Допоможіть розробці сайту, ділитися статтею з друзями!
У промисловості і побутовій електроніці фоторезистори використовуються для вимірювання освітленості, підрахунку кількості чого-небудь, визначення перешкод та іншого. Основне його призначення - переводити кількість світла, що потрапляє на чутливу площу, в корисний електричний сигнал. Сигнал надалі може оброблятися аналогової, цифрової логічною схемою або схемою на базі мікроконтролера. У цій статті ми розповімо, як влаштований фоторезистор і як змінюються його властивості під впливом світла.Основні поняття і пристрій
Фоторезистор - це напівпровідниковий прилад, опір якого (якщо зручно - провідність) змінюються в залежності від того, наскільки сильно освітлена його чутлива поверхня. Конструктивно зустрічаються в різних виконаннях. Найбільш поширені елементи такої конструкції, як зображено на малюнку нижче. При цьому для роботи в специфічних умовах можна знайти фоторезистори, укладені в металевий корпус з віконцем, через яке потрапляє світло на чутливу поверхню. Нижче ви бачите його умовне графічне позначення на схемі.
Цікаво: зміна опору під впливом світлового потоку називається фоторезистивной ефектом.
Принцип дії полягає в наступному: між двома провідними електродами знаходиться напівпровідник (на малюнку зображений червоним), коли напівпровідник не освітлений - його опір великий, аж до одиниць МОм. Коли ця область освітлена її провідність різко зростає, а опір відповідно падає.
Як напівпровідника можуть використовуватися такі матеріали як: сульфід Кадмію, Сульфид свинцю, Гіпс Кадмію та інші. Від вибору матеріалу при виготовленні фоторезистора залежить його спектральна характеристика. Простими словами - діапазон кольорів (довжин хвиль) при освітленні якими буде коректно змінюватися опір елемента. Тому вибираючи фоторезистор, потрібно враховувати в якому спектрі він працює. Наприклад, під УФ-чутливі елементи потрібно підбирати ті види випромінювачів, спектральні характеристики яких підійдуть до фоторезистора. Малюнок, який описує спектральні характеристики кожного з матеріалів зображений нижче.
Одним з поширених питань є «Чи є полярність у фоторезистора?» Відповідь - ні. У фоторезисторов немає pn переходу, тому не має значення, в якому напрямку протікає струм. Перевірити фоторезистор можна за допомогою мультиметра в режимі вимірювання опору, вимірявши опір освітленого і затемненого елемента.
Приблизну залежність опору від освітленості ви можете бачити на графіку нижче:
Тут показано, як змінюється струм при певній напрузі в залежності від кількості світла, де Ф = 0 - темрява, а Ф3 - яскраве світло. На наступній діаграмі наведено зміна струму при постійній напрузі, але змінюється освітленості:
На третьому графіку ви бачите залежність опору від освітленості:
На малюнку нижче ви можете спостерігати як виглядають популярні фоторезистори виробництва СРСР:
Сучасні ж фоторезистори, що знайшли широке поширення в практиці самодельщиков, виглядають трохи інакше:
Для позначення елемента зазвичай використовується літерна маркування.
характеристики фоторезисторів
Отже, у фоторезисторів є основні характеристики, на які звертаються увага при виборі:
- Темновое опір. Як зрозуміло з назви - це опір фоторезистора в темряві, тобто при відсутності світлового потоку.
- Інтегральна фоточутливість - описує реакцію елемента, зміна струму через нього на зміну світлового потоку. Вимірюється при постійній напрузі в А / лм (або мА, мкА / лм). Позначається як S. S = I ф / Ф, де Iф - фотоструму, а Ф - світловий потік.
При цьому вказується саме фототок. Це різниця між темновим струмом і струмом освітленого елементу, тобто тією частиною, яка виникла через ефект фотопровідності (то ж що і Фоторезістівний ефекту).
Примітка: темновое опір звичайно ж характерно для кожної конкретної моделі, наприклад, для ФСК-Г7 - це 5 МОм, а інтегральна чутливість 0, 7 А / лм.
Пам'ятайте, що фоторезистори мають певну інерційність, тобто його опір змінюється не моментально після опромінення світловим потоком, а з невеликою затримкою. Цей параметр називається гранична частота. Це частота синусоїдального сигналу, що модулює світловий потік через елемент, при якій чутливість елемента знижується в корінь з 2 раз (1.41). Швидкодія компонентів зазвичай лежить в межах десятків мікросекунд (10 (- 5) с). Таким чином, використання фоторезистора в схемах, де потрібна швидка реакція обмежена, а часто і невиправдано.
де використовується
Коли ми дізналися про пристрій і параметрах фоторезисторов, давайте поговоримо про те, для чого він потрібен на конкретних прикладах. Хоч і застосування фотосопротивлений обмежена їх швидкодією, від цього область застосування меншою не стала.
- Сутінкові реле. Їх ще називають фотореле - це пристрої для автоматичного включення світла в темну пору доби. На схемі нижче зображено найпростіший варіант такої схеми, на аналогових компонентах і електромеханічного реле. Її недоліком є відсутність гістерезису і можливе виникнення деренчання при прикордонних величинах освітленості, в результаті чого реле буде деренчати або включатися-відключатися при незначних коливаннях освітленості.
- Датчики освітленості. За допомогою фоторезисторів можна детектувати слабкий світловий потік. Нижче представлена реалізація такого пристрою на базі ARDUINO UNO.
- Сигналізації. В таких схемах використовуються переважно елементи, чутливі до ультрафіолетового випромінювання. Чутливий елемент висвітлюється випромінювачем, в разі появи перешкоди між ними - спрацьовує сигналізація або виконавчий механізм. Наприклад, турнікет в метро.
- Датчики наявності чогось. Наприклад, у поліграфічній промисловості за допомогою фоторезисторів можна контролювати обрив паперової стрічки або кількість листів, що подаються в друкарську машину. Принцип роботи подібний до того, що розглянутий вище. Таким же чином можна вважати кількість продукції, що пройшла по конвеєрній стрічці, або її розмір (при відомій швидкості руху).
Ми коротко розповіли про те, що це таке фоторезистор, де він використовується і як працює. Практичне використання елемента дуже широко, тому описати всі особливості в межах однієї статті досить складно. Якщо у вас виникли питання - пишіть їх в коментарях.
Наостанок рекомендуємо переглянути корисне відео по темі:
Напевно ви не знаєте:
- Як зробити фотореле своїми руками
- Як підключити датчик руху для освітлення
- Що таке резистор і для чого він потрібен