Was sind Fotowiderstände, wie funktionieren sie und wo werden sie verwendet?

Grundlegende Konzepte und Gerät

Ein Fotowiderstand ist ein Halbleiterbauelement, dessen Widerstand (falls zweckmäßig - Leitfähigkeit) davon abhängt, wie stark seine empfindliche Oberfläche beleuchtet wird. Strukturell in verschiedenen Designs gefunden. Die häufigsten Elemente dieses Entwurfs, wie in der folgenden Abbildung gezeigt. Um unter bestimmten Bedingungen arbeiten zu können, finden Sie gleichzeitig Fotowiderstände in einem Metallgehäuse mit einem Fenster, durch das Licht in die empfindliche Oberfläche eintritt. Unten sehen Sie das grafische Symbol im Diagramm.

Interessant: Eine Widerstandsänderung unter dem Einfluss des Lichtflusses wird als photoresistiver Effekt bezeichnet.

Das Funktionsprinzip lautet wie folgt: Zwischen den beiden leitenden Elektroden befindet sich ein Halbleiter (in der Abbildung rot dargestellt), wenn der Halbleiter nicht leuchtet - sein Widerstand ist hoch, bis zu mehreren Megaohm. Wenn dieser Bereich beleuchtet wird, nimmt seine Leitfähigkeit stark zu und der Widerstand nimmt entsprechend ab.

Solche Materialien wie Cadmiumsulfid, Bleisulfid, Cadmiumselenit und andere können als Halbleiter verwendet werden. Die spektrale Charakteristik hängt von der Wahl des Materials bei der Herstellung des Fotowiderstands ab. Mit einfachen Worten - eine Reihe von Farben (Wellenlängen) bei Beleuchtung, durch die sich der Widerstand eines Elements korrekt ändert. Daher müssen Sie bei der Auswahl eines Fotowiderstands berücksichtigen, in welchem ​​Spektrum er funktioniert. Beispielsweise müssen Sie für UV-empfindliche Elemente diejenigen Emittertypen auswählen, deren spektrale Eigenschaften für Fotowiderstände geeignet sind. Eine Abbildung, die die spektralen Eigenschaften der einzelnen Materialien beschreibt, ist unten dargestellt.

Eine häufig gestellte Frage lautet: "Gibt es eine Polarität im Fotowiderstand?" Die Antwort ist nein. Fotowiderstände haben keinen pn-Übergang, daher spielt es keine Rolle, in welche Richtung der Strom fließt. Sie können den Fotowiderstand mit einem Multimeter im Widerstandsmessmodus überprüfen, indem Sie den Widerstand des beleuchteten und abgedunkelten Elements messen.

In der folgenden Grafik sehen Sie eine ungefähre Abhängigkeit des Widerstands von der Beleuchtung:

Hier wird gezeigt, wie sich der Strom bei einer bestimmten Spannung in Abhängigkeit von der Lichtmenge ändert, wobei Ф = 0 Dunkelheit und Ф3 helles Licht ist.Die folgende Grafik zeigt die Änderung des Stroms bei konstanter Spannung, aber wechselnder Beleuchtung:

In der dritten Grafik sehen Sie die Abhängigkeit des Widerstands von der Beleuchtung:

In der folgenden Abbildung sehen Sie, wie beliebte Fotowiderstände in der UdSSR aussehen:

Moderne Fotowiderstände, die in der Praxis der Heimwerker weit verbreitet sind, sehen etwas anders aus:

Ein Element ist normalerweise mit einer Beschriftung gekennzeichnet.

Eigenschaften des Fotowiderstands

Fotowiderstände weisen also die Hauptmerkmale auf, die bei der Auswahl berücksichtigt werden:

• Dunkler Widerstand. Wie der Name schon sagt, ist dies der Widerstand des Fotowiderstands im Dunkeln, dh ohne Lichtfluss.
• Integrale Lichtempfindlichkeit - beschreibt die Reaktion eines Elements, die Änderung des Stroms durch es auf eine Änderung des Lichtflusses. Gemessen bei einer konstanten Spannung in A / lm (oder mA, µA / lm). Es wird als S. S = Iph / F bezeichnet, wobei Iph der Photostrom und F der Lichtfluss ist.

