Как устроен и как работает фоторезистор – RxTx.su

Фоторезистор — это пассивный элемент (не отдает электрическую энергию, а только потребляет), который при воздействии на него света меняет свое сопротивление. Также его могут называть фотоэлементом, а в зарубежной документации встречается аббревиатура LDR («Light Dependent Resistor«, что в переводе на русский «Светозависимый резистор«) или «Photoconductive cell«, что в переводе «Фотопроводящий элемент«.

Что из себя представляет фоторезистор

На рисунке в начале статьи можно увидеть, как выглядит один из видов фоторезистора (распространенные на китайском рынке).

Фоторезисторы — это управляемые светом переменные резисторы. С точки зрения работы, фоторезистор обычно обладает очень высоким сопротивлением (в мегаомах) при размещении в темноте. Однако, когда он освещен, его сопротивление значительно уменьшается. Оно может упасть до нескольких сотен Ом, в зависимости от интенсивности света. Что касается применений, то фоторезисторы используются в схемах коммутации, активируемых светом или темнотой, а также в схемах светочувствительных детекторов.

Если сравнивать по чувствительности с фотодиодом или фототранзистором, то он является менее чувствительным к свету.

При подключении фоторезистора полярность, кстати, не имеет значения. Его можно использовать как в цепях с постоянным током, так и с переменным.

Обозначение на схеме фоторезистора

На рисунке 1 проиллюстрированы обозначения фоторезисторов на схемах. Все они обозначают один и тот же элемент. И не важно, с пересекающей стрелкой или без нее.

Рисунок 1. Условные обозначение фоторезистора, которые используются на схемах.

Устройство фоторезистора

Фоторезисторы изготавливаются из особого вида полупроводниковых кристаллов, таких как сульфид кадмия (для света) или сульфид свинца (для инфракрасного излучения).

Когда этот полупроводник помещают в темноту, электроны внутри его структуры «не хотят» проходить через резистор, потому что они слишком сильно связаны с атомами кристалла. Однако при освещении входящие фотоны света сталкиваются со связанными электронами, отрывая их от связывающего атома. Эти освобожденные электроны теперь могут вносить свой вклад в ток, протекающий через устройство.

Рисунок 2. Устройство фоторезистора

Фоторезисторам может потребоваться несколько миллисекунд или более, чтобы полностью отреагировать на изменения интенсивности света. И может потребоваться несколько секунд, чтобы вернуться к своему нормальному сопротивлению в темноте. В общем, практически все фоторезисторы функционируют аналогичным образом. Однако диапазон чувствительности и сопротивления фоторезистора может сильно варьироваться от одного устройства к другому.

Определенный фоторезистор может лучше реагировать на свет, который содержит фотоны определенной длины волны спектра. Например, фоторезисторы из сульфида кадмия лучше всего реагируют на свет в диапазоне от 400 до 800 нм, тогда как фоторезисторы из сульфида свинца лучше всего реагируют на инфракрасные фотоны.

Пример работы фоторезистора

В темное время суток фоторезистор обладает очень высоким сопротивлением, и через последовательный контур протекает небольшой ток. Миллиамперметр на рисунке 3 показывает самое минимальное значение (0.01 мА, ). Когда на фоторезистор подается все более яркий источник света, сопротивление фоторезистора начинает уменьшаться, и через последовательный контур начинает протекать больше тока.

Рисунок 3. Пример того, как работает фоторезистор

Светочувствительный делитель напряжения

Эти схемы напоминают схему делителя напряжения. Выходное напряжение можно рассчитать по формуле:

\[ U_{вых}=\frac{R_{2}}{R_{1}+R_{2}}U_{вх} \]

По мере увеличения интенсивности света сопротивление фоторезистора уменьшается, поэтому выход в верхней цепи становится меньше по мере того, как на него попадает больше света, тогда как выход в нижней цепи становится больше (рис. 4).

