Eng Ru
Отправить письмо

Фоторезистор. Принцип работы, характеристики. Фоторезистор как проверить

$direct1

Фоторезистор - Практическая электроника

Фоторезистор представляет из себя полупроводниковый радиоэлемент, который меняет свое сопротивление в зависимости от освещения. Для видимого света (солнечный свет или свет от ламп освещения) используют материал сульфид или селенид кадмия. Есть также фоторезисторы, которые регистрируют инфракрасное излучение. Они делаются из материала германия с некоторыми примесями других материалов.

Свойство менять свое сопротивление под воздействием света очень широко используется в электронике. Это же сколько различных безделушек можно сделать из фоторезистора! Это могут быть будильники, сигналки да и вообще все, что связано с солнечным и искусственным светом!

В основном фоторезисторы выглядят вот так:

На схемах могут обозначаться так:

или вот так:

Ну что же, давайте рассмотрим одного из представителя семейства фоторезисторов:

В нем, как и во всех фотоэлементах, есть окошечко, с помощью которого он «ловит» свет.

Сбоку можно прочитать его маркировку:

Главным параметром фоторезистора является его темновое сопротивление. Темновое сопротивление фоторезистора — это его сопротивление при полном отсутствии падения света на него. Судя по справочнику, темновое сопротивление нашего подопечного 15х10~8 Ом или словами — 1.5 ГигаОм. Можно даже сказать — полнейший обрыв. Так ли это? Давайте глянем. Для этого я использую свою записную книжку и прячу там фоторезистор:

Даже в диапазоне 200МегаОм мультиметр показал единичку. Это означает, что сопротивление фоторезистора далеко за 200 МегаОм.

Убираем нашего подопытного из книжки и включаем в комнате свет. Результат сразу же на лицо:

106,7 КилоОм.

Теперь включаю свою настольную лампу. В комнате стало еще светлее.  Смотрим на показания мультика:

76,2 КилоОма.

А теперь просто тупо беру и подношу фоторезистор вплотную к настольной лампе:

18,6 КилоОм

Делаем вывод: чем больше падает света на фоторезистор, тем меньше его сопротивление. Может быть есть фоторезисторы с обратным эффектом, то есть чем больше света, тем больше сопротивление, но  такие я  пока что не встречал.

Широко используются фоторезисторы в полиграфии для обнаружения обрывов бумажной ленты, подаваемых в печатную машину. Они также осуществляют контроль уровня жидкости и сыпучих тел, защищают персонал от входа в опасные зоны. Автоматические выключатели уличного освещения и турникеты в метрополитене — вот далеко не полный перечень областей применения фоторезисторов. Фоторезисторы нашли применение в медицине, сельском хозяйстве и других областях. В настоящее время они вытесняются другими фото-радиоэлементами. Это могут быть фототранзисторы, фотодиоды, а также Бесконтактные датчики.

www.ruselectronic.com

Фоторезистор. Принцип работы, характеристики | joyta.ru

Фоторезистор (фотосопротивление, LDR) – это резистор, электрическое сопротивление которого изменяется под влиянием световых лучей, падающих на светочувствительную поверхность и не зависит от приложенного напряжения, как у обычного резистора.

Фоторезисторы чаще всего используются для определения наличия или отсутствия света или для измерения интенсивности света. В темноте, их сопротивление очень высокое, иногда доходит до 1 МОм, но когда датчик LDR подвергается воздействию света, его сопротивление резко падает, вплоть до нескольких десятков ом в зависимости от интенсивности света.

Фоторезисторы имеют чувствительность, которая изменяется с длиной волны света. Они используются во многих устройствах, хотя уступают по своей популярности фотодиодам и фототранзисторам. Некоторые страны запретили LDR из-за содержащегося в них свинца или кадмия по соображению экологической безопасности.

Определение: Фоторезистор - светочувствительный элемент, чье сопротивление уменьшается при интенсивном освещении и увеличивается при его отсутствии.

Характеристики фоторезистора

фото фоторезистора

Виды фоторезисторов и принцип работы

На основании материалов, используемых при производстве, фоторезисторы могут быть разделены на две группы: с внутренним и внешним фотоэффектом. В производстве фоторезисторов с внутренним фотоэффектом используют нелегированные материалы, такие как кремний или германий.

Фотоны, которые попадают на устройство, заставляют электроны перемещаться из валентной зоны в зону проводимости. В результате этого процесса появляется большое количество свободных электронов в материале, тем самым улучшается электропроводность и, следовательно, уменьшается сопротивление.

Фоторезисторы с внешним фотоэффектом производятся из материалов, с добавлением примеси, называемой легирующая добавка. Легирующая добавка создает новую энергетическую зону поверх существующей валентной зоной, заселенную электронами. Этим электронам требуется меньше энергии, чтобы совершить переход в зону проводимости благодаря меньшей энергетической щели. Результат этого – фоторезистор чувствителен к различным длинам волн света.

Несмотря на все это, оба типа демонстрируют уменьшение сопротивления при освещении. Чем выше интенсивность света, тем больше падает сопротивление. Следовательно, сопротивлением фоторезистора является обратная, нелинейная функция интенсивности света.

Фоторезистор на схемах обозначается следующим образом:

обозначение фоторезистора

Чувствительность фоторезистора от длины волны

Чувствительность фоторезистора зависит от длины волны света. Если длина волны находится вне рабочего диапазона, то свет не будет оказывать никакого действия на LDR. Можно сказать, что LDR не чувствителен в этом диапазоне длин волн света.

Различные материалы имеют различные уникальные спектральные кривые отклика волны по сравнению с чувствительностью. Внешне светозависимые резисторы, как правило, предназначены для больших длин волн, с тенденцией в сторону инфракрасного (ИК). При работе в ИК-диапазоне, необходимо соблюдать осторожность, чтобы избежать перегрева, который может повлиять на измерения из-за  изменения сопротивления фоторезистора от  теплового эффекта.