In diesem Fall wird der Photostrom angezeigt. Dies ist die Differenz zwischen dem Dunkelstrom und dem Strom des beleuchteten Elements, dh dem Teil, der aufgrund des Photoleitfähigkeitseffekts entstanden ist (der gleiche wie der photoresistive Effekt).

Hinweis: Der Dunkelwiderstand ist natürlich für jedes spezifische Modell charakteristisch, beispielsweise für FSK-G7 - er beträgt 5 MΩ und die integrale Empfindlichkeit beträgt 0,7 A / lm.

Denken Sie daran, dass Fotowiderstände eine bestimmte Trägheit haben, dh ihr Widerstand ändert sich nicht unmittelbar nach dem Aussetzen an den Lichtfluss, sondern mit einer leichten Verzögerung. Dieser Parameter wird als Grenzfrequenz bezeichnet. Dies ist die Frequenz des sinusförmigen Signals, das den Lichtfluss durch das Element moduliert, bei dem die Empfindlichkeit des Elements um den Faktor 2 (1,41) abnimmt. Die Geschwindigkeit der Komponenten liegt normalerweise innerhalb von zehn Mikrosekunden (10 ^ (- 5) s). Daher ist die Verwendung eines Fotowiderstands in Schaltungen, in denen eine schnelle Reaktion erforderlich ist, begrenzt und häufig ungerechtfertigt.

Wo wird verwendet

Wenn wir etwas über das Gerät und die Parameter von Fotowiderständen erfahren haben, sprechen wir anhand konkreter Beispiele darüber, warum dies erforderlich ist. Obwohl die Verwendung von Fotowiderständen durch ihre Geschwindigkeit begrenzt ist, ist der Umfang nicht geringer geworden.

1. Dämmerungsrelais. Sie werden auch als Fotorelais bezeichnet - dies sind Geräte zum automatischen Einschalten des Lichts im Dunkeln. Das folgende Diagramm zeigt die einfachste Version einer solchen Schaltung mit analogen Komponenten und einem elektromechanischen Relais. Sein Nachteil ist das Fehlen einer Hysterese und das mögliche Auftreten von Rasseln bei grenzüberschreitenden Beleuchtungswerten, wodurch das Relais mit leichten Beleuchtungsschwankungen klappert oder ein- oder ausgeschaltet wird.
2. Lichtsensoren. Mit Hilfe von Fotowiderständen kann ein schwacher Lichtstrom festgestellt werden. Nachfolgend finden Sie eine Implementierung eines solchen Geräts, das auf ARDUINO UNO basiert.
3. Alarme. Solche Schaltungen verwenden hauptsächlich Elemente, die gegenüber ultravioletter Strahlung empfindlich sind. Das empfindliche Element wird vom Emitter beleuchtet, bei einem Hindernis zwischen ihnen wird ein Alarm oder Aktor ausgelöst. Zum Beispiel ein Drehkreuz in der U-Bahn.
4. Sensoren für das Vorhandensein von etwas. In der Druckindustrie können Sie beispielsweise mithilfe von Fotowiderständen den Bruch des Papierbandes oder die Anzahl der der Druckmaschine zugeführten Blätter steuern. Das Funktionsprinzip ähnelt dem oben diskutierten. Ebenso kann die Menge der Produkte, die das Förderband passiert haben, oder seine Größe (mit einer bekannten Geschwindigkeit) berücksichtigt werden.

Wir haben kurz darüber gesprochen, was ein Fotowiderstand ist, wo er verwendet wird und wie er funktioniert. Die praktische Verwendung des Elements ist sehr breit, daher ist es ziemlich schwierig, alle Merkmale in einem Artikel zu beschreiben. Wenn Sie Fragen haben, schreiben Sie diese in die Kommentare.

Schließlich empfehlen wir, ein nützliches Video zum Thema anzusehen:

Sicher wissen Sie nicht:

• Wie man ein Fotorelais selbst macht
• So schließen Sie einen Bewegungssensor für die Beleuchtung an
• Was ist ein Widerstand und wofür ist er?