliga elementet belyses av sändaren, i händelse av ett hinder mellan dem utlöses ett larm eller ett ställdon. Till exempel en vändkors i tunnelbanan.
4. Sensorer för närvaron av något. Till exempel i tryckeriindustrin kan fotoresistorer användas för att kontrollera bandbrott eller antalet ark som matas in i pressen. Funktionsprincipen liknar den som diskuterats ovan. På samma sätt kan du räkna mängden produkter som passerar längs transportbandet, eller dess storlek (vid en känd hastighet).

Vi pratade kort om vad en fotoresistor är, var den används och hur den fungerar. Den praktiska användningen av elementet är mycket bred, så det är ganska svårt att beskriva alla funktioner i en artikel. Om du har några frågor - skriv dem i kommentarerna.

Slutligen rekommenderar vi att du tittar på en användbar video om ämnet:

Du vet förmodligen inte:

• Hur man gör ett fotorelä med dina egna händer
• Hur man ansluter en rörelsesensor för belysning
• Vad är ett motstånd och vad är det till för