На следующем рисунке показана спектральная характеристика фотопроводящих детекторов, изготовленные из различных материалов.

спектральная чувствительность фоторезистора

Чувствительность фоторезистора

Фотрезисторы имеют более низкую чувствительность, чем фотодиоды и фототранзисторы. Фотодиоды и фототранзисторы - полупроводниковые устройства, в которых используется свет для управления потоком электронов и дырок через PN-переход, а фоторезисторы лишеные этого PN-перехода.

Если интенсивность светового потока находиться на стабильном уровне, то сопротивление по-прежнему может существенно изменяться вследствие изменения температуры, поскольку LDR также чувствительны и к изменениям температуры. Это качество фоторезистора делает его непригодным для точного измерения интенсивности света.

Инертность фоторезистора

Еще одно интересное свойство фоторезистора заключается в том, что существует инертность (время задержки) между изменениями в освещении и изменением сопротивления.

Для того чтобы сопротивление упало до минимума при полном освещении необходимо около 10 мс времени, и около 1 секунды для того, чтобы сопротивление фоторезистора возросло до максимума после его затемнения.

По этой причине LDR не может использоваться в устройствах, где необходимо учитывать резкие перепады освещения.

Конструкция и свойства фоторезистора

Впервые фотопроводимость была обнаружена у Селена, впоследствии были обнаружены и другие материалы с аналогичными свойствами. Современные фоторезисторы выполнены из сульфида свинца, селенида свинца, антимонида индия, но чаще всего из сульфида кадмия и селенида кадмия. Популярные LDR из сульфида кадмия обозначаются как CDS фоторезистор.

конструкция фоторезистора

Для изготовления фоторезистора из сульфида кадмия, высокоочищенный порошок сульфида кадмия смешивают с инертными связующими материалами. Затем, эту смесь прессуют и спекают. В вакууме на основание с электродами наносят фоточувствительный слой в виде извилистой дорожки. Затем, основание помещается в стеклянную или пластиковую оболочку, для предотвращения загрязнения фоточувствительного элемента.

Спектральная кривая отклика сульфида кадмия совпадает с человеческим глазом. Длина волны пиковой чувствительности составляет около 560-600 нм, что соответствует видимой части спектра. Следует отметить, что устройства, содержащие свинец или кадмий не соответствуют RoHS и запрещены для использования в странах, которые придерживаются законов RoHS.

Примеры применения фоторезисторов

Фоторезисторы чаще всего используются в качестве датчиков света, когда требуется определить наличие или отсутствие света или зафиксировать интенсивность света. Примерами являются автоматы включения уличного освещения и фотоэкспонометры. В качестве примера использования фоторезистора, приведем схему фотореле для уличного освещения.

Фотореле для уличного освещения

Данная схема фотореле автоматически включает уличное освещение, когда наступает ночь и выключает когда светлеет. На самом деле вы можете использовать данную схему для реализации любого типа автоматического включения ночного освещения.

автомат уличного освещения

При освещении фоторезистора (R1), его сопротивление уменьшается, падение напряжения на переменном резисторе R2 будет высоким, вследствие чего транзистор VT1 открывается. Коллектор VT1 (BC107) соединен с базой транзистора VT2 (SL100). Транзистор VT2 закрыт и реле обесточено. Когда наступает ночь, сопротивление LDR увеличивается, напряжение на переменном резисторе R2, падает, транзистор VT1 закрывается. В свою очередь, транзистор VT2 открывается и подает напряжение на реле, которое включает лампу.

www.joyta.ru

ЭлектроВести - Фотодатчики и их применение

В различных электронных устройствах, устройствах домашней и промышленной автоматики, различных радиолюбительских конструкциях фотодатчики используются очень широко. Кто хоть раз разбирал старую компьютерную мышь, как ее называли «комовскую», еще с шариком внутри, наверняка видел колесики с прорезями, крутящиеся в щели фотодатчиков.

Подобные фотодатчики называются фотопрерывателями - прерывают поток света. С одной стороны такого датчика находится источник - светодиод, как правило, инфракрасный (ИК), с другой фототранзистор (если быть точнее, то два фототранзистора, в некоторых моделях фотодиода, чтобы определить еще и направление вращения). При вращении колесика с прорезями на выходе фотодатчика получаются электрические импульсы, что является информацией об угловом положении этого самого колесика. Такие устройства называются энкодерами. Причем энкодер может быть просто контактным, вспомните колесико у современной мышки!

Фотопрерыватели используются не только в «мышках» а и в других устройствах, например, датчиках частоты вращения какого-либо механизма. В этом случае применяется одинарный фотодатчик, ведь направление вращения определять не требуется.

Если из каких-то соображений, чаще всего для ремонта, залезть в другие устройства электронной техники, то фотодатчики можно обнаружить в принтерах, сканерах и копирах, в приводах CD дисководов, в DVD плеерах, кассетных видеомагнитофонах, видеокамерах и в другой аппаратуре.

Так какие же бывают фотодатчики, и что они из себя представляют? Просто посмотрим, не вникая в физику полупроводников, не разбираясь в формулах и не произнося непонятных слов (рекомбинация, рассасывание неосновных носителей), что называется «на пальцах», как эти фотодатчики работают.

Фотодатчики и их применение

Рисунок 1. Фотопрерыватель

Фоторезистор

С ним все понятно. Как обычный постоянный резистор имеет омическое сопротивление, направление подключения в схеме роли не играет. Только в отличие от постоянного резистора меняет сопротивление под воздействием света: при освещенности оно уменьшается в несколько раз. Количество этих «раз» зависит от модели фоторезистора, в первую очередь от его темнового сопротивления.

