A fény az elektromágneses sugárzás egyik formája. Az elektromágneses spektrum sok sávra oszlik, amelyekből a Fény általában a Látható Spektrumra utal. De a fizikában a gammasugarakat, a röntgensugarakat, a mikrohullámokat és a rádióhullámokat is fénynek tekintik. A látható fényspektrum hullámhossza 400-700 nanométer, az infravörös és az ultraibolya spektrum között. A fény fotonok formájában hordozza az energiát. Amikor ezek a fotonok más részecskékkel érintkeznek, az ütközés következtében az energia átkerül. A fény ezen elvének felhasználásával számos hasznos termék, mint pl Fotodiódák , Fotorezisztorokat, napelemeket stb. Találtak ki.
Mi az a fotorezisztor?
Fotorezisztor
A fény hullám-részecske kettősségű. Ami azt jelenti, hogy a fénynek részecske és hullámszerű jellege is van. Amikor a fény kiesik félvezető anyagot, a fényben jelenlévő fotonokat elnyelik az elektronok, és nagyobb energiájú sávokba izgatják őket.
A fotorezisztor egy olyan fényfüggő ellenállás, amely ellenállási értékeit a rá eső fény alapján változtatja. Ezek a fotorezisztorok hajlamosak csökkenteni ellenállási értékeiket a beeső fény intenzitásának növekedésével.
A fotorezisztorok kiállítanak fényvezető képesség . Ezek kevésbé fényérzékeny eszközök a fotodiódákhoz és a fototranzisztorokhoz képest. A fotorezisztor fotorezisztivitása a környezeti hőmérséklet változásától függ.
Működési elv
A fotorezisztornak nincs P-N csomópontja, mint a fotodiódáknak. Ez egy passzív komponens. Ezek nagy ellenállású félvezető anyagokból állnak.
Amikor a fény bejut a fotorezisztorra, a fotonokat elnyeli a félvezető anyag. A foton energiáját az elektronok elnyelik. Amikor ezek az elektronok elegendő energiát szereznek a kötés megszakításához, a vezetési sávba ugranak. Emiatt a fotorezisztor ellenállása csökken. Az ellenállás csökkenésével a vezetőképesség nő.
A fotorezisztorhoz használt félvezető anyag típusától függően ellenállás-tartományuk és érzékenységük eltér. Fény hiányában a fotorezisztor megaohm-os ellenállási értékekkel bírhat. A fény jelenléte alatt ellenállása néhány száz ohmra csökkenhet.
A fotorezisztorok típusai
A fotorezisztor megtervezéséhez használt félvezető anyag tulajdonságaitól függően ezeket két típusba sorolhatjuk: Külső és Belső fotorezisztorok. Ezek a félvezetők különböző hullámhossz-viszonyok között eltérő módon reagálnak.
A belső fotorezisztorokat belső félvezető anyagok felhasználásával tervezik. Ezeknek a belső félvezetőknek saját töltéshordozóik vannak. Vezetési sávjukban nincsenek szabad elektronok. A vegyérték sávban lyukakat tartalmaznak.
Tehát a belső félvezetőben lévő elektronok gerjesztéséhez a vegyérték sávtól a vezető sávig elegendő energiát kell biztosítani ahhoz, hogy át tudják lépni a teljes sávot. Ezért nagyobb energiájú fotonokra van szükségünk az eszköz beindításához. Ezért a belső fotorezisztorokat nagyobb frekvenciájú fényérzékelésre tervezték.
Másrészt az extrinsic félvezetők úgy jönnek létre, hogy a belső félvezetőket szennyeződéssel adalékolják. Ezek a szennyeződések szabad elektronokat vagy lyukakat biztosítanak a vezetéshez. Ezek a szabad vezetők az energia sávban helyezkednek el közelebb a vezető sávhoz. Így egy kis mennyiségű energia késztetheti őket a vezetési sávba való ugrásra. Külső fotorezisztorokat használnak a hosszabb hullámhosszú és alacsonyabb frekvenciájú fény detektálására.
