Помогнете на развитието на сайта, споделяйки статията с приятели!
В индустрията и битовата електроника фоторезисторите се използват за измерване на осветлението, преброяване на броя на нещо, идентифициране на препятствия и други неща. Неговата основна цел е да преобразува количеството светлина, падащо върху чувствителна зона, в полезен електрически сигнал. Тогава сигналът може да бъде обработен от аналогова, цифрова логическа схема или от схема на микроконтролер. В тази статия ще опишем как работи фоторезисторът и как се променят неговите свойства под влияние на светлината.Основни понятия и устройство
Фоторезисторът е полупроводниково устройство, чието съпротивление (ако е удобно - проводимост) варира в зависимост от това колко силно е осветена нейната чувствителна повърхност. Структурно открити в различни версии. Най-често срещаните елементи на този дизайн, както е показано на фигурата по-долу. В същото време, за да работят при определени условия, могат да се намерят фоторезистори, затворени в метален корпус с прозорец, през който светлината влиза в чувствителната повърхност. По-долу виждате нейната символична нотация в диаграмата.
Интересно е, че промяната в съпротивлението, дължаща се на светлинния поток, се нарича фоторезистивен ефект.
Принципът на работа е следният: между два проводими електрода има полупроводник (показан в червено на фигурата), когато полупроводникът не е осветен - неговото съпротивление е високо, до единици MOhm. Когато тази област е осветена, неговата проводимост нараства рязко и съпротивлението намалява съответно.
Като полупроводник могат да се използват такива материали като: кадмиев сулфид, оловен сулфид, кадмиев селенит и др. Изборът на материал при производството на фоторезистор зависи от неговата спектрална характеристика. С прости думи - диапазонът от цветове (дължини на вълните), когато се осветява, при което съпротивлението на елемента ще се промени правилно. Ето защо, избирайки фоторезистор, трябва да вземете под внимание в кой спектър работи. Например, под чувствителни към ултравиолетови лъчи елементи трябва да изберете тези видове излъчватели, спектралните характеристики на които отговарят на фоторезисторите. По-долу е показана картина, която описва спектралните характеристики на всеки от материалите.
Един от често задаваните въпроси е "Има ли фоторезисторът полярност?" Отговорът е не. Фоторезисторите нямат pn преход, така че няма значение в каква посока тече токът. Можете да проверите фоторезистора с помощта на мултиметър в режим на измерване на съпротивлението, измервайки съпротивлението на осветения и затъмнения елемент.
Можете да видите приблизителната зависимост на съпротивлението от осветлението на графиката по-долу:
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. Следната графика показва промяната на тока при постоянно напрежение, но с различно осветление:
На третата графика виждате зависимостта на съпротивлението от светлината:
На фигурата по-долу можете да видите как изглеждат популярните фоторезистори в СССР:
Съвременните фоторезистори, които се използват широко в практиката на домашно приготвени художници, изглеждат малко по-различно:
За идентифициране на елемента обикновено се използва азбучен знак.
Характеристики на фоторезисторите
Така фоторезисторите имат основните характеристики, на които се обръща внимание при избора:
- Тъмна съпротива. Както подсказва името, това е съпротивлението на фоторезистора в тъмното, т.е. в отсъствието на светлинен поток.
- Интегрирана фоточувствителност - описва реакцията на даден елемент, промяната на тока през нея до промяна в светлинния поток. Измерва се при постоянно напрежение в A / lm (или mA, μA / lm). Тя се обозначава като S. S = Ако / Ф, където If е фототок, а Ф е светлинен поток.
В този случай се показва фототок. Това е разликата между тъмния ток и тока на осветения елемент, т.е. частта, която е възникнала поради ефекта на фотопроводимостта (същия като фоторезистивния ефект).
Забележка: съпротивлението на тъмнината е характерно за всеки конкретен модел, например за FGC-G7 е 5 M7, а интегралната чувствителност е 0.7 A / lm.
Не забравяйте, че фоторезисторите имат определена инерция, т.е. неговата устойчивост не се променя незабавно след облъчване със светлинен поток, но с малко закъснение. Този параметър се нарича гранична честота. Това е честотата на синусоидалния сигнал, модулиращ светлинния поток през елемента, при който чувствителността на елемента намалява до корен от 2 пъти (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 ограничено и често ненужно.
Когато се използва
Когато научихме за устройството и параметрите на фоторезисторите, нека поговорим за това, което е за използване на конкретни примери. Въпреки че използването на фотосъпротивление е ограничено от тяхната скорост, това не прави областта на приложение по-малка.
- Релета за здрач. Те се наричат още фотореле - те са устройства за автоматично включване на светлината на тъмно. Диаграмата по-долу показва най-простата версия на такава верига, на аналогови компоненти и електромеханично реле. Недостатъкът му е липсата на хистерезис и възможната поява на трептене при стойности на осветяването на границите, в резултат на което релето ще дрънка или ще се включва и изключва с леки колебания в осветяването.
- Светлинни сензори. С помощта на фоторезистори можете да откриете слаб светлинен поток. По-долу е представено приложението на такова устройство на базата на ARDUINO UNO.
- Аларма. В такива схеми се използват основно елементи, които са чувствителни към ултравиолетовите лъчи. Сензорният елемент се осветява от излъчвателя, в случай на препятствие между тях - задейства се аларма или задвижващ механизъм. Например, турникет в метрото.
- Сензорите имат нещо. Например, в печатарската индустрия, използваща фоторезистори, можете да контролирате счупването на хартиената лента или броя на листовете, подавани в печатащата машина. Принципът на действие е подобен на този, разгледан по-горе. По същия начин е възможно да се вземе предвид количеството на продуктите, преминали през конвейерната лента, или нейният размер (при известна скорост на движение).
Накратко говорихме за това какво е фоторезистор, 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 някакви въпроси - напишете ги в коментарите.
Накрая Ви препоръчваме да гледате полезен видеоклип по темата:
Със сигурност не знаете:
- Как да направите фото релета със собствените си ръце
- Как да свържете датчик за движение за осветление
- Какво е резистор и за какво е?