Конструктивно фоторезисторы представляют собой металлический корпус со стеклянным окошком, сквозь которое видна сероватого цвета пластинка с зигзагообразной дорожкой. Более поздние модели выполнялись в пластмассовом корпусе с прозрачным верхом.

Быстродействие фоторезисторов невелико, поэтому работать они могут лишь на очень низких частотах. Поэтому в новых разработках они почти не применяются. Но случается, что в процессе ремонта старой техники с ними встретиться придется.

Чтобы проверить исправность фоторезистора достаточно проверить его сопротивление с помощью мультиметра. При отсутствии освещения сопротивление должно быть большим, к примеру, у фоторезистора СФ3-1 темновое сопротивление по справочным данным 30МОм. Если его осветить, то сопротивление упадет до нескольких КОм. Внешний вид фоторезистора показан на рисунке 2.

Фоторезистор СФ3-1

Рисунок 2. Фоторезистор СФ3-1

Фотодиоды

Очень похожи на обычный выпрямительный диод, если бы не свойство реагировать на свет. Если его «прозванивать» тестером, лучше несовременным стрелочным, то при отсутствии освещения результаты будут те же, как в случае измерения обычного диода: в прямом направлении прибор покажет маленькое сопротивление, а в обратном стрелка прибора почти не сдвинется с места.

Говорят, что диод включен в обратном направлении (этот момент следует запомнить), поэтому ток через него не идет. Но, если в таком включении фотодиод засветить лампочкой, то стрелка резко устремится к нулевой отметке. Такой режим работы фотодиода называется фотодиодным.

Еще у фотодиода есть фотогальванический режим работы: при попадании на него света он, как солнечная батарея, вырабатывает слабенькое напряжение, которое, если усилить, можно использовать в качестве полезного сигнала. Но, чаще фотодиод используется в фотодиодном режиме.

Фотодиоды старой конструкции по внешнему виду представляют металлический цилиндрик с двумя выводами. С другой стороны находится стеклянная линза. Современные фотодиоды имеют корпус просто из прозрачной пластмассы, в точности такой же как и светодиоды.

Фотодиоды

Рис. 2. Фотодиоды

Фототранзисторы

По внешнему виду бывают просто неотличимы от светодиодов, тот же корпус из прозрачной пластмассы или цилиндрик со стекляшкой в торце, а из него два вывода - коллектор и эмиттер. Базовый вывод фототранзистору вроде как не нужен, ведь входным сигналом для него является световой поток.

Хотя, некоторые фототранзисторы вывод базы все же имеют, что позволяет кроме света управлять транзистором еще и электрическим способом. Такое можно встретить у некоторых транзисторных оптронов, например АОТ128 и импортных 4N35, - по сути функциональных аналогов. Между базой и эмиттером фототранзистора включают резистор, чтоб несколько прикрыть фототранзистор, как показано на рисунке 4.

Фототранзистор

Рисунок 3. Фототранзистор

У нашего оптрона обычно «вешают» 10 - 100КОм, а вот у импортного «аналога» около 1МОм. Если поставить даже 100КОм, то он работать не будет, транзистор просто наглухо закрыт.

Как проверить фототранзистор

Фототранзистор достаточно просто проверить тестером, даже если у него нет вывода базы. При подключении омметра в любой полярности сопротивление участка коллектор - эмиттер достаточно большое, поскольку транзистор закрыт. Когда на линзу попадет свет достаточной интенсивности и спектра, то омметр покажет маленькое сопротивление - транзистор открылся, если, конечно, удалось угадать полярность подключения тестера. По сути дела такое поведение напоминает обычный транзистор, только тот открывается электрическим сигналом, а этот световым потоком. Кроме интенсивности светового потока немалую роль играет его спектральный состав.

Спектр света

Обычно фотодатчики настроены на определенную длину волны светового излучения. Если это излучение инфракрасного диапазона, то такой датчик плохо реагирует на синий и зеленый светодиоды, достаточно хорошо на красный, лампу накаливания и само собой на инфракрасный. Также нехорошо воспринимает свет от люминесцентных ламп. Поэтому причиной плохой работы фотодатчика может быть просто неподходящий спектр источника света.

Выше было написано, как прозвонить фотодиод и фототранзистор. Тут следует обратить внимание на такую вроде бы мелочь, как тип измерительного прибора. У современного цифрового мультиметра в режиме прозвонки полупроводников плюс находится там же, где и при измерении постоянного напряжения, т.е. на красном проводе.

Результатом измерения будет падение напряжения в милливольтах на p-n переходе в прямом направлении. Как правило, это цифры в пределах 500 - 600, что зависит не только от типа полупроводникового прибора, но еще и от температуры. При увеличении температуры эта цифра уменьшается на 2 на каждый градус Цельсия, что обусловлено температурным коэффициентом сопротивления ТКС.

При пользовании стрелочным тестером надо помнить, что в режиме измерения сопротивлений плюсовой вывод находится на «минусе» в режиме измерения напряжений. При таких проверках освещать фотодатчики лучше лампой накаливания с близкого расстояния.

Сопряжение фотодатчика с микроконтроллером

В последнее время многие радиолюбители увлеклись конструированием роботов. Чаще всего это что-то такое на вид примитивное, вроде коробки с батарейками на колесиках, но жутко умное: все слышит, видит, препятствия объезжает. Вот видит он все как раз за счет фототранзистров или фотодиодов, а может даже и фоторезисторов.

Тут все происходит очень просто. Если это фоторезистор, достаточно подключить его, как указано на схеме, а в случае с фототранзистором или фотодиодом, чтобы не перепутать полярность предварительно «прозвонить» их, как было рассказано выше. Особенно полезно эту операцию проделать, если детали не новые, убедиться в их пригодности. Подключение разных фотодатчиков к микроконтроллеру показано на рисунке 4.