Рисунок 4. Фоторезистор и делитель напряжения

Что такое фоторезистор, как он устроен и как работает: сфера использования, особенности применения

Электрооборудование

Автор: profelectro

Содержание

Фоторезистор — это устройство, позволяющее измерять освещённость, проводит подсчёт каких-либо объектов, определять преграды и выполнять многие другие функции.

Как правило, цель использования этого элемента: превращать в сигнал попадающий на поверхность свет. Схема в устройстве подвергает сигнал обработке, предоставляя конечный результат.

Сегодня рассмотрим, что представляют собой эти устройства и по какому принципу они работают.

Как это работает

Если говорить о развёрнутом определении, можно сказать, что это полупроводники. Их проводимость изменяется в зависимости от попавшего на рабочую зону элемента света. Различают разные конструкции.

Существует резисторы с корпусом из металла для использования в сложных условиях, на них световой поток падает через специальное окно. Важно помнить о фоторезистивном эффекте. Это эффект, при котором под потоком света сопротивление изменяется.

Работает конструкция по следующему принципу: полупроводник, находится между электродами. Если на полупроводник не попадает свет, у него большое сопротивление.

Если на полупроводник попадает свет, проводимость вырастет, а сопротивление,  в свою очередь, будет падать.

Для создания полупроводников используют разные материалы, например, селенит или сульфид кадмия и другие.

Параметры этих устройств зависят от того, из чего они изготовлены. В частности, длина волн и диапазон цветов, которые измеряются по изменению сопротивления материала.

Выбор спектра важен для подбора нужного резистора.  Для чувствительных фотодиодов необходимо выбирать излучатели, которые подойдут им по параметрам.

Некоторые люди не знают, существует ли у этого фотоэлемента полярности. Можно смело утверждать: полярности у этого элемента нет, поэтому направление тока не имеет значения.

Проверить элемент и его рабочее состояние можно с помощью мультиметра. Как правило, для обозначений резисторов применяют маркирование буквами.

Параметры

Все фоторезисторы обладают определёнными параметрами. Именно эти параметры влияют на итоговый выбор элемента для своих устройств. Среди характеристик выделяют следующие:

1. Сопротивление элемента в темноте, иначе называемое темновым сопротивлением. Этот параметр отвечает за сопротивление элемента в момент, когда на него не попадает световой поток.
2. Значение интегральной фоточувствительности. Это значение, отвечающее за реакцию фоторезистора при проходящем через него токе.

Фоточувствительность можно найти по следующей формуле: S=Iф/Ф.

Значение фототока представляет собой разность тока при темноте и тока при свете. Фоторезистивный эффект определяет вторую часть. Отметим, что данные параметры есть у всех фоторезисторов, и для каждого элемента характерны свои особенности.

Инерционность есть у всех фоторезисторов. Это значит, что сопротивление не будет изменено за мгновенье, а через какой-то период времени после того, как резистор оказывается под световым лучом.

Данная характеристика определяется граничной частотой.

Чистота выражается переменным сигналом проходящего через резистор потока света. В процессе чувствительность элемента сильно понижается. Для измерения нужны десятки микросекунд, поэтому фоторезисторы подходят не всем схемам.

Сфера применения

После того, как Вы поняли принцип работы и конструкцию данных элементов, можно говорить и о сферах применения. Данные элементы широко используют в разных схемах. Отметим некоторые конкретные примеры использования.

• Фотореле, которые реже называются сумеречными реле. Данные приборы применяют для систем освещения, чтобы в тёмное время свет выключался автоматически. Схемы с такими элементами встречаются довольно часто. Минусом схем, как на схеме ниже, является отсутствующий гистерезис. При приграничной величине освещённости может возникнуть дребезжание. Кроме того, такое устройство может внезапно включаться и отключаться, если свет будет колебаться.

• Датчик освещённости. Устройства с фоторезисторами, которые могут детектировать слабые световые потоки. Его можно собрать на базе схем «Ардуино».
• Система сигнализации. Для сигнализаций часто выбирают компоненты, реагирующие на свет и на световые преграды. Фоторезистор освещён другим устройством, если появляется преграда, сигнализация сработает. По такому принципу работают многие устройства, которые реагируют на преграждение объектом светового потока.

• Любые датчики. Детекторы могут быть самыми разными в эксплуатации. Работа многих аппаратов контролируется благодаря фоторезисторам. Например, многие станки и печатные машины автономно работают благодаря фоторезисторам, чувствительным к свету. Кроме того, на конвейерных лентах количество созданной продукции измеряется благодаря фоторезисторам.

Как видите, фоторезисторы обладают широкой сферой использования и встречаются в самых разных механизмах.

Это основная информация, касающаяся фоторезисторов. Теперь, когда Вы знаете больше об этом, Вы можете самостоятельно подобрать подходящий фоторезистор для своей схемы!

Похожие публикации:

Руководство по работе, взаимодействию и применению

Необходимые компоненты

Введение

Фоторезисторы — это крошечные светочувствительные устройства, также известные как фоторезисторы. LDR — это резистор, сопротивление которого изменяется при изменении количества падающего на него света. Сопротивление LDR уменьшается с увеличением интенсивности света. Это свойство позволяет использовать их для создания светочувствительных схем. Узнайте, что такое LDR, как он работает, как связать его с evive и запрограммировать в PictoBlox — нашей платформе графического программирования на основе блоков Scratch с расширенными возможностями взаимодействия с оборудованием, и, наконец, какие захватывающие проекты «сделай сам» вы можете сделать с помощью LDR, доступного в evive Starter Kit.

Для работы в PictoBlox сначала необходимо загрузить его ЗДЕСЬ.

Готов? Набор. Идти!

Что такое LDR или фоторезистор?

Давайте начнем с понимания того, что такое LDR и как работает LDR.

LDR — это аббревиатура от Light Dependent Resistor . LDR — это крошечные светочувствительные устройства, также известные как фоторезисторы . LDR — это резистор, сопротивление которого изменяется при изменении количества падающего на него света. Сопротивление LDR уменьшается с увеличением интенсивности света, и наоборот. Это свойство позволяет использовать их для изготовления светочувствительных схем.c

Для использования LDR мы всегда должны сделать схему делителя напряжения. Когда значение сопротивления LDR увеличивается по сравнению с фиксированным сопротивлением, напряжение на нем также увеличивается.

Что такое сигналы?

Но прежде чем двигаться дальше, давайте немного поговорим о сигналах.

Сигнал — это все, что несет некоторую информацию. Это может быть действие, звук или тип движения.
Любой сигнал можно классифицировать как:

1. Аналоговый сигнал
2. Цифровой сигнал

Аналоговый сигнал

Аналоговый сигнал представляет собой сигнал, который представляет ВСЕ возможных значений в заданном диапазоне по мере его изменения во времени; он аналогичен изменяющейся во времени величине, которую он представляет.

Цифровой сигнал

Напротив, цифровой сигнал представляет собой сигнал, представляющий величину в виде последовательности дискретных значений. Цифровой сигнал может представлять только 2 значения: ‘ ВЫСОКИЙ ’ и ‘ МАЛЫЙ ’.

LDR – аналогичное устройство; его сопротивление изменяется постепенно, а не прерывисто, .

1. Соедините LDR и резистор 4,7 кОм последовательно.
2. Подключите контакт 5V к первому плечу LDR.
3. Подключите контакт заземления к концу резистора.
4. Подключите общую ногу LDR и резистора к контакту A0 на evive.

Визуализация значений LDR на экране evive

Теперь, когда мы подключили LDR к evive, давайте визуализируем изменение сопротивления LDR на мониторе состояния выводов evive.

1. Включить evive. В его меню перейдите к монитору состояния контактов.
2. Выберите состояния аналоговых контактов.
3. Обратите внимание на значение перед контактом A0. По мере уменьшения освещенности значение также уменьшается.

Работа с LDR в режиме реального времени

Теперь мы подключили наш фоторезистор к evive. Мы собираемся создать сценарий для изменения фона сцены PictoBlox в соответствии с количеством света, падающего на LDR.
Следуйте инструкциям по написанию сценария, чтобы фон выглядел как день, когда количество падающего света больше, и должен казаться ночью, когда количество света, падающего на LDR, меньше определенного количества или отсутствует.

1. Откройте PictoBlox. Подключите evive/вашу макетную плату к компьютеру с помощью USB-кабеля.
2. Нажмите на кнопку доски и выберите evive из выпадающего списка.
3. Затем в появившемся диалоговом окне выберите соответствующий последовательный порт.
4. Откройте библиотеку фонов и выберите два фона: мы выбираем Метро и Ночной город с улицей для дня и ночи соответственно.
5. Выберите Тоби.
6. Чтобы получить значения из LDR, мы будем использовать аналоговый датчик для чтения () в блоке () из палитры датчика и выбрать свет/фоторезистор из раскрывающегося списка. Выберите контакт, к которому он подключен, во втором раскрывающемся списке.
7. Чтобы проверить, меньше или больше падающего света, используйте блок if-else. Чтобы сравнить значение, полученное с фоторезистора, с определенным значением, выберите блок оператора меньше. В первое пустое место поместите считанный блок аналогового датчика () и напишите 100 во втором пространстве.
8. Если меньше 100, фон должен измениться на Ночной город с улицей. Таким образом, в палитре костюмов выберите , переключите фон на блок () и выберите Ночной город с улицей 9.0020 из раскрывающегося списка.
9. В противном случае мы оставим Метро в качестве фона. Таким образом, продублируйте фон переключателя на блок () и поместите его ниже руки else. Наконец, выберите Metro в раскрывающемся списке.
10. Чтобы скрипт работал вечно, мы будем использовать блок навсегда по всему коду.
11. Теперь поместите блок шляпы при щелчке флага над блоком навсегда. Это гарантирует, что скрипт запустится при нажатии на зеленый флажок.

Вы можете скачать весь код, чтобы светодиод мигал в режиме реального времени здесь.

Управление светодиодом на контакте 13 с помощью LDR

В этом примере мы собираемся использовать LDR для включения светодиода на контакте 13 при запуске. Если интенсивность света больше заданного значения, светодиод включится; в противном случае он останется выключенным. Выполните следующие действия, чтобы написать скрипт для управления LDR/фоторезистором без подключения к компьютеру.

1. Переключиться в режим загрузки.
2. Если значение, полученное от LDR, меньше 100, светодиод evive на выводе 13 должен включиться, в противном случае он должен оставаться выключенным.
3. Чтобы проверить, меньше или больше падающего света, используйте блок if-else. Чтобы сравнить значение, полученное с фоторезистора, с определенным значением, выберите блок оператора меньше. В первое пустое место поместите считанный блок аналогового датчика () и напишите 100 во втором пространстве.
4. Чтобы включить светодиод на выводе 13, перетащите и установите цифровой вывод () в качестве блока () из палитры evive. По умолчанию выбран контакт 13. Выберите HIGH во втором раскрывающемся списке, чтобы включить светодиод.
5. Светодиод останется выключенным, если значение, полученное с фоторезистора, больше 100. Таким образом, продублируйте установленный блок цифровых выводов и поместите его ниже другого плеча.
6. Чтобы выключить светодиод, выберите LOW в раскрывающемся списке.
7. Добавьте блок навсегда вокруг скрипта, чтобы запустить его навсегда.
8. Наконец, добавьте при нажатии флага блока шляпы для выполнения программы.
9. Загрузите код для evive с помощью кнопки «Загрузить код».

