Какво представляват фоторезисторите, как работят и къде се използват

В индустрията и потребителската електроника фоторезисторите се използват за измерване на осветеността, преброяване на количествата, определяне на препятствия и други. Основната му цел е да преведе количеството светлина, падащо върху чувствителна зона, в полезен електрически сигнал. Впоследствие сигналът може да бъде обработен чрез аналогова, цифрова логика или микроконтролер базирана схема. В тази статия ще опишем как е подреден фоторезисторът и как неговите свойства се променят под въздействието на светлината.

Основни понятия и устройство

Фоторезисторът е полупроводниково устройство, чието съпротивление (ако е удобно - проводимост) варира в зависимост от това колко е осветена неговата чувствителна повърхност. Структурно се намира в различни дизайни. Най-често срещаните елементи на този дизайн, както е показано на фигурата по-долу. В същото време, за да работите в специфични условия, можете да намерите фоторезистори, затворени в метален корпус с прозорец, през който светлината навлиза в чувствителната повърхност. По-долу виждате графичния символ на диаграмата.

Обозначение на фоторезистора

Интересно: промяна в съпротивлението под въздействието на светлинния поток се нарича фоторезистивен ефект.

дизайн

Принципът на работа е следният: между двата проводящи електрода има полупроводник (показан на червено на фигурата), когато полупроводникът не е осветен - съпротивлението му е високо, до няколко мегама. Когато тази област е осветена, нейната проводимост рязко се увеличава и съпротивлението намалява съответно.

Такива материали като кадмиев сулфид, оловен сулфид, кадмиев селенит и други могат да се използват като полупроводник. Спектралната характеристика зависи от избора на материал при производството на фоторезистора. С прости думи - гама от цветове (дължини на вълната) при осветление, които правилно ще променят съпротивлението на даден елемент. Ето защо, избирайки фоторезистор, трябва да вземете предвид в кой спектър работи. Например за UV-чувствителни елементи е необходимо да изберете онези видове излъчватели, чиито спектрални характеристики са подходящи за фоторезистори. Фигура, която описва спектралните характеристики на всеки от материалите, е показана по-долу.

спектър

Един често задаван въпрос е „Има ли полярност във фоторезистора?“ Отговорът е не. Фоторезисторите нямат pn преход, така че няма значение в коя посока тече токът. Можете да проверите фоторезистора с мултицет в режим на измерване на съпротивлението, като измерите съпротивлението на осветения и затъмнен елемент.

Тест за светлинен сензор

Можете да видите приблизителната зависимост на съпротивлението от осветеност в графиката по-долу:

Графика на устойчивост на ниво на светлина

Тук е показано как токът се променя при определено напрежение в зависимост от количеството светлина, където Ф = 0 е тъмнина, а Ф3 е ярка светлина.Следващата графика показва промяната на тока при постоянно напрежение, но променяща се осветеност:

Вариране на постояннотоковото напрежение

На третата графика виждате зависимостта на устойчивостта от светлина:

Как зависи устойчивостта на светлина

На фигурата по-долу можете да видите как изглеждат популярните фоторезистори, направени в СССР:

Съветски фоторезистори

Съвременните фоторезистори, които се използват широко в практиката на собствените си, изглеждат малко по-различно:

Модерни светлинни сензори

Елементът обикновено се маркира с букви.

Характеристики на фоторезистора

Така че, фоторезисторите имат основните характеристики, на които се обръща внимание при избора:

  • Тъмно съпротивление. Както подсказва името, това е съпротивлението на фоторезистора в тъмното, тоест при липса на светлинен поток.
  • Интегрална фоточувствителност - описва реакцията на елемент, промяната на тока през него към промяна на светлинния поток. Измерва се при постоянно напрежение в A / lm (или mA, µA / lm). Той е обозначен като S. S = Iph / F, където Iph е ​​фототок, а F е светлинният поток.

В този случай е посочен фототок. Това е разликата между тъмния ток и тока на осветения елемент, тоест частта, възникнала поради ефекта на фотопроводимостта (същата като фоторезистивния ефект).

Забележка: тъмното съпротивление е, разбира се, характерно за всеки конкретен модел, например за FSK-G7 - то е 5 MΩ, а интегралната чувствителност е 0,7 A / lm.

Не забравяйте, че фоторезисторите имат определена инерция, тоест неговата устойчивост не се променя веднага след излагане на светлинен поток, но с леко закъснение. Този параметър се нарича честота на прекъсване. Това е честотата на синусоидалния сигнал, модулиращ светлинния поток през елемента, при който чувствителността на елемента намалява с коефициент 2 (1.41). Скоростта на компонентите обикновено е в рамките на десетки микросекунди (10 ^ (- 5) s). По този начин използването на фоторезистор в схеми, където е необходима бърза реакция, е ограничена и често неоправдана.

Къде се използва

Когато научихме за устройството и параметрите на фоторезисторите, нека да поговорим защо е необходимо с конкретни примери. Въпреки че използването на фото съпротивления е ограничено от тяхната скорост, обхватът не е станал по-малък.

  1. Реле на здрач. Наричат ​​се още фотореле - това са устройства за автоматично включване на светлината в тъмното. Диаграмата по-долу показва най-простата версия на такава схема на аналогови компоненти и електромеханично реле. Неговият недостатък е липсата на хистерезис и възможната поява на тракане при трансгранични стойности на осветеност, в резултат на което релето ще трепне или се включва или изключва с леки колебания в осветеността.Фоторелейна верига
  2. Светлинни сензори. С помощта на фоторезистори може да се открие слаб светещ поток. По-долу е изпълнение на такова устройство, базирано на ARDUINO UNO.Светлинен сензор на Arduino
  3. Аларми. Такива вериги използват предимно елементи, които са чувствителни към ултравиолетово лъчение. Чувствителният елемент се осветява от излъчвателя, в случай на препятствие между тях се задейства аларма или задействащ механизъм. Например турникет в метрото.
  4. Сензори за наличието на нещо. Например в печатната индустрия, използвайки фоторезистори, можете да контролирате счупването на хартиената лента или броя на листовете, подадени към печатащата машина. Принципът на действие е подобен на този, обсъден по-горе. По същия начин може да се вземе предвид количеството продукти, преминали по лентата на транспортьора, или неговият размер (с известна скорост).

Накратко говорихме какво представлява фоторезисторът, къде се използва и как работи. Практическото използване на елемента е много широко, поради което е доста трудно да се опишат всички характеристики в рамките на една статия. Ако имате въпроси - напишете ги в коментарите.

Накрая препоръчваме да гледате полезно видео по темата:

Със сигурност не знаете:

(2 гласа)
Зареждане...

Добави коментар

Задължителните полета са маркирани *