Pomóż w opracowaniu witryny, udostępniając artykuł znajomym!
W przemyśle i elektronice użytkowej fotorezystory służą do pomiaru oświetlenia, zliczania liczby przedmiotów, identyfikowania przeszkód i innych rzeczy. Jego głównym celem jest przekształcenie ilości światła padającego na obszar wrażliwy na użyteczny sygnał elektryczny. Sygnał może być następnie przetwarzany przez analogowy, cyfrowy obwód logiczny lub obwód oparty na mikrokontrolerze. W tym artykule opiszemy, jak działa fotorezystor i jak zmieniają się jego właściwości pod wpływem światła.Podstawowe pojęcia i urządzenia
Fotorezystor jest urządzeniem półprzewodnikowym, którego rezystancja (jeśli jest wygodna - przewodność) zmienia się w zależności od tego, jak mocno jest oświetlona jego wrażliwa powierzchnia. Strukturalnie znaleziono w różnych wersjach. Najczęstsze elementy tego projektu, jak pokazano na rysunku poniżej. W tym samym czasie, aby pracować w określonych warunkach, można znaleźć fotorezystory zamknięte w metalowej obudowie z okienkiem, przez które światło wpada do wrażliwej powierzchni. Poniżej widać symboliczną notację na diagramie.
Co ciekawe, zmiana oporu z powodu strumienia świetlnego nazywana jest efektem fotorezystywnym.
Zasada działania jest następująca: pomiędzy dwiema przewodzącymi elektrodami znajduje się półprzewodnik (pokazany na czerwono na rysunku), gdy półprzewodnik nie jest oświetlony - jego rezystancja jest wysoka, aż do jednostek MOhm. Gdy ten obszar jest oświetlony, jego przewodność gwałtownie wzrasta, a opór odpowiednio spada.
Jako półprzewodnik można stosować takie materiały jak: siarczek kadmu, siarczek ołowiu, selenin kadmu i inne. Wybór materiału do produkcji fotorezystora zależy od jego charakterystyki widmowej. W prostych słowach - zakres kolorów (długości fal) przy oświetleniu, przy którym opór elementu zmienia się prawidłowo. Dlatego wybierając fotorezystor, musisz wziąć pod uwagę, w jakim widmie działa. Na przykład w przypadku elementów wrażliwych na promieniowanie UV należy wybrać te typy emiterów, których charakterystyki spektralne pasują do fotorezystorów. Obraz, który opisuje charakterystyki widmowe każdego z materiałów, przedstawiono poniżej.
Jednym z najczęściej zadawanych pytań jest „Czy fotorezystor ma polaryzację?” Odpowiedź brzmi: nie. Fotorezystory nie mają złącza pn, więc nie ma znaczenia, w jakim kierunku płynie prąd. Można sprawdzić fotorezystor za pomocą multimetru w trybie pomiaru rezystancji, mierząc opór oświetlonego i przyciemnionego elementu.
Na poniższej tabeli można zobaczyć przybliżoną zależność oporu od oświetlenia:
Tutaj pokazano, jak prąd zmienia się pod pewnym napięciem w zależności od ilości światła, gdzie Ф = 0 to ciemność, a Ф3 to jasne światło. Poniższy wykres pokazuje zmianę prądu przy stałym napięciu, ale ze zmiennym oświetleniem:
Na trzecim wykresie widać zależność oporu od światła:
Na poniższym rysunku widać, jak wyglądają popularne fotorezystory wykonane w ZSRR:
Nowoczesne fotorezystory, które są powszechnie stosowane w praktyce domowych artystów, wyglądają trochę inaczej:
Do identyfikacji elementu używa się zwykle oznaczenia alfabetycznego.
Charakterystyka fotorezystorów
Fotorezystory mają więc główne cechy, na które należy zwrócić uwagę przy wyborze:
- Ciemny opór. Jak sama nazwa wskazuje, jest to rezystancja fotorezystora w ciemności, to znaczy przy braku strumienia świetlnego.
