Фоторезистор - работа, типы и приложения

Свет это форма электромагнитного излучения. Электромагнитный спектр разделен на множество полос, из которых Свет обычно относится к Видимому спектру. Но в физике гамма-лучи, рентгеновские лучи, микроволны и радиоволны также считаются светом. Спектр видимого света имеет длины волн в диапазоне 400-700 нанометров, лежащих между спектром инфракрасных лучей и ультрафиолетовым спектром. Свет несет энергию в виде фотонов. Когда эти фотоны контактируют с другими частицами, энергия передается из-за столкновения. Используя этот принцип света, было изобретено множество полезных продуктов, таких как фотодиоды, фоторезисторы, солнечные панели и т. Д.

Что такое фоторезистор?

Свет имеет природу дуальности волновых частиц. Это означает, что свет имеет как частицу, так и волнообразную природу. Когда свет падает на полупроводниковый материал, присутствующие в нем фотоны поглощаются электронами и возбуждаются в более высокие энергетические диапазоны.

Фоторезистор - это тип светозависимого резистора, значения сопротивления которого меняются в зависимости от падающего на него света. Эти фоторезисторы имеют тенденцию уменьшать значения своего сопротивления с увеличением интенсивности падающего света.

Фоторезисторы обладают фотопроводимостью. Это менее светочувствительные устройства по сравнению с фотодиодами и фототранзисторами. Фоторезистор зависит от температуры окружающей среды.

Принцип работы

У фоторезистора нет P-N перехода, как у фотодиодов. Это пассивный компонент. Они изготовлены из полупроводниковых материалов с высоким сопротивлением.

Когда свет падает на фоторезистор, фотоны поглощаются полупроводниковым материалом. Энергия фотона поглощается электронами. Когда эти электроны приобретают энергию, достаточную для разрыва связи, они прыгают в зону проводимости. За счет этого снижается сопротивление фоторезистора. С уменьшением сопротивления увеличивается проводимость.

В зависимости от типа полупроводникового материала, используемого для фоторезистора, их диапазон сопротивления и чувствительность различаются. В отсутствие света фоторезистор может иметь значения сопротивления в мегаомах. А при наличии света его сопротивление может уменьшаться до нескольких сотен Ом.

Типы фоторезисторов

В зависимости от свойств полупроводникового материала, используемого для создания фоторезистора, они подразделяются на два типа - внешние и внутренние фоторезисторы. Эти полупроводники по-разному реагируют в зависимости от длины волны.

Внутренние фоторезисторы разработаны с использованием внутреннего полупроводникового материала. Эти собственные полупроводники имеют свои собственные носители заряда. В их зоне проводимости нет свободных электронов. В них есть дыры в валентной зоне.

Итак, чтобы возбуждать электроны, присутствующие в собственном полупроводнике, из валентной зоны в зону проводимости, необходимо обеспечить достаточную энергию, чтобы они могли пересечь всю запрещенную зону. Следовательно, для срабатывания устройства нам требуются фотоны с более высокой энергией. Следовательно, внутренние фоторезисторы предназначены для обнаружения света более высокой частоты.

С другой стороны, внешние полупроводники образуются путем легирования собственных полупроводников примесями. Эти примеси предоставляют свободные электроны или дырки для проводимости. Эти свободные проводники лежат в энергетической зоне ближе к зоне проводимости. Таким образом, небольшое количество энергии может заставить их перейти в зону проводимости. Внешние фоторезисторы используются для обнаружения света с большей длиной волны и меньшей частотой.

Чем выше интенсивность света, тем больше падение сопротивления фоторезистора. Чувствительность фоторезисторов зависит от длины волны применяемого света. Когда нет достаточной длины волны, достаточно срабатывания устройства, устройство не реагирует на свет. Внешние фоторезисторы могут реагировать на инфракрасные волны. Внутренние фоторезисторы могут обнаруживать световые волны более высокой частоты.

Символ фоторезистора

Фоторезисторы используются для обозначения наличия или отсутствия света. Он также записывается как LDR. Обычно они состоят из Cds, Pbs, Pbse и т. Д. Эти устройства чувствительны к изменениям температуры. Таким образом, даже если интенсивность света остается постоянной, в фоторезисторах можно увидеть изменение сопротивления.

Применение фоторезистора

Сопротивление фоторезистора нелинейно зависит от силы света. Фоторезисторы не так чувствительны к свету, как фотодиоды или фототранзисторы. Вот некоторые применения фоторезисторов:

• Они используются как датчики света.
• Они используются для измерения интенсивности света.
• В ночных и фотографических люксметрах используются фоторезисторы.
• Их свойство задержки используется в аудиокомпрессорах и внешнем зондировании.
• Фоторезисторы также можно найти в будильниках, уличных часах, солнечных уличных фонарях и т. д.
• Инфракрасная астрономия и инфракрасная спектроскопия также используют фоторезисторы для измерения средней инфракрасной области спектра.

Проекты на основе фоторезисторов

Фоторезисторы были удобным устройством для многих любителей. Доступно много новых исследовательских работ и электронных проектов на основе фоторезисторов. Фоторезисторы нашли новое применение в медицине, встроенных системах и астрономии. Некоторые из проектов, разработанных с использованием фоторезистора, следующие:

• Созданный студентами фотометр на основе фоторезистора и его применение в судебно-медицинской экспертизе красителей.
• Интеграция биосовместимой органической резистивной памяти и фоторезистора для носимых приложений распознавания изображений.
• Время фотосъемки со смартфоном.
• Разработка и реализация простой акустооптической схемы двойного управления.
• Система определения местоположения источника света.
• Мобильный робот включается звуком и управляется внешним источником света.
• Разработка системы мониторинга с открытым исходным кодом для термодинамического анализа зданий и систем.
• Устройство защиты от перегрева.
• Устройство для обнаружения электромагнитного излучения.
• Автоматическая двухосная газонокосилка на солнечной энергии для сельскохозяйственных нужд.
• Механизм определения мутности воды с использованием светодиодов для системы мониторинга на месте.
• Клавиатура с подсветкой и подсветкой создана с использованием фоторезисторов.
• Новый электронный замок с кодом Морзе на основе Интернета вещей.
• Система уличного освещения для умных городов с использованием фоторезисторов.
• Отслеживание интервенционных устройств МРТ с помощью настраиваемых маркеров с компьютерным управлением.
• Они используются в жалюзи, активируемых светом.
• Фоторезисторы также используются для автоматической регулировки контрастности и яркости в телевизорах и смартфонах.
• Для конструирования бесконтактных выключателей используются фоторезисторы.

Из-за запрета на кадмий в Европе использование фоторезисторов Cds и Cdse ограничено. Фоторезисторы можно легко реализовать и связать с микроконтроллерами.

Эти устройства доступны на рынке как датчики IC. Они доступны как датчики внешней освещенности, световые и цифровые датчики, LDR и т. Д. Некоторые из широко используемых продуктов - это датчик освещенности OPT3002, пассивный датчик освещенности LDR и т. Д. Электрические характеристики, спецификации и т. Д. OPT3002 можно найти в техническое описание предоставлено Texas Instruments. Можно ли использовать фоторезисторы как альтернативу фотодиодам? В чем разница?