Что такое фоторезисторы, как они работают и где используются

Основные понятия и устройство

Фоторезистор — это полупроводниковый прибор, сопротивление которого (или, что более удобно, проводимость) изменяется в зависимости от того, насколько сильно освещена его чувствительная поверхность. Конструктивно они встречаются в различных исполнениях. Наиболее распространенные элементы такой конструкции показаны на рисунке ниже. Однако для работы в определенных условиях вы можете найти фоторезисторы, заключенные в металлический корпус с окном, через которое свет падает на чувствительную поверхность. Ниже вы можете увидеть его графическое обозначение на схеме.

Интересный факт: изменение сопротивления, вызванное световым лучом, называется эффектом фоторезиста.

Принцип работы следующий: между двумя проводящими электродами находится полупроводник (показан красным), когда полупроводник не освещен — его сопротивление высокое, до единиц МОм. Когда эта область освещена, ее проводимость резко возрастает, а сопротивление соответственно уменьшается.

В качестве полупроводников можно использовать такие материалы, как сульфид кадмия, сульфид свинца, селенит кадмия и другие. Спектральные характеристики зависят от выбора материала при производстве фоторезистора. В основном — диапазон цветов (длин волн) при освещении, который правильно изменит сопротивление элемента. Поэтому при выборе фоторезистора обращайте внимание на спектр, в котором он работает. Например, для элементов, чувствительных к УФ-излучению, необходимо подбирать типы излучателей, спектральные характеристики которых подходят для фоторезисторов. На рисунке ниже описаны спектральные характеристики каждого из материалов.

Часто задаваемый вопрос: «Есть ли у фоторезистора поляризация?» Ответ — нет. Фоторезисторы не имеют p-n перехода, поэтому не имеет значения, в каком направлении течет ток. Фоторезистор можно проверить мультиметром в режиме измерения сопротивления, измерив сопротивление освещенного и затемненного элемента.

Вы можете увидеть приблизительную зависимость между сопротивлением и освещением на графике ниже:

Он показывает, как изменяется ток при определенном напряжении в зависимости от количества света, где F = 0 — темный, а F3 — яркий свет. Следующая диаграмма показывает изменение силы тока при постоянном напряжении и переменном освещении:

На третьей диаграмме показана зависимость сопротивления от силы света:

На рисунке ниже показано, как выглядят популярные фоторезисторы, выпускаемые в СССР:

Несколько иначе выглядят современные фоторезисторы, которые широко распространены в практике любителей DIY:

Обычно для обозначения предмета используется буквенное обозначение.

Характеристики фоторезисторов

Поэтому фоторезисторы имеют основные особенности, которые учитываются при их выборе:

  • Темный иммунитет. Как следует из названия, это сопротивление фоторезистора в темноте, то есть при отсутствии светового потока.
  • Интегральная светочувствительность — описывает реакцию элемента, изменение протекающего через него тока на изменение светового потока. Измеряется при постоянном напряжении в А / лм (или мА, мкА / лм). Обозначается S. S = If / F, где If — фототок, а F — световой поток.

В этом случае применяется именно фототок. Это разница между темновым током и током освещенного элемента, то есть той части, которая возникает в результате эффекта фотопроводимости (так же, как эффект фоторезиста).

Примечание: темновое сопротивление, конечно, зависит от каждой конкретной модели, например, для FSK-G7 оно составляет 5 МОм, а интегральная чувствительность составляет 0,7 А / лм.

Помните, что фоторезисторы обладают определенной инерцией, т.е. их сопротивление меняется не сразу после воздействия луча света, а с небольшой задержкой. Этот параметр называется частотой фронта. Это частота синусоидального сигнала, модулирующего световой поток через элемент, при котором чувствительность элемента уменьшается в 2 раза (1,41). Скорость компонентов обычно составляет десятки микросекунд (10 ^ (- 5) с). Так что использование фоторезистора в схемах там, где это необходимоБыстрый ответ ограничен и часто необоснован.

Где используется

Разобравшись с устройством и параметрами фоторезистора, поговорим о том, для чего он нужен, на конкретных примерах. Хотя использование фоторезисторов ограничено их малым временем отклика, это не уменьшает область применения.

  1. Эстафета сумерек. Их еще называют фотопередатчиками — устройствами для автоматического включения света в ночное время. На схеме ниже показан простейший вариант такой системы с аналоговыми элементами и электромеханическими реле. Недостатком этого решения является отсутствие гистерезиса и возможность «дребезга» при предельных значениях освещенности, что приводит к «дребезжанию» реле или включению и выключению при колебаниях силы света.
  2. Датчики света. Фоторезисторы можно использовать для обнаружения слабого светового потока. Ниже мы представляем реализацию такого устройства на базе ARDUINO UNO.
  3. Будильники. В таких системах используются в основном компоненты, чувствительные к УФ-излучению. Чувствительный элемент освещается передатчиком, в случае препятствия между ними — срабатывает сигнализация или исполнительный механизм. Например, турникет в метро.
  4. Ничего не датчики присутствия. Например, в полиграфической промышленности фоторезисторы можно использовать для контроля обрыва бумажной ленты или количества листов, подаваемых в печатный станок. Принцип работы аналогичен рассмотренному выше. Таким же образом вы можете подсчитать количество продуктов, прошедших по конвейерной ленте, или размер продукта (с известной скоростью).

Мы вкратце рассказали, что такое фоторезистор, где он применяется и как работает. Практическое применение этого элемента очень широкое, поэтому описать все возможности в одной статье довольно сложно. Если есть вопросы — пишите в комментариях.

Напоследок рекомендуем посмотреть полезное видео на эту тему: