Как применять фоторезисторы, фотодиоды и фототранзисторы
Датчики бывают совершенно разными. Они отличаются по принципу действию, логике своей работы и физическим явлениям и величинам на которые они способны реагировать. Датчики света используются не только в аппаратуре автоматического управления освещением, они используются в огромном количестве устройств, начиная от блоков питания, заканчивая сигнализациями и охранными системами.
Содержание статьи
Основные виды фотоэлектронных приборов. Общие сведения
Фотоприёмник в общем смысле – это электронный прибор, который реагирует на изменение светового потока падающего на его чувствительную часть. Они могут отличаться, как по своей структуре, так и принципу работы. Давайте их рассмотрим.
Фоторезисторы – изменяют сопротивление при освещении
Фоторезистор – фотоприбор изменяющий проводимость (сопротивление) в зависимости от количества света падающего на его поверхность. Чем интенсивнее освещенность чувствительной области, тем меньше сопротивления. Вот его схематическое изображение.
Состоит он из двух металлических электродов, между которыми присутствует полупроводниковый материал. Когда световой поток попадает на полупроводник, в нём высвобождаются носители заряда, это способствует прохождению тока между металлическими электродами.
Энергия светового потока тратится на преодоление электронами запрещенной зоны и их переходу в зону проводимости. В качестве полупроводника у фоторезисторов используют материалы типа: Сульфид Кадмия, Сульфид Свинца, Селенит Кадмия и другие. От типа этого материала зависит спектральная характеристика фоторезистора
Интересно:
Спектральная характеристика содержит информацию о том, к каким длинам волн (цвету) светового потока наиболее чувствителен фоторезистор. Для некоторых экземпляров приходится тщательно подбирать излучатель света соответствующей длины волны, для достижения наибольшей чувствительности и эффективности работы.
Фоторезистор не предназначен для точного измерения освещенности, а, скорее, для определения наличия света, по его показаниям можно определить светлее или темнее стала окружающая среда. Вольт-амперная характеристика фоторезистора выглядит следующим образом.
На ней изображена зависимость тока от напряжения при различных величинах светового потока: Ф – темнота, а Ф3 – это яркий свет. Она линейна. Еще одна важная характеристика – это чувствительность, она измеряется в мА(мкА)/(Лм*В). Что отражает, сколько тока протекает через резистор, при определенном световом потоке и приложенном напряжении.
Темновое сопротивление – это активное сопротивление при полном отсутствии освещения, обозначается Rт, а характеристика Rт/Rсв – это кратность изменения сопротивления от состояния фоторезистора в полном отсутствии освещения к максимально освещенному состоянию и минимально возможному сопротивлению соответственно.
У фоторезисторов есть существенный недостаток – его граничная частота. Это величина описывает максимальную частоту синусоидального сигнала, которым вы моделируете световой поток, при которой чувствительность снижается на 1.41 раз. В справочниках это отражается либо значением частоты, либо через постоянную времени. Она отражает быстродействие приборов, которое обычно занимает десятки микросекунд – 10^(-5) с. Это не позволяет использовать его там, где нужно высокое быстродействие.
Фотодиод – преобразует свет в электрический заряд
Фотодиод – элемент, который преобразует свет, попадающий на чувствительную зону, в электрический заряд. Это происходит потому что при облучении в p-n переходе протекают различные процессы связанные с движением носителей заряда.
Если на фоторезисторе изменялась проводимость из-за движения носителей заряда в полупроводнике, то здесь происходит образование заряда на границе p-n перехода. Он может работать в режиме фотопреобразователя и фотогенератора.
По структуре он такой же, как и обычный диод, но на его корпусе есть окно для прохождения света. Внешне они бывают в различных исполнениях.
Фотодиоды с черным корпусом воспринимают только ИК-излучение. Черное покрытие – это что-то похожее на тонировку. Фильтрует ИК-спектр, чтобы исключить возможность срабатывания на излучения других спектров.
У фотодиодов, как и у фоторезисторов есть граничная частота, только здесь она на порядки больше и достигает 10 МГц, что позволяет обеспечить неплохое быстродействие. P-i-N фотодиоды обладают большим быстродействием – 100МГц-1ГГц, как и диоды на основании барьера Шоттки. Лавинные диоды имеют граничную частоту в порядка 1-10 ГГц.
В режиме фотопреобразователя такой диод работает как ключ управляемый светом, для этого его подключают в цепь в прямом смещении. То есть, катодом к точке с более положительным потенциалом (к плюсу), а анодом к более отрицательному (к минусу).
Когда диод не освещается светом – в цепи протекает только обратный темновой ток Iобрт (единицы и десятки мкА), а когда диод освещен к нему добавляется фототок, который зависит только от степени освещенности (десятки мА). Чем больше света – тем больше ток.
Фототок Iф равен:
где Sинт – интегральная чувствительность, Ф – световой поток.
Типовая схема включения фотодиода в режиме фотопреобразователя. Обратите внимание на то, как он подключен – в обратном направлении по отношению к источнику питания.
Другой режим – генератор. При попадании света на фотодиод на его выводах образуется напряжение, при этом токи короткого замыкания в таком режиме равняются десятки ампер. Это напоминает работу элементов солнечной батареи, но имеют малую мощность.
Фототранзисторы – открываются от количества падающего света
Фототранзистор – это по своей сути биполярный транзистор у которого вместо вывода базы есть в корпусе окошко для попадания туда света. Принцип работы и причины этого эффекта аналогичны с предыдущими приборами. Биполярные транзисторы управляются количеством тока протекающего через базу, а фототранзисторы по аналогии управляются количеством света.
Иногда на УГО еще дополнительно изображается вывод базы. Вообще напряжения на фототранзистор подают также как и на обычный, а второй вариант включения – с плавающей базой, когда базовый вывод остаётся незадействованным.
В схему включают фототранзисторы подобным образом.
Или меняют местами транзистор и резистор, смотря, что конкретно вам нужно. При отсутствии света через транзистор протекает темновой ток, который образуется из тока базы, который вы можете задать сами.
Задав необходимый ток базы, вы можете выставить чувствительность фототранзистора подбором его базового резистора. Таким образом, можно улавливать даже самый тусклый свет.
В советское время радиолюбители делали фототранзисторы своими руками – делали окошко для света, спилив обычному транзистору часть корпуса. Для этого отлично подходят транзисторы типа МП14-МП42.
Из вольтамперной характеристики видна зависимость фототока от освещения, при этом он практически не зависит от напряжения коллектор-эмиттер.
Кроме биполярных фототранзисторов существуют и полевые. Биполярные работают на частотах 10-100 кГц, то полевые более чувствительны. Их чувствительность достигает нескольких Ампер на Люмен, и более «быстрые» — до 100 мГц. У полевых транзисторов есть интересная особенность, при максимальных значениях светового потока напряжение на затворе почти не влияет на ток стока.
Области применения фотоэлектронных приборов
В первую очередь следует рассмотреть более привычные варианты их применения, например автоматическое включение света.
Схема, изображенная выше – это простейший прибор для включения и выключения нагрузки при определенной освещенности. Фотодиод ФД320 При попадании на него света открывается и на R1 падает определенное напряжение, когда его величина достаточна для открытия транзистора VT1 – он открывается, и открывает еще один транзистор – VT2. Эти два транзистора – это двухкаскадный усилитель тока, необходим для запитки катушки реле K1.
Диод VD2 – нужен для гашения ЭДС-самоиндукции, которое образуется при переключениях катушки. На подводящий контакт реле, верхний по схеме, подключается один из проводов от нагрузки (для переменного тока – фаза или ноль).
У нас есть нормально замкнутый и разомкнутый контакты, они нужны либо для выбора включаемой цепи, либо для выбора включить или отключить нагрузку от сети при достижении необходимой освещенности. Потенциометр R1 нужен для подстройки прибора для срабатывания при нужном количестве света. Чем больше сопротивление – тем меньше света нужно для включения схемы.
Вариации этой схемы используют в большинстве подобных приборов, при необходимости добавляя определенный набор функций.
Кроме включения нагрузки по освещенности подобные фотоприемники используются в различных системах контроля, например на турникетах метро часто используют фоторезисторы для определения несанкционированного (зайцем) пересечения турникета.
В типографии при обрыве полосы бумаги свет попадает на фотоприемник и тем самым даёт сигнал оператору об этом. Излучатель стоит по одну сторону от бумаги, а фотоприемник с обратной стороны. Когда бумага рвётся, свет от излучателя достигает фотоприемника.
В некоторых видах сигнализации используются в качестве датчиков входа в помещение излучатель и фотоприемник, при этом, чтобы излучение не были видны используют ИК-приборы.
Касаемо ИК-спектра, нельзя упомянуть о приемнике телевизора, на который поступают сигналы от ИК-светодиода в пульте дистанционного управления, когда вы переключаете каналы. Специальным образом кодируется информация и телевизор понимает, что вам нужно.
Информация таким образом ранее передавалась через ИК-порты мобильных телефонов. Скорость передачи ограничена, как последовательным способом передачи, так и принципом работы самого прибора.
В компьютерных мышках также используется технология связанная с фотоэлектронными приборами.
Применение для передачи сигналов в электронных схемах
Оптоэлектронные приборы – это приборы которые объединяют в одном корпусе излучатель и фотоприемник, типа описанных выше. Они нужны для связи двух контуров электрической цепи.
Это нужно для гальванической развязки, быстрой передачи сигнала, а также для соединения цепей постоянного и переменного тока, как в случае управления симистором в цепи 220 В 5 В сигналом с микроконтроллера.
Они имеют условно-графическое обозначение, которое содержит информацию о типе используемых внутри оптопары элементов.
Рассмотрим пару примеров использования таких приборов.
Управление симистором с помощью микроконтроллера
Если вы проектируете тиристорный или симисторный преобразователь вы столкнетесь с проблемой. Во-первых, если переход у управляющего вывода пробьет – на пин микроконтроллера попадет высокий потенциал и последний выйдет из строя. Для этого разработаны специальные драйверы, с элементом, который называется оптосимистор, например MOC3041.
Обратная связь с помощью оптопары
В импульсных стабилизированных блоках питания необходима обратная связь. Если исключить гальваническую развязку в этой цепи, тогда в случае выхода из строя каких-то компонентов в цепи ОС, на выходной цепи возникнет высокий потенциал и подключенная аппаратура выйдет из строя, я не говорю о том, что и вас может ударить током.
В конкретном примере вы видите реализацию такой ОС из выходной цепи в обмотку обратной связи (управляющую) транзистора с помощью оптопары с порядковым обозначением U1.
Выводы
Фото- и оптоэлектроника это очень важные разделы в электроники, которые значительно улучшили качество аппаратуры, её стоимость и надёжность. С помощью оптопары можно исключить использование развязывающего трансформатора в таких цепях, что уменьшает массогабаритные показатели. Кроме того некоторые устройства просто невозможно реализовать без таких элементов.
Фотодиод vs Фототранзистор
Знатоки, подскажите пожалуйста.
Занимаюсь астрономией, хочу сделать ночной фотодатчик света Луны. Он должен быть очень чувствительным и малошумящим.
Есть фотодиоды и фототранзисторы. У фотодиодов низкая чувствительность, но вроде как они очень стабильны. Если грамотно усилить сигнал, ими можно хоть свет от звезд мерить (если сфокусировать линзой).
У фототранзисторов очень высокая чувствительность (читал что в 200 раз больше чем у фотодиода), но стабильность у них маленькая (всякие разные темновые токи и т д). Ну и питание им нужно хорошо стабилизированное.
Это правда? Что лучше взять для высокочувствительных и высокостабильных схем?
Фототранзистор
столкнулся с тем что в деревне что я живу, в нигазинах, нет фототранзисторов, фотодиодов.
ИК светодиод и фототранзистор
Имеется фототранзистор v38238t и какой то ик светодиод, планируется это дело подключить к.
Где выпаять фототранзистор?
Нужен фототранзистор или фотодиод как датчик света для автоматической регулировки яркости.
фотодиод
Возник вопрос как подключить фотодиод к МК(мега16) через вход аналого-цифрового преобразователя.
Про охлаждение: я не пробовал.
Это было бы интересное исследование; ведь одновременно можно обеспечить термостабилизацию, что уменьшит всяческие дрейфы.
Но учтите, что на холодных поверхностях будет конденсироваться влага из воздуха. Получится нетривиальная задача, чтобы свет пропустить — а тепло и воздух — нет. Стеклом закрыть — не решение, оно будет запотевать.
В обсерваториях никогда не наблюдают через стекло. Телескоп всегда находится при той же температуре, что на улице (хоть бы даже был морозище). Иначе воздух начнет струиться и портить изображение.
Про импульсы: ФЭУ могут работать в непрерывном режиме.
Может быть для астрофотометрии выпускаются даже специальные, но мне не попадались.
Кстати, Вы имели в виду лавинный фотодиод? Вот такие? http://azymp.ru/catalogue/avalanche_photodyodes/
Сообщение от kiodx
Сообщение от kiodx
Ребят, с фотоэлементами надо еще учесть спектр, в котором элемент наиболее чувствителен. Многие кремниевые фотодиоды работают в ИК спектре — это надо тоже учесть. Если надо определять яркость свечения именно луны, а не ночного неба, то потребуется некий коллиматор. Хотя бы длинная трубка, черная изнутри. Коллиматор придется направлять непосредственно на луну. Вручную или автоматикой — это уже другой вопрос.
Фотодиод для таких целей предпочтительнее всякого другого прибора. ФЭУ — это отдельные фотоны регистрировать (например следить за яркостью далеких звезд), фототранзистор — скорее элемент для дискретной логики, хотя и он тоже может подойти. По шумам. у луны яркий свет, на вскидку ток в фотодиоде от лунного света будет на несколько порядков больше его темнового тока.
А коллиматор необходим чтобы исключить влияние света звезд. Если пофигу на свет звезд, то и фотодиод можно выбирать почти любой с нужным спектром. Т.к. темновой ток даже ширпотребных фотодиодов будет всяко меньше тока от света звезд, рассеяния света облаками, аэрозоля и т.п. Это уже проверено.
Фототранзистор: схема, принцип работы и характеристики
Фототранзистор представляет из себя твердотельный полупроводник, который обладает внутренним усилением, и, как правило, применяется данный прибор для трансмиссии (передачи) аналогового и цифрового сигнала. Схема фототранзистора совпадает с основами обычного транзистора, именно поэтому его аналогом принято считать фотодиод.
Стоит отметить, что отличительной особенностью вышеназванного устройства является не только способность реагировать на различные виды излучений и освещений, но и повышенная чувствительность, позволяющая применять его в различных устройствах, связанных с зависимостью потока света. К таковым можно отнести следующие:
- датчики дыма;
- лазерные радары;
- пульты с дистанционным управлением.
Схема фототранзистора
Безусловно, как и в ситуации с фотодиодами, к главной задаче фототранзистора необходимо отнести образование полезного и качественного напряжения из светового потока. Однако, так как в структуре нашего прибора присутствует полупроводниковое усиление, появляется возможность воссоздать общую схему коллектором и эмиттером.
Именно данная модель способна на выходе давать самое высокое напряжение.
Таким образом, в отличие от фотодиодов, в схеме фототранзистора можно обойтись и без трансимпедансного усилителя базы “ОУ”.
Принцип работы фототранзистора
Как мы уже говорили ранее, механизм работы фототранзистора во многих аспектах напоминает работу простого транзистора. Однако, здесь следует отметить важное отличие: в нашем приборе электрический ток находится под контролем лишь двух активных контактов.
В обычной структуре (с условием, что к фототранзистору не подключено что-то постороннее) оптическое излучение регулирует базовый ток, происходит этот процесс при помощи коллектора. Так как электрический ток оказывается в проводнике лишь после резистора, напряжение прибора определяется оптическим излучением, а если быть точнее — его уровнем. Для усиления сигнала можно подключить устройство к специальному оборудованию. При этом, вывод прибора имеет зависимость от того, какова длина света, который падает и, в свою очередь, управляет усилением постоянного тока в транзисторе.
Стоит отметить, что существует несколько типов фототранзистора: оптический изолятор, оптическое реле и датчики.
- Оптический изолятор: он напоминает трансформатор, который с помощью электрических контактов блокирует все входы;
- Оптическое реле или фотореле: оно определяет реакцию прибора, связанную с изменением различных опто-величин;
- Датчики: они выделяют свет.
Ключевые параметры фототранзистора
Токовая и спектральная чувствительности
Токовая или монохроматическая чувствительность
— параметр фототранзистора, который определяет величину оптического тока.
— фотопоток;
— световой поток.
Спектральная чувствительность — параметр фототранзистора, используемый для считывания и распознавания элементов. Данная чувствительность имеет зависимость от длины волны светового излучения.
Темновой ток и быстродействие
Темновой ток (Iт) — небольшой электро-ток, протекающий через оптический чувствительный детектор.
Iт = Iф + Iобщ, где
Iобщ — общий ток.
Быстродействие — параметр фототранзистора, который определяет способность прибора выполнять работу с необходимой скоростью.
В данном компоненте фототранзистор уступает фотодиодам, так как его рабочий диапазон частот ограничен несколькими сотнями Килогерц, что влияет на временной промежуток модернизации.
Усилительные свойства фототранзистора
Усилительные свойства, которыми обладает данный прибор, определяются следующим образом: фототранзистор, имеющий определенный диапазон (величина диапазона обусловлена интенсивностью поляризованного света) работы.
Электрический постоянный (или базовый) ток поляризованного света способен поддаваться огромному усилению (например, в несколько десятков тысяч раз) .
Плюс ко всему, возможно так называемое “дополнительное усиление” электротока, которое объясняется особенным обеспечивается особым транзистором имени Дарлингтона, представляющий из себя биполярный транзистор с соединенным эмиттером.
Таким образом, такая большая усилительная способность (основная и дополнительная) позволяет фототранзистору, даже при не самом ярком освещении, обладать сверх-повышенной чувствительностью
Наиболее популярная структура фототранзистора
На мой взгляд, к самой популярной и востребованной структуре, которая представлена в фототранзисторе, следует отнести структуру n — p — n
Как правило, биполярные фототранзисторы вышеназванной схемы изготовлены либо из монокристаллического кремния, либо из монокристаллического германия.
Стоит отметить, что данный прибор способен создать такой механизм взаимодействия со световыми лучами, который позволит иметь большую оптическую чувствительность, нежели обычный транзистор или фотодиоды.
Характеристики фототранзистора
Придется снова повториться касаемо схожести фототранзисторов и фотодиодов. Если мы говорим о том, что эти приборы имеют общие черты, соответственно сравнивать их мы должны между собой.
Говоря честно, фототранзисторы не обладают количественным преимуществом в отдельных аспектах, да, они имеют более высокую чувствительность непосредственно к излучению, но на этом все, в остальных параметрах наш прибор не превосходит фотодиоды.
А вот недостатков относительно фотодиодов достаточно.
Во-первых, фототранзисторы уступают в быстродействии, то есть временной промежуток отклика в линии связи немного дольше.
Во-вторых, у фотодиодов куда мельче выглядит темновой ток, что помогает им качественнее распознавать и регистрировать световой поток.
В-третьих, фототранзисторы не могут на должном уровне поддерживать линейную зависимость между током на выходе и освещением.
В чем отличие между фототранзисторами и фотодиодами?
Пожалуй, вопрос, интересующий каждого читателя нашего сайта. На самом деле, ответ на него не выглядит каким-то очевидным и понятным, однако, я попытаюсь объяснить вам простыми словами.
Итак, ключевым отличием данных приборов является то, что фотодиоды обладают способностью осуществлять механизм работы сразу в двух режимах: фотодиодный и фотогальванический.
Если говорить о первом режиме, то для него достаточно подачи обратного напряжения на диод, что позволит регулировать сопротивление в меньшую сторону.
Если же говорить о режиме фотогальваническом, то здесь уместно сравнение с солнечной батареей, то есть есть свет — есть и напряжение.
К слову, фототранзисторы способны работать лишь в первом режиме. Это говорит о том, что они проще устроены и менее практичны в применении.
Где применяются фототранзисторы?
Так как фототранзистор является прибором, обладающим очень высокой чувствительностью, он находит широкое применение:
- В системах автоматической безопасности;
- В охранной сигнализации;
- В электронных устройствах излучения;
- В компьютерных системах управления;
- В автоматических системах освещения;
- В написании кода по исходным данным;
- В оптопарах и других оптических приборах.
Где можно приобрести фототранзистор?
Достать фототранзистор не составит большого труда, тем более на дворе 21 век. Лично я брал себе прибор на Aliexpress.
Товар пришел быстро, качество порадовало, да и цена подъемная!
Заключение
Итак, фототранзистор — полупроводниковый прибор, основанный на биполярном транзисторе, однако, тот факт, что этот инструмент вызывает высокое усиление фототока, позволяющее не использовать промежуточное усиление и работать на максимально возможном уровне излучения, определяет его широкое использование в различных автоматических системах.
Фоторезистор. Принцип работы, характеристики
Фоторезистор (фотосопротивление, LDR) – это резистор, электрическое сопротивление которого изменяется под влиянием световых лучей, падающих на светочувствительную поверхность и не зависит от приложенного напряжения, как у обычного резистора.
Фоторезисторы чаще всего используются для определения наличия или отсутствия света или для измерения интенсивности света. В темноте, их сопротивление очень высокое, иногда доходит до 1 МОм, но когда датчик LDR подвергается воздействию света, его сопротивление резко падает, вплоть до нескольких десятков ом в зависимости от интенсивности света.
Фоторезисторы имеют чувствительность, которая изменяется с длиной волны света. Они используются во многих устройствах, хотя уступают по своей популярности фотодиодам и фототранзисторам. Некоторые страны запретили LDR из-за содержащегося в них свинца или кадмия по соображению экологической безопасности.
Определение: Фоторезистор — светочувствительный элемент, чье сопротивление уменьшается при интенсивном освещении и увеличивается при его отсутствии.
Характеристики фоторезистора
Виды фоторезисторов и принцип работы
На основании материалов, используемых при производстве, фоторезисторы могут быть разделены на две группы: с внутренним и внешним фотоэффектом. В производстве фоторезисторов с внутренним фотоэффектом используют нелегированные материалы, такие как кремний или германий.
Фотоны, которые попадают на устройство, заставляют электроны перемещаться из валентной зоны в зону проводимости. В результате этого процесса появляется большое количество свободных электронов в материале, тем самым улучшается электропроводность и, следовательно, уменьшается сопротивление.
Фоторезисторы с внешним фотоэффектом производятся из материалов, с добавлением примеси, называемой легирующая добавка. Легирующая добавка создает новую энергетическую зону поверх существующей валентной зоной, заселенную электронами. Этим электронам требуется меньше энергии, чтобы совершить переход в зону проводимости благодаря меньшей энергетической щели. Результат этого – фоторезистор чувствителен к различным длинам волн света.
Несмотря на все это, оба типа демонстрируют уменьшение сопротивления при освещении. Чем выше интенсивность света, тем больше падает сопротивление. Следовательно, сопротивлением фоторезистора является обратная, нелинейная функция интенсивности света.