Схемы подключения фотодатчиков к микроконтроллеру

Рисунок 4. Схемы подключения фотодатчиков к микроконтроллеру

Фотодатчики управляют освещением

Одной из задач, выполняемых при помощи фотодатчиков, является управление освещением. Такие схемы называются фотореле, чаще всего это простое включение освещения в темное время суток. С этой целью радиолюбителями было разработано немало схем, некоторые из которых мы рассмотрим в следующей статье. Не пропустите!

Борис Аладышкин

 

Читайте самые интересные истории ЭлектроВестей в Telegram - перейдите по ссылке и нажмите кнопку Join

elektrovesti.net

Как проверить резистор мультиметром на исправность: инструкция

Электрическая цепь невозможна без наличия в ней сопротивления, что подтверждается законом Ома. Именно поэтому резистор по праву считается самой распространенной радиодеталью. Такое положение вещей говорит о том, что знание тестирования таких элементов всегда может пригодиться при ремонте электротехники. Рассмотрим ключевые вопросы, связанные с тем, как проверить обычный резистор на исправность, пользуясь тестером или мультиметром.

Основные этапы тестирования

Несмотря на разнообразие резисторов, у обычных элементов этого класса линейная ВАХ, что существенно упрощает проверку, сводя ее к трем этапам:

  1. внешний осмотр;
  2. радиодеталь тестируется на обрыв;
  3. осуществляется проверка соответствия номиналу.

Если с первым и вторым пунктом все понятно, то с последним есть нюансы, а именно, необходимо узнать номинальное сопротивление. Имея принципиальную схему, сделать это не составит труда, но вся беда в том, что современная бытовая техника довольно редко комплектуется технической документацией. Выйти из создавшего положения можно, определив номинал по маркировке. Кратко расскажем как это сделать.

Виды маркировок

На компонентах, выпущенных во времена Советского Союза, было принято указывать номинал на корпусе детали (см. рис.1). Этот вариант не требовал расшифровки, но при повреждении целостности конструкции или выгорании краски могли возникнуть проблемы с распознаванием текста. В таких случаях всегда можно было обратиться к принципиальной схеме, которой комплектовалась вся бытовая техника.

Резистор «УЛИ», на корпусе виден номинал детали и допускРисунок 1. Резистор «УЛИ», на корпусе виден номинал детали и допуск

Цветовое обозначение

Сейчас принята цветовая маркировка, представляющая собой от трех до шести колец разной окраски (см. рис. 2). Не надо видеть в этом происки врагов, поскольку данный способ позволяет установить номинал даже на сильно поврежденной детали. А это весомый фактор, учитывая, что современные бытовые электроприборы не комплектуются принципиальными схемами.

Пример цветовой маркировкиРис. 2. Пример цветовой маркировки

Информацию по расшифровке данного обозначения на компонентах несложно найти в интернете, поэтому приводить ее в рамках этой статьи не имеет смысла. Есть также множество программ-калькуляторов (в том числе и онлайн), позволяющих получить необходимую информацию.

Маркировка SMD элементов

Компоненты навесного монтажа (например, smd резистор, диод, конденсатор и т.д.) стали маркировать цифрами, но ввиду малого размера деталей эту информацию требовалось зашифровать. Для сопротивлений, в большинстве случаев, принято обозначение из трех цифр, где первые две – это значение, а последняя – множитель (см. рис. 3).

Пример расшифровки номинала SMD резистораРис. 3. Пример расшифровки номинала SMD резистора

Внешний осмотр

Нарушение штатного режима работы вызывает перегрев детали, поэтому, в большинстве случаев, определить проблемный элемент можно по внешнему виду. Это может быть как изменение цвета корпуса, так и его полное или частичное разрушение. В таких случаях необходимо заменить сгоревший элемент.

Яркий пример того, как может сгореть резисторРисунок 4. Яркий пример того, как может сгореть резистор

Обратите внимание на фото сверху, компонент, отмеченный как «1», явно нуждается в замене, в то время как соседние детали «2» и «3» могут оказаться рабочими, но их требуется проверить.

Проверка на обрыв

Действия производятся в следующем порядке:

  1. Включаем прибор в режим «прозвонки». На рисунке 5 отмечена эта позиция как «1». Установка режима (1) и подключение щупов (2 и 3)Рис. 5. Установка режима (1) и подключение щупов (2 и 3)
  2. Подключаем щупы к гнездам «2» и «3» (см. рис.5). Несмотря на то, что в нашем тестировании полярность не имеет значения, лучше сразу приучить себя подключать щупы правильно. Поэтому к гнезду «2» подключаем красный провод (+), а к «3» – черный (-).

Если модель прибора, которым вы пользуетесь, отличается от того, что приведен на рисунке, ознакомьтесь с прилагающейся к мультиметру инструкцией.

  1. Касаемся щупами выводов проблемного элемента на плате. Если деталь «не звонится» (мультиметр покажет цифру 1, то есть бесконечно большое сопротивление), можно констатировать, что проверка показала обрыв в резисторе.

Обратим внимание, что данное тестирование можно проводить, не выпаивая элемент с платы, но это не гарантирует 100% результат, поскольку тестер может показать связь через другие компоненты схемы.

Проверка на номинал

Если деталь выпаяна, то этот этап позволит гарантированно показать ее работоспособность. Для тестирования нам необходимо знать номинал. Как определить его по маркировке, было написано выше.