Вы можете скачать программу PictoBlox отсюда.

Заключение

Теперь, когда вы знакомы с основами LDR (фоторезистора) и знаете, как он работает, вы готовы опробовать многочисленные интересные проекты, которые мы приготовили для вас.

Удачной работы!

Разница между фотодиодом и фоторезистором (LDR)

Интенсивность света — одна из семи основных физических величин, которые можно измерить с помощью различных датчиков света. Фоторезистор (LDR) и фотодиод представляют собой такие электрические датчики, которые широко используются в электрических цепях для определения и контроля интенсивности света. Оба они изготовлены из полупроводникового материала. Кроме того, они сильно различаются по действию и применению.

Прежде чем перейти к списку различий между LDR и фотодиодом, мы сначала обсудим их основы.

Содержание

LDR

LDR (светозависимый резистор), также известный как фотоэлемент или фоторезистор, представляет собой датчик освещенности, сопротивление которого зависит от интенсивности падающего света. По сути, это переменный резистор, изготовленный из фотопроводящего полупроводникового материала. Его сопротивление обратно пропорционально интенсивности света. Другими словами, его проводимость увеличивается с увеличением интенсивности света.

У него было два одинаковых терминала. Поэтому он работает как двунаправленный резистор. Он сделан из одного слоя фотопроводящего полупроводникового материала N-типа, такого как селенид кадмия CdSe, сульфид кадмия CdS и т. д. Он работает на явлении фотопроводимости.

• Связанный пост: LDR: Светозависимый резистор? Строительство, работа, типы и применение

Фотодиод

Фотодиод представляет собой диод, преобразующий световую энергию в электрическую. Он сделан из полупроводникового материала, который генерирует ток, когда на него падает свет. Это датчик света или фотодатчик, используемый для контроля интенсивности света.

Он имел две клеммы, названные анодом (+) и катодом (-). Он работает в обратном направлении. Следовательно, это однонаправленный резистор. Это устройство PN-перехода, состоящее из двух слоев полупроводникового материала. Он изготавливается из любого полупроводникового материала, не ограничиваясь кремнием и германием, но его характеристики зависят от типа материала, такого как время отклика, чувствительность, темновой ток и напряжение пробоя.

Работает по принципу фотогальванического эффекта. Когда фотон попадает на его соединение, он генерирует электронно-дырочную пару, которая течет в противоположных направлениях и генерирует ток, называемый фототоком. Даже в условиях отсутствия освещения существует ток утечки, называемый темновым током. Однако это приводит к ошибкам в измерении.

• Связанный пост: Фотодиод: типы, конструкция, работа, режимы, производительность и применение

Сравнение

между LDR и фотодиодом

В следующей таблице показаны основные различия между фотодиодом и светочувствительным резистором (LDR).

Фоторезистор (LDR)	Фотодиод
Переменный резистор, сопротивление которого зависит от интенсивности падающего света.	Это тип фотодиода, который преобразует электрическую энергию в световую.
Символ LDR:	Обозначение фотодиода:
Работает по принципу фотопроводимости.	Работает по принципу фотогальванического эффекта.
LDR расшифровывается как Light Dependent Resistor. Он также известен как фоторезистор и фотоэлемент.	Фотодиод представляет собой диод с PN-переходом, также известный как фотодатчик, фотодетектор и фотодетектор.
У него было два одинаковых терминала.	Имеет две разные клеммы: анод и катод.
Это двунаправленный резистор.	Это однонаправленный резистор.
Работает при любом смещении.	Работает при обратном смещении.
Изготовлен из одного полупроводника N-типа.	Изготовлен из полупроводникового соединения PN.
Имеет простую конструкцию и прост в изготовлении.	Имеет относительно сложную конструкцию.
Изготовлен из фотопроводящих полупроводников, таких как CdSe и CdS.	Может быть изготовлен из любого типа полупроводника, но от этого зависит его производительность.
Имеет нелинейную реакцию на интенсивность света.	Фотодиод имеет линейную характеристику, и его ток изменяется линейно в зависимости от интенсивности света.
Имеет более медленное время отклика.	Он имеет очень быстрое время отклика.
Это очень дешево и долговечно.	Дорого и чувствительно к высокому напряжению.
Используется в светочувствительных схемах, таких как автоматические уличные фонари, солнечные фонари, пожарная сигнализация, охранная сигнализация и т. д.	Он используется в солнечных панелях для экологически чистой энергии, оптронах для изоляции и в высокоскоростной оптической связи.

