Фоторезисторы (LDR): принцип работы, структура и применение

Как сделан фоторезистор (LDR)?

LDR (Light Dependent Resistor) — резистор, сопротивление которого зависит от освещенности (фотоэлектрическая проводимость). Основа — фотчувствительный материал (CdS — сульфид кадмия) в зигзагообразной дорожке. В некоторых регионах CdS запрещен — используют InSb (сульфид индия) или PbS (сульфид свинца).

На концах зигзага — металлические контакты (энергетическая зона). Отличие от фототранзистора/фотодиода: нет p-n перехода. Зигзаг защищен прозрачным покрытием для прохождения света.

Типы LDR

1. Внутренние (intrinsic): чистый полупроводник (Ge, Si). Свет дает энергию электронам валентной зоны → переход в зону проводимости.
2. Примесные (extrinsic): легированный полупроводник. Примеси создают дополнительную зону над валентной → меньше энергия для перехода электронов.

Оба типа светозависимы: автоматические фонари, датчики света, люксметры.

Принцип работы

Базовое понимание

Проводник — много свободных электронов. Диэлектрик — мало электронов, высокое сопротивление. Полупроводник — мало подвижных электронов (большинство в кристаллической решетке) → высокое сопротивление в темноте.

Фотоэлектрическая проводимость

Свет на фотоэлемент → поглощение энергии → электроны валентной зоны переходят в зону проводимости → проводимость растет с интенсивностью света. Условие: энергия фотона > ширины запрещенной зоны.

В темноте — макс. сопротивление. Под светом — сопротивление падает.

Применение LDR

• Детекция наличия/интенсивности света.
• Автоматические лампы (вкл/выкл по свету).
• Фото-контактные выключатели приближенности.
• Часы и дымасигнализаторы с автоподсветкой.
• Оптические схемы.

Структура LDR

Горизонтальное тело, большая площадь под свет. Легкое легирование активной области на полупроводящей подложке. Дискретные LDR — интердигитальная структура (увеличивает площадь под свет). Металлизация на поверхности — два контакта. Металлизированная область должна быть большой → низкое контактное сопротивление. Интердигитальная структура сложна, используется в дискретных приборах.

Графическое обозначение LDR

Символ резистора со стрелочками света (как у фотодиода/фототранзистора). Старый стиль — зигзаг, новый — прямоугольник.

Разница между фотодиодом (фотоэлементом) и LDR

LDR: сопротивление ↓ при свете ↑. Фотоэлемент: свет → электричество (p-n переход). Фотоэлемент — быстрый отклик, LDR — частые/медленные реакции. Для мгновенного ответа — фотоэлемент.

Резюме

LDR — ключевой элемент для детекции света. Полупроводниковая основа дает высокое сопротивление в темноте. Статья помогла? Обращайтесь за дополнительной информацией!