Алгоритм наших действий следующий:

  1. Подключаем щупы, так как на предыдущем тестировании.
  2. Включаем измерение сопротивления (диапазон приведен на рисунке 6) в режиме большем, чем номинал, но максимально близким к нему. Например, нам необходимо проверить резистор 47 кОм, следовательно, нужно выбрать диапазон «200К». Диапазоны измерения сопротивления (отмечены красным)Рисунок 6. Диапазоны измерения сопротивления (отмечены красным)
  3. Касаемся щупами выводов, снимаем показания и сравниваем их с номиналом. Если они не совпадают, а это можно гарантировать с вероятностью близкой к 100%, не стоит отчаиваться. Следует учитывать как погрешность прибора, так и допуск самого элемента. Здесь необходимо сделать небольшое пояснение.

Что такое допуск, и насколько он важен?

Эта величина показывает возможное отклонение у данной серии от указанного номинала. В правильно рассчитанной схеме должен учитываться этот показатель, либо после сборки производится соответствующая наладка. Как вы понимаете, наши друзья из «Поднебесной» не утруждают себя этим, что положительно отражается на стоимости их товара.

Результат такой политики был показан на рисунке 4, деталь работает какое-то время, пока не наступает предел запаса ее прочности.

  1. Принимаем решение, сравнив показания мультметра с номиналом, если расхождение выходит за пределы погрешности, деталь однозначно нуждается в замене.

Как тестировать переменный резистор?

Принцип действий в данном случае не сильно отличается, распишем их на примере детали, изображенной на рисунке 7.

Подстроечный резистор (внутренняя схема отмечена красным кругом)Рис. 7. Подстроечный резистор (внутренняя схема отмечена красным кругом)

Алгоритм следующий:

  1. Проводим измерение между ножками «1» и «3» (см. рис. 7) и сравниваем полученное значение с номиналом.
  2. Подключаем щупы к выводам «2» и любому из оставшихся («1» или «3», значения не имеет).
  3. Вращаем подстроечную ручку и наблюдаем за показаниями прибора, они должны меняться в диапазоне от 0 до величины, полученной в пункте 1.

Как проверить резистор мультиметром, не выпаивая на плате?

Такой вариант тестирования допустим только с низкоомными элементами. При номинале более 80-100 Ом, с большой вероятностью, на измерение будут влиять другие компоненты. Окончательно можно дать ответ, только внимательно изучив принципиальную схему.

www.asutpp.ru

Фоторезистор: характеристики, принцип работы, применение

Содержание:

  1. Принцип действия фоторезисторов
  2. Общие характеристики
  3. Конструкция и применение
  4. Видео

В электротехнике широко применяются различные виды электрических сопротивлений. Среди них следует отметить фоторезистор, называемый также фотосопротивлением, основные параметры которого могут изменяться под действием световых лучей, попадающих на светочувствительную поверхность.

По сравнению с обычными резисторами, значение сопротивления этого устройства никак не связано с приложенным к нему напряжением. С помощью фоторезисторов определяется наличие или отсутствие света, можно проверить и измерить интенсивность светового потока. В полной темноте их сопротивление существенно возрастает и может достигнуть 1 МОм. Под влиянием света сопротивление, наоборот, начинает резко падать, а его значение будет полностью зависеть от интенсивности света.

Принцип действия фоторезисторов

В зависимости от материалов, применяемых для изготовления фоторезисторов, эти устройства разделяются на две группы, основными признаками которых являются внутренний и внешний фотоэффект.

Элементы с внутренним фотоэффектом производятся из нелегированных материалов – германия или кремния. Принцип действия их довольно простой. Попадая на поверхность устройства, фотоны приводят в движение электроны. В результате, начинается их перемещение из валентной области в зону проводимости. Далее, в материале в большом количестве появляются свободные электроны, способствуя улучшению проводимости и соответствующему уменьшению сопротивления. Это в общих чертах объясняет, как работает фоторезистор.

Достижение внешнего фотоэффекта становится возможным за счет материалов, из которых изготавливается фоторезистор. Для придания нужных свойств в них добавляются специальные примеси, известные как легирующие добавки. Они изменяют параметры в нужную сторону и способствуют созданию новой энергетической зоны, насыщенной электронами, поверх имеющейся валентной области. Такие электроны требуют гораздо меньшее количество энергии для перехода в зону проводимости. Результатом этого становится повышенная чувствительность фоторезисторов к разной длине световых волн.

Несмотря на различие физических свойств, каждое устройство обладает способностью к уменьшению сопротивления при воздействии на них светового потока. Чем выше рост интенсивности света, тем большее падение напряжения наблюдается у фоторезистора. В графическом выражении это свойство отображается в виде обратной нелинейной функции интенсивности света.

Общие характеристики

Несмотря на определенные различия в конструкции и физических свойствах, все типы фоторезисторов имеют общие характеристики. Одним из основных параметров считается чувствительность, зависящая от длины световой волны. В случае расположения длины волны за пределами рабочего диапазона, свет никак не будет влиять на устройство, то есть фоторезистор не реагирует на световые волны в данном диапазоне.

Каждый материал, применяемый для изготовления данных элементов, содержит собственные характеристики, обладает индивидуальными уникальными спектральными кривыми отклика волны по отношению к чувствительности. Например, устройства с внешним фотоэффектом лучше всего работают с большой длиной световых волн, со смещением в сторону инфракрасного сектора.

Задействовать фоторезисторы в инфракрасном диапазоне следует с осторожностью, чтобы не допустить перегрева. Получившийся тепловой эффект может оказать влияние на данные измерений в связи с изменением сопротивления элемента.

По сравнению с фото транзисторами и фотодиодами, фоторезистор обладает более низкой чувствительностью. Дело в том, что два первых устройства относятся к полупроводникам, в которых электроны и дырки, движущиеся потоком через PN-переход, управляются с помощью света. В фоторезисторах такой переход отсутствует, поэтому их характеристики не совпадают.

При стабильной интенсивности светового потока, сопротивление фоторезисторов может все равно подвергнуться существенным изменениям из-за перепадов температуры, поскольку они обладают повышенной чувствительностью к таким перепадам. В связи с этим, данное устройство нельзя использовать для точных измерений интенсивности света.

Следующее свойство, характеризующее фоторезистор, называется инертностью. Этот параметр представляет собой время задержки между изменяющимся освещением и сопротивлением, которое также изменяется при перепадах освещения. При изучении данной характеристики было установлено, что сопротивление фоторезистора падает до минимальной отметки под действием полного освещения примерно за 10 миллисекунд.

Максимального значения фоторезистор достигает при полном отсутствии света примерно за 1 секунду. В связи с этим, подобные устройства не могут использоваться в местах, где обязательно учитывается наличие резких перепадов напряжения.

Конструкция и применение

Первым материалом, у которого обнаружилось свойство фотопроводимости, стал селен. В дальнейшем такие же качества были установлены и у других материалов. Современный фоторезистор представляет собой соединение различных веществ – сульфид свинца, антимонид индия, селенид свинца. Наиболее популярны устройства, изготовленные на основе сульфида кадмия и селенида кадмия.

В качестве примера можно взять элемент из сульфида кадмия. Его изготовление осуществляется из порошкообразного вещества высокой очистки, смешанного с инертными связующими материалами. Таким образом, в будущий прибор изначально закладываются необходимые характеристики. Полученная смесь подвергается прессовке и спеканию. Далее в условиях вакуума на основание с электродами наносится специальная извилистая дорожка, представляющая собой фоточувствительный слой, реагирующий на свет. Составной частью данной схемы является пластиковая или стеклянная оболочка, защищающая фоточувствительный элемент от загрязнений и повреждений.

Сульфид кадмия реагирует на свет в соответствии со спектральной кривой, совпадающей с человеческим глазом. Максимальная чувствительность имеет длину волны, составляющую примерно 500-600 нм и входящую в видимую часть спектра.

Практическое применение фоторезисторов в системах освещения стало возможным в качестве датчиков, определяющих наличие или отсутствие света или фиксирующих степень его интенсивности. Фоторезисторы используются для работы в автоматах, включающих и выключающих уличное освещение в различное время суток. Кроме того, эти приборы применяются в фотоэкспонометрах и других устройствах, связанных с действием светового потока.

electric-220.ru

Фоторезисторы. Виды и работа. Применение и особенности

Фоторезисторы — это резисторы, у которых меняется сопротивление в зависимости от действия света на светочувствительную поверхность. Сопротивление не зависит от величины напряжения, в отличие от обычного резистора.

В основном фотосопротивления применяются для индикации или отсутствия света. В полной темноте сопротивление фоторезистора имеет большую величину, достигающую иногда до 1 мегаома. При воздействии на датчик (чувствительную часть фоторезистора) светового потока, его сопротивление в значительной степени снижается, и зависит от интенсивности освещенности. Величина сопротивления при этом может упасть до нескольких Ом.

Длина световой волны оказывает влияние на чувствительность фотосопротивления. Они применяются в различных устройствах, но не являются такими популярными, как фототранзисторы и фотодиоды. В некоторых зарубежных странах запрещено применение фотосопротивлений, так как в них содержится кадмий или свинец, вредные по экологическим требованиям.

Быстродействие фоторезисторов незначительное, поэтому они действуют только на низких частотах. В новых конструкциях устройств фоторезисторы редко применяются. Их можно встретить в основном при ремонте старых устройств.

Для проверки фотосопротивления к нему подключают мультитестер. Без света его значение сопротивления должно быть значительным, а при его освещении оно сильно падает.

 
Виды и принцип действия

По материалам изготовления фоторезисторы делятся на виды:

  • С внутренним фотоэффектом.
  • С внешним фотоэффектом.

При изготовлении фотосопротивлений с внутренним фотоэффектом применяют нелегированные вещества: германий или кремний.

При попадании на чувствительную часть фотоны воздействуют на электроны и заставляют их двигаться в зону проводимости. В итоге в материале возникает значительное число электронов, вследствие чего повышается электропроводность, а значит и снижается сопротивление.

Фоторезисторы с возникновением внешнего фотоэффекта изготавливают из смешанных материалов, в которые входят легирующие добавки. Эти вещества создают обновленную энергетическую зону сверху валентной зоны, насыщенной электронами, нуждающимися в меньшем количестве энергии для осуществления перехода в проводимую зону, с помощью энергетической щели малого размера. В результате фотосопротивление становится чувствительным к разной длине световой волны.

Несмотря на вышеописанные особенности этих видов, оба вида снижают сопротивление при освещении. При повышении интенсивности освещения снижается сопротивление. Поэтому, получается обратная зависимость сопротивления от света, причем нелинейная.

На электрических схемах фотосопротивления обозначаются:

 
Чувствительность и длина световой волны

Длина волны света оказывает влияние на чувствительность фотосопротивления. Если величина длины световой волны выходит за пределы диапазона работы, то освещенность уже не оказывает влияния на такой резистор, и он становится нечувствительным в этом интервале длин световых волн.

Разные материалы обладают различными спектральными графиками отклика волны. Фотосопротивления с внешней зависимостью чаще всего используются для значительной длины волны, с приближением к инфракрасному излучению. При эксплуатации светового резистора в этом диапазоне следует быть осторожным, во избежание чрезмерного нагрева, который влияет на показания измерения сопротивления в зависимости от степени нагревания.

Чувствительность фотосопротивления

Фоторезисторы обладают меньшей чувствительностью, по сравнению с фототранзисторами и фотодиодами, которые являются полупроводниковыми приборами, с управлением заряженными частицами от светового луча, посредством р-n перехода. У фотосопротивлений нет полупроводникового перехода.