Minél nagyobb a fényintenzitás, annál nagyobb a fotorezisztor ellenállásának csökkenése. A fotorezisztorok érzékenysége az alkalmazott fény hullámhosszától függ. Ha nincs elegendő hullámhossz, elegendő az eszköz beindítása, az eszköz nem reagál a fényre. A külső fotorezisztorok reagálhatnak az infravörös hullámokra. A belső fotorezisztorok képesek felismerni a magasabb frekvenciájú fényhullámokat.
A fotorezisztor szimbóluma
Fotorezisztor-szimbólum
A fényellenállásokat a fény jelenlétének vagy hiányának jelzésére használják. LDR néven is írják. Ezeket általában CD-k, Pbs, Pbse stb. Alkotják. Ezek az eszközök érzékenyek a hőmérséklet változásaira. Tehát, még akkor is, ha a fényintenzitást állandó értéken tartjuk, a fotorezisztorokban látható az ellenállás változása.
A fotorezisztor alkalmazásai
A fotorezisztor ellenállása a fényintenzitás nemlineáris függvénye. A fotorezisztorok nem annyira érzékenyek a fényre, mint a fotodiódák vagy a fototranzisztorok. A fotorezisztorok egyes alkalmazásai a következők:
- Ezeket fényérzékelőként használják.
- Ezeket használják a fény intenzitásának mérésére.
- Az éjszakai fény és a fényképészeti fénymérők fotorezisztorokat használnak.
- Lappangási tulajdonságukat audió kompresszorokban és külső érzékelésben használják.
- A fényellenállások megtalálhatók ébresztőórákban, kültéri órákban, napelemes utcai lámpákban stb.
- Az infravörös csillagászat és az infravörös spektroszkópia fotorezisztorokat is használ az infravörös középtartomány spektrumának mérésére.
Fotorezisztorokon alapuló projektek
A fotorezisztorok sok hobbi számára hasznos eszköz. Számos új fotorezisztoron alapuló kutatási cikk és elektronikus projekt áll rendelkezésre. A fotorezisztorok új alkalmazásokat találtak az orvosi, beágyazott és csillagászati területeken. A fotorezisztor felhasználásával tervezett projektek egy része a következő:
- Fotorezisztens alapú, tanuló által készített fotométer és alkalmazása a színezékek kriminalisztikai elemzésében.
- Biokompatibilis szerves rezisztív memória és fotorezisztor integrálása a viselhető képérzékelő alkalmazáshoz.
- Photogate időzítése egy okostelefonnal.
- Egyszerű akusztikus optikai kettős vezérlő áramkör megtervezése és megvalósítása.
- Rendszer a fényforrás helyének detektálására.
- A mobil robot hanggal bekapcsolva és külső fényforrás által irányítva.
- Nyílt forráskódú monitoring rendszer tervezése az épületek és rendszerek termodinamikai elemzéséhez.
- Túlmelegedés elleni védelem.
- Készülék elektromágneses sugárzás érzékelésére.
- Automata kéttengelyes napelemes fűnyíró mezőgazdasági alkalmazásra.
- A víz zavarosságának érzékelési mechanizmusa LED használatával egy helyszíni monitoring rendszerhez.
- A fény által indukált világító billentyűzetet fotorezisztorok felhasználásával tervezték.
- Újszerű elektronikus zár morze kóddal, a dolgok internetén alapulva.
- Utcai fényrendszer intelligens városokhoz fotorezisztorokkal.
- MRI intervenciós eszközök nyomon követése számítógéppel vezérelt detonálható markerekkel.
- Ezeket fény-aktivált redőnyöknél használják.
- A fotorezisztorokat a televíziók és az okostelefonok automatikus kontraszt- és fényerő-szabályozására is használják.
- A közelség vezérlésű kapcsoló tervezéséhez fotorezisztorokat használnak.
A kadmium európai tilalma miatt a Cds és Cdse fotorezisztorok használata korlátozott. A fotorezisztorok könnyen megvalósíthatók és összekapcsolhatók a mikrovezérlőkkel.
Ezek az eszközök IC-érzékelőként kaphatók a piacon. Rendelkezésre állnak környezeti fényérzékelőkként, fénytől digitális érzékelőkig, LDR-ként stb. Néhány népszerű termék az OPT3002 fényérzékelő, az LDR passzív fényérzékelő stb. a texasi eszközök által biztosított adatlap. Használhatunk-e fotorezisztorokat a fotodiódák alternatívájaként? Mi a különbség?