Фоторезистор на схемах обозначается следующим образом:
Чувствительность фоторезистора от длины волны
Чувствительность фоторезистора зависит от длины волны света. Если длина волны находится вне рабочего диапазона, то свет не будет оказывать никакого действия на LDR. Можно сказать, что LDR не чувствителен в этом диапазоне длин волн света.
Различные материалы имеют различные уникальные спектральные кривые отклика волны по сравнению с чувствительностью. Внешне светозависимые резисторы, как правило, предназначены для больших длин волн, с тенденцией в сторону инфракрасного (ИК). При работе в ИК-диапазоне, необходимо соблюдать осторожность, чтобы избежать перегрева, который может повлиять на измерения из-за изменения сопротивления фоторезистора от теплового эффекта.
На следующем рисунке показана спектральная характеристика фотопроводящих детекторов, изготовленные из различных материалов.
Чувствительность фоторезистора
Фотрезисторы имеют более низкую чувствительность, чем фотодиоды и фототранзисторы. Фотодиоды и фототранзисторы — полупроводниковые устройства, в которых используется свет для управления потоком электронов и дырок через PN-переход, а фоторезисторы лишеные этого PN-перехода.
Если интенсивность светового потока находится на стабильном уровне, то сопротивление по-прежнему может существенно изменяться вследствие изменения температуры, поскольку LDR также чувствительны и к изменениям температуры. Это качество фоторезистора делает его непригодным для точного измерения интенсивности света.
Инертность фоторезистора
Еще одно интересное свойство фоторезистора заключается в том, что существует инертность (время задержки) между изменениями в освещении и изменением сопротивления.
Для того чтобы сопротивление упало до минимума при полном освещении необходимо около 10 мс времени, и около 1 секунды для того, чтобы сопротивление фоторезистора возросло до максимума после его затемнения.
По этой причине LDR не может использоваться в устройствах, где необходимо учитывать резкие перепады освещения.
Конструкция и свойства фоторезистора
Впервые фотопроводимость была обнаружена у Селена, впоследствии были обнаружены и другие материалы с аналогичными свойствами. Современные фоторезисторы выполнены из сульфида свинца, селенида свинца, антимонида индия, но чаще всего из сульфида кадмия и селенида кадмия. Популярные LDR из сульфида кадмия обозначаются как CDS фоторезистор.
Для изготовления фоторезистора из сульфида кадмия, высокоочищенный порошок сульфида кадмия смешивают с инертными связующими материалами. Затем, эту смесь прессуют и спекают. В вакууме на основание с электродами наносят фоточувствительный слой в виде извилистой дорожки. Затем, основание помещается в стеклянную или пластиковую оболочку, для предотвращения загрязнения фоточувствительного элемента.
Спектральная кривая отклика сульфида кадмия совпадает с человеческим глазом. Длина волны пиковой чувствительности составляет около 560-600 нм, что соответствует видимой части спектра. Следует отметить, что устройства, содержащие свинец или кадмий не соответствуют RoHS и запрещены для использования в странах, которые придерживаются законов RoHS.
Примеры применения фоторезисторов
Фоторезисторы чаще всего используются в качестве датчиков света, когда требуется определить наличие или отсутствие света или зафиксировать интенсивность света. Примерами являются автоматы включения уличного освещения и фотоэкспонометры. В качестве примера использования фоторезистора, приведем схему фотореле для уличного освещения.
Фотореле для уличного освещения
Данная схема фотореле автоматически включает уличное освещение, когда наступает ночь и выключает когда светлеет. На самом деле вы можете использовать данную схему для реализации любого типа автоматического включения ночного освещения.
При освещении фоторезистора (R1), его сопротивление уменьшается, падение напряжения на переменном резисторе R2 будет высоким, вследствие чего транзистор VT1 открывается. Коллектор VT1 (BC107) соединен с базой транзистора VT2 (SL100). Транзистор VT2 закрыт и реле обесточено. Когда наступает ночь, сопротивление LDR увеличивается, напряжение на переменном резисторе R2, падает, транзистор VT1 закрывается. В свою очередь, транзистор VT2 открывается и подает напряжение на реле, которое включает лампу.