При нахождении интенсивности света в стабильном диапазоне, сопротивление фоторезистора может все равно меняться в значительной степени из-за изменения величины температуры, так как она также оказывает большое влияние на сопротивление. Это свойство не позволяет использовать фоторезистор для измерения точной интенсивности света.

Инертность

Еще одним уникальным свойством обладает фотосопротивление. Оно состоит в том, что существует время задержки между изменением сопротивления и освещения, что называется инертностью прибора.

Для значительного падения сопротивления от воздействия луча света необходимо затратить время, равное около 10 миллисекунд. При обратном действии для восстановления значения сопротивления понадобится около 1 секунды.

Благодаря этому свойству такой резистор не применяется в устройствах с необходимостью учета резких скачков освещенности.

Свойства и конструктивные особенности

Фотопроводность впервые обнаружили у элемента Селена. Затем были найдены и другие материалы с подобными свойствами. Фоторезисторы из сульфида кадмия являются наиболее популярными и имеют обозначение СDS-фоторезистора. Сегодня фотосопротивления производятся и из антимонида индия, сульфида свинца, селенида свинца.

Для производства фотосопротивлений из сульфида кадмия, порошок высокой степени очистки смешивают с веществами инертного действия. Далее, смесь спрессовывают и спекают.

На основание с электродами в вакууме напыляют светочувствительный слой в форме извилистой дорожки. Далее, это напыленное основание размещают в пластиковую или стеклянную оболочку, во избежание предотвращения попадания пыли и грязи на чувствительный элемент.

Спектральный график отклика чувствительного сульфида кадмия сочетается с временем отклика глаза человека. Длина волны света наибольшей чувствительности равна 600 нанометров. Это соответствует видимому спектру. Устройства с содержанием кадмия или свинца запрещены во многих зарубежных странах.

Сфера использования фоторезисторов

Такой вид светочувствительных сопротивлений применяется в виде датчиков света, если необходимо определять отсутствие или наличие света, либо фиксацию значения интенсивности освещения. Таким примером служит автоматическая система включения освещения улиц, а также работа фотоэкспонометра.

Световое реле для освещения улиц

В виде примера на схеме изображено уличное фотореле освещения. Эта система включает освещение улиц в автоматическом режиме, при наступлении темного времени суток, и отключает его при наступлении светлого времени. Такую схему можно применять для любых автоматических систем освещения.

При падении луча света на фоторезистор, его сопротивление снижается, становится значительным падение напряжения на переменном сопротивлении R2, транзистор VТ1 открывается. Коллектор этого транзистора соединен с базой VТ2 транзистора, который в это время закрыт, и реле отключено. При наступлении темноты сопротивление фоторезистора повышается, напряжение на переменном сопротивлении снижается, а транзистор VТ1 закрывается. Транзистор VТ2 открывается и выдает напряжение на реле, подключающее лампу освещения.

Похожие темы:

 

electrosam.ru

Основные характеристики фоторезисторов | Мастер Винтик. Всё своими руками!

Добавил: Chip,Дата: 13 Июн 2017

Основные характеристики фоторезисторовФоторезистор — это неполярный прибор, изменяющий своё сопротивление под действием источника света.

Принцип работы фоторезистора основан на эффекте фотопроводимости полупроводников. Затемненный прибор имеет максимальное сопротивление, при засветке оно уменьшается в 20…150 раз!

Фоторезисторы имеют высокую чувствительность к излучению в самом широком диапазоне — от инфракрасной до рентгеновской области спектра, сопротивление их может меняться на несколькопорядков. Фоторезисторам присущи высокая стабильность во времени, они имеют небольшие габариты и выпускаются на различные номиналы сопротивлений. Приборы оформлены в корпус с прозрачным окном и двумя выводами, полярность подключения значения не имеет.

Обозначение фоторезистора на схемах

Основные характеристики фоторезисторов

Основные параметры отечественных фоторезисторов 

ТипФР Uраб,В Rт,ом. Iт,мка Iсв,мка dI=Iсв-Iт,мка Rт/Rсв Удельнаячувств.,мка/лм-в Интегр.чувств., а/лм Мощностьрассеяния, Вт
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
ФСА-0 4-100 40*103-106 1,2 500 0,01
ФСА-1 4-100 40*103-106 1,2 500 0,01
ФСА-Г1 4-40 47*103-470*103 1,2 500 0,01
ФСА-Г2 4-40 40*103-106 1,2 500 0,01
ФСА-6 5-30 50-300*103 1,2 500 0,01
ФСК-0 50 5*106 10 2000 1990 200 7000 1,4 0,125
ФСК-1 50 5*106 10 2000 1990 200 7000 1,4 0,125
ФСК-2 100 10*106 10 800 790 80 1500 0,125
ФСК-4 50 5*106 10 2000 1990 200 7000 1,4 0,125
ФСК-5 50 5*106 10 1000 1990 100 6000 1,2 0,05
ФСК-6 50 3,3*106 15 2000 1885 9000 1,8 0,2
ФСК-7а 50 106 50 350 300 1500 0,35
ФСК-7б 50 105 50 800 750 6000 1,2 0,35
ФСК-Г7 50 5*106 10 2000 1990 200 3500 0,7 0,35
ФСК-Г1 50 5*106 10 1500 1490 150 6000 1,2 0,12
ФСК-Г2 50 5*106 10 4000 3990 400 12000 2,4 0,2
ФСК-П1 100 1010 0,01 1000-2000 1000-2000 4000 0,1
СФ2-1 15 30*106 0,5 1000 1000 2000 400000 0,01
СФ2-2 2(10) 4*106 0,5 1500 1500 3000 75000 0,05
СФ2-4 15 1,0 >750 0,01
СФ2-9 25 >3,3*106 240-900 0,125
СФ2-12 15 >15*106 200-1200 0,01
ФСД-0 20 20*108 1 2000 2000 2000 40000 0,05
ФСД-1 20 20*106 1 2000 2000 2000 40000 0,05
ФСД-Г1 20 20*106 1 2000 2000 2000 40000 0,05
СФ3-1 15 15*108 0.01 1500 1500 150000 600000 0,01
СФ3-8 25 <1 750 0,025

В таблице приведены средние значения, определенные (кроме Iт) при освещенности 200 лк.