- Zintegrowana światłoczułość - opisuje reakcję elementu, zmianę prądu przez niego na zmianę strumienia świetlnego. Mierzone przy stałym napięciu w A / lm (lub mA, μA / lm). Jest to oznaczane jako S. S = If / Ф, gdzie If jest fotoprądem, a Ф jest strumieniem świetlnym.
W tym przypadku wskazuje dokładnie fotoprąd. Jest to różnica między prądem ciemnym a prądem podświetlanego elementu, to znaczy części, która powstała w wyniku efektu fotoprzewodzenia (tak samo jak efekt fotorezystywny).
Uwaga: opór ciemności jest oczywiście charakterystyczny dla każdego konkretnego modelu, na przykład dla FGC-G7 wynosi 5 MΩ, a czułość całkowita wynosi 0, 7 A / lm.
Pamiętaj, że fotorezystory mają pewną bezwładność, to znaczy, że ich opór nie zmienia się natychmiast po napromieniowaniu strumieniem światła, ale z niewielkim opóźnieniem. Ten parametr nazywa się częstotliwością odcięcia. Jest to częstotliwość sygnału sinusoidalnego modulującego strumień światła przez element, przy którym czułość elementu zmniejsza się do pierwiastka 2 razy (1, 41). Prędkość komponentów zwykle mieści się w dziesiątkach mikrosekund (10 (- 5) s). Zatem zastosowanie fotorezystora w obwodach, w których potrzebna jest szybka reakcja, jest ograniczone, a często niepotrzebnie.
Gdzie jest używany
Kiedy dowiedzieliśmy się o urządzeniu i parametrach fotorezystorów, porozmawiajmy o tym, co to jest dla konkretnych przykładów. Chociaż wykorzystanie fotorezystancji jest ograniczone ich szybkością, nie zmniejsza to obszaru zastosowania.
- Przekaźniki zmierzchowe. Nazywane są również fotoreklakami - są to urządzenia do automatycznego włączania światła w ciemności. Poniższy schemat przedstawia najprostszą wersję takiego obwodu, na elementach analogowych i przekaźniku elektromechanicznym. Jego wadą jest brak histerezy i możliwe występowanie grzechotania przy wartościach oświetlenia granicznego, w wyniku czego przekaźnik będzie grzechotał lub włączał się i wyłączał przy niewielkich wahaniach oświetlenia.
- Czujniki światła. Za pomocą fotorezystorów można wykryć słaby strumień światła. Poniżej przedstawiono wdrożenie takiego urządzenia opartego na ARDUINO UNO.
- Alarmy. W takich systemach stosuje się głównie elementy wrażliwe na promieniowanie ultrafioletowe. Element czujnikowy jest podświetlany przez emiter, w przypadku przeszkody między nimi wyzwalany jest alarm lub siłownik. Na przykład kołowrót w metrze.
- Czujniki mające coś. Na przykład w branży poligraficznej stosującej fotorezystory można kontrolować pękanie taśmy papierowej lub liczbę arkuszy podawanych do maszyny drukarskiej. Zasada działania jest podobna do omówionej powyżej. W ten sam sposób można wziąć pod uwagę ilość produktów przechodzących przez taśmę przenośnika lub jej wielkość (przy znanej prędkości ruchu).
Mówiliśmy krótko o tym, czym jest fotorezystor, gdzie jest on używany i jak działa. Praktyczne wykorzystanie elementu jest bardzo szerokie, dlatego trudno jest opisać wszystkie funkcje w jednym artykule. Jeśli masz jakieś pytania - napisz je w komentarzach.
Na koniec zalecamy obejrzenie przydatnego filmu na ten temat:
Na pewno nie wiesz:
- Jak zrobić przekazywanie zdjęć własnymi rękami
- Jak podłączyć czujnik ruchu do oświetlenia
- Co to jest rezystor i do czego służy?