• Разница между светодиодом и фотодиодом
• Разница между фотодиодом и фототранзистором
• Разница между LED и LDR

Основные различия между фоторезистором и фотодиодом

Определение

• Фоторезистор «LDR» — тип переменного резистора, сопротивление которого зависит от интенсивности света
• Фотодиод представляет собой тип диода, который генерирует электрический ток с падающим светом.

LDR (фоторезистор) представляет собой пассивное устройство, которое не преобразует энергию света, а использует световую энергию для увеличения проводимости фоторезистора. С другой стороны, фотодиод преобразует свет в электрическую энергию, доступную в солнечных панелях.

Функция

• LDR — это управляемый светом переключатель, который используется для управления током в цепи с помощью интенсивности света.
• Фотодиод используется для преобразования энергии света в электрическую энергию и точного измерения интенсивности света.

Принцип работы

• Фоторезистор «LDR» работает по принципу фотопроводимости.
• Фотодиод работает по принципу фотогальванического эффекта.

Фотопроводимость — это явление, при котором фотоны передают энергию электронам в зону проводимости и уменьшают сопротивление материала. Фотогальванический эффект — это явление, при котором электронно-дырочная пара генерируется, когда фотон попадает на фотодиод.

Структура

• Фоторезистор «LDR» изготовлен из одного слоя полупроводника N-типа.
Фотодиод
• состоит из двух слоев полупроводниковых слоев P-типа и N-типа, образующих PN-переход.

Клеммы

• Фоторезистор «LDR» имеет две идентичные клеммы
• Фотодиод имеет две клеммы: анод и катод.

Направленность

• LDR двунаправленный. Он может вести в обе стороны.
• Фотодиод однонаправленный. Он работает только при обратном смещении.

Из-за двунаправленности LDR он пропускает как переменный, так и постоянный ток. В то время как фотодиод проводит только в одном направлении, то есть постоянный ток.

Материал

• LDR (фоторезистор) изготовлен из селенида кадмия и сульфида кадмия.
Фотодиод
• изготавливается из любых полупроводников, таких как кремний и германий.

Время отклика

• Фоторезистор имеет очень медленное время отклика.
• Фотодиод имеет очень быстрое время отклика.

Благодаря малому времени отклика фотодиод может точно измерять внезапные изменения интенсивности света, в то время как LDR может измерять только большие изменения.

Применение

• Фоторезистор (LDR) используется в светочувствительных схемах, таких как автоматические уличные фонари, охранная сигнализация и обнаружение объектов.
• Фотодиод используется для получения электрической энергии из солнечной энергии в солнечных панелях, высокоскоростной оптической связи, оптронах и т. д.

Резюме

LDR и фотодиод являются фотодатчиками, используемыми для измерения интенсивности света. Тем не менее, LDR является наиболее используемым фотодатчиком, поскольку он недорог и прочен. Хотя его медленное время отклика делает его непригодным для обнаружения внезапных изменений интенсивности света.

С другой стороны, фотодиод имеет очень быстрое время отклика. LDR — это двунаправленное устройство, которое может проводить переменный ток, в то время как фотодиод может проводить постоянный ток только при обратном смещении. Если вы хотите управлять цепью, используя интенсивность света, LDR — лучший выбор.