Основные характеристики фоторезисторов

Rт – сопротивление затемненного прибора;Rс – сопротивление освещенного прибора;

Iт – ток через затемненный прибор;

Uр – максимально возможное рабочее напряжение 

Тип

спектр приема, нм

Rт., МОм

Iт. мкА

Uр., В

Rт/Rс

габариты

ФСК-1 300…900 3,3 15 50 100 28×5
ФСК-2 300…900 3,3 15 50 20 28х12,5×5
ФСД-1 300…900 3 10 20 150 18×5
ФР1-3 300…900 0,047…0,33 320 15 10,7×6
ФР-118 400…750 0,3…0,2 30 6 7,8 х 4,5
ФР-121 400…750 10 1 10 4,2 х 1,4
ФР-162А(Б) 750…1200 5 2 10 9.6×3.5
ФР-764 300…900 3.3 15 50 150 10,7×6
ФР-765 300…900 2 10 20 150 10,7×6
ФПФ7-1 300…900 1 6 6 50 7,8 х 3,2
СФ2-18 20…900 10 0.01 100 10.3×5,8
СФ2-19 20…900 0.25 0.08 20 10.3×5,8

При повышении температуры темновое сопротивление резисторов уменьшается. Габаритные размеры даны для корпуса без учета длины выводов в виде диаметр х высота или высота х ширина х толщина.

Наибольшее распространение получили фоторезисторы, изготовленные из сернистого свинца, сернистого кадмия, селенистого кадмия. Название типа фоторезисторов слагается из букв и цифр, причем в старых обозначениях буквы А, К, Д обозначали тип использованного светочувствительного материала, в новом же обозначении эти буквы заменены цифрами. Буква, стоящая за дефисом, при старом обозначении, характеризовала конструктивное исполнение (Г-герметизированные, П-пленочные). В новой маркировке эти буквы также заменены цифрами. В таблице, ниже приведены наименования наиболее распространенных обозначений фоторезисторов.

ТИПОВЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ ФОТОРЕЗИСТОРОВ 

Вид фоторезисторов Старое обозначение Новое обозначение
Сернисто-свинцовые ФСА-0, ФСА-1, ФСА-6, ФСА-Г1, ФСА-Г2
Сернисто-кадмиевые ФСК-0, 1, 2, 4, 5, 6, 7, ФСК-Г1,ФСК-Г2, ФС’Р;-Г7, ФСК-П1 СФ2-1, 2, 4, 9, 12
Селенисто-кадмиевые ФСД-0, ФСД-1, ФСД-Г1 СФ3-1, 8

 Чувствительность фоторезисторов меняется (уменьшается) в первые 50 часов работы, оставаясь в дальнейшем практически постоянной в течение всего срока службы, измеряемого несколькими тысячами часов. Интервал рабочих температур для сернисто-кадмиевых фоторезисторов составляет от -60 до +85°С для селенисто-кадмиевых — от -60 до +40°С и для сернисто-свинцовых — от -60 до +70°С.

Конструкция фоторезистора

Впервые фотопроводимость была обнаружена у Селена, впоследствии были обнаружены и другие материалы с аналогичными свойствами. Современные фоторезисторы выполнены из сульфида свинца, селенида свинца, антимонида индия, но чаще всего из сульфида кадмия и селенида кадмия. Популярные LDR из сульфида кадмия обозначаются как CDS фоторезистор.

Основные характеристики фоторезисторов

Спектральная кривая отклика сульфида кадмия совпадает с человеческим глазом. Длина волны пиковой чувствительности составляет около 560-600 нм, что соответствует видимой части спектра.

Область применения фоторезисторов

Основной областью применения фоторезисторов является автоматика, где они в некоторых случаях с успехом заменяют вакуумные и газонаполненные фотоэлементы. Обладая повышенной допустимой мощностью рассеивания по сравнению с некоторыми типами фотоэлементов, фоторезисторы позволяют создавать простые и надежные фотореле без усилителей тока. Такие фотореле незаменимы в устройствах для телеуправления, контроля и регулирования, в автоматах для разбраковки, при сортировке и счете готовой продукции, для контроля качества и готовности самых различных деталей.

Широко используются фоторезисторы в полиграфической промышленности при обнаружении обрывов бумажной ленты, контроле за количеством листов, подаваемых в печатную машину.

В измерительной технике фоторезисторы применяются для измерения высоких температур, для регулировки температуры в различных технологических процессах.

Контроль уровня жидкости и сыпучих тел, защита персонала от входа в опасные зоны, контроль за запыленностью и задымленностью самых различных объектов, автоматические выключатели уличного освещения и т.д.

Применение фоторезисторов можно так же встретить в детских игрушках. Это далеко не полный перечень областей применения фоторезисторов. 

Практическое применение фоторезистора

Схема автоматического регулятора освещенности:

Прислать свою поделку!

П О П У Л Я Р Н О Е:

>>

ПОДЕЛИТЕСЬ С ДРУЗЬЯМИ:

Популярность: 1 876 просм.

www.mastervintik.ru


© ЗАО Институт «Севзапэнергомонтажпроект»
Разработка сайта