Photoresistor – Werken, typen en toepassingen

Licht is een vorm van elektromagnetische straling. Het elektromagnetische spectrum is verdeeld in vele banden waarvan Licht gewoonlijk verwijst naar het Zichtbare Spectrum. Maar in de natuurkunde worden gammastralen, röntgenstralen, microgolven en radiogolven ook als licht beschouwd. Het zichtbare lichtspectrum heeft golflengten in het bereik van 400-700 nanometer, gelegen tussen het infraroodspectrum en het ultraviolette spectrum. Licht draagt ​​energie in de vorm van fotonen. Wanneer deze fotonen in contact komen met andere deeltjes, wordt door de botsing energie overgedragen. Door gebruik te maken van dit principe van licht zijn er veel nuttige producten zoals fotodiodes, fotoweerstanden, zonnepanelen, enz… uitgevonden.

Wat is een fotoresistor?

Licht heeft een dualiteit van golven en deeltjes. Wat betekent dat licht zowel deeltjesachtig als golfachtig van aard is. Wanneer licht op halfgeleidermateriaal valt, worden de in het licht aanwezige fotonen geabsorbeerd door elektronen en worden ze geëxciteerd naar hogere energiebanden.

Een fotoweerstand is een type lichtafhankelijke weerstand waarvan de weerstandswaarden variëren op basis van het licht dat erop valt. Deze fotoweerstanden hebben de neiging om hun weerstandswaarden te verlagen met een toename van de intensiteit van het invallende licht.

Fotoweerstanden vertonen fotogeleiding. Dit zijn minder lichtgevoelige apparaten in vergelijking met fotodiodes en fototransistoren. De fotoweerstand van een fotoweerstand varieert met de verandering in de omgevingstemperatuur.

Werkingsprincipe

De fotoweerstand heeft geen P-N-overgang zoals fotodiodes. Het is een passief onderdeel. Deze zijn gemaakt van halfgeleidermaterialen met een hoge weerstand.

Als er licht op de fotoweerstand valt, worden fotonen geabsorbeerd door het halfgeleidermateriaal. De energie van het foton wordt geabsorbeerd door de elektronen. Wanneer deze elektronen voldoende energie krijgen om de binding te verbreken, springen ze in de geleidingsband. Hierdoor neemt de weerstand van de fotoresistor af. Met de afname van de weerstand neemt de geleidbaarheid toe.

Afhankelijk van het type halfgeleidermateriaal dat voor de fotoresistor wordt gebruikt, verschilt hun weerstandsbereik en gevoeligheid. Bij afwezigheid van licht kan de fotoresistor weerstandswaarden in megaohm hebben. En tijdens de aanwezigheid van licht kan de weerstand afnemen tot een paar honderd ohm.

Soorten fotoweerstanden

Afhankelijk van de eigenschappen van het halfgeleidermateriaal dat wordt gebruikt voor het ontwerpen van een fotoweerstand, worden deze in twee typen ingedeeld:extrinsieke en intrinsieke fotoweerstanden. Deze halfgeleiders reageren verschillend onder verschillende golflengteomstandigheden.

Intrinsieke fotoweerstanden zijn ontworpen met intrinsiek halfgeleidermateriaal. Deze intrinsieke halfgeleiders hebben hun eigen ladingsdragers. In hun geleidingsband zijn geen vrije elektronen aanwezig. Ze bevatten gaten in de valentieband.

Dus om elektronen die aanwezig zijn in een intrinsieke halfgeleider, van de valentieband tot de geleidingsband, te exciteren, moet er voldoende energie worden geleverd zodat ze de hele bandgap kunnen oversteken. Daarom hebben we fotonen met hogere energie nodig om het apparaat te activeren. Daarom zijn intrinsieke fotoweerstanden ontworpen voor lichtdetectie met een hogere frequentie.

Aan de andere kant worden extrinsieke halfgeleiders gevormd door intrinsieke halfgeleiders met onzuiverheden te doteren. Deze onzuiverheden zorgen voor vrije elektronen of gaten voor geleiding. Deze vrije geleiders liggen in de energieband dichter bij de geleidingsband. Zo kan een kleine hoeveelheid energie ervoor zorgen dat ze in de geleidingsband springen. Extrinsieke fotoweerstanden worden gebruikt voor het detecteren van licht met een langere golflengte en een lagere frequentie.

Hoger de lichtintensiteit, hoe groter de weerstandsdaling van de fotoresistor. De gevoeligheid van fotoweerstanden varieert met de golflengte van het toegepaste licht. Als er niet voldoende golflengte is, wordt het apparaat voldoende geactiveerd, het apparaat reageert niet op het licht. Extrinsieke fotoweerstanden kunnen reageren op infraroodgolven. Intrinsieke fotoweerstanden kunnen lichtgolven met een hogere frequentie detecteren.

Symbool van fotoresistor

Fotoweerstanden worden gebruikt om de aan- of afwezigheid van licht aan te geven. Het is ook geschreven als LDR. Deze bestaan ​​meestal uit Cd's, Pbs, Pbse, enz... Deze apparaten zijn gevoelig voor temperatuurveranderingen. Dus zelfs als de lichtintensiteit constant wordt gehouden, is er een verandering in weerstand te zien in de fotoweerstanden.

Toepassingen van Photoresistor

De weerstand van de fotoresistor is een niet-lineaire functie van de lichtintensiteit. Fotoweerstanden zijn niet zo gevoelig voor licht als fotodiodes of fototransistoren. Enkele van de toepassingen van fotoweerstanden zijn als volgt-

• Deze worden gebruikt als lichtsensoren.
• Deze worden gebruikt om de intensiteit van licht te meten.
• Nachtlicht- en fotografielichtmeters gebruiken fotoweerstanden.
• Hun latentie-eigenschap wordt gebruikt in audiocompressoren en externe detectie.
• Fotoweerstanden zijn ook te vinden in wekkers, buitenklokken, straatlantaarns op zonne-energie, enz...
• Infraroodastronomie en infraroodspectroscopie gebruiken ook fotoweerstanden voor het meten van het midden-infrarood spectraalgebied.

Projecten op basis van fotoweerstanden

Fotoweerstanden zijn voor veel hobbyisten een handig apparaat geweest. Er zijn veel nieuwe onderzoekspapers en elektronische projecten op basis van fotoresistors beschikbaar. Fotoresistors hebben nieuwe toepassingen gevonden in medische, embedded en astronomische gebieden. Sommige van de projecten die zijn ontworpen met behulp van fotoresistor zijn als volgt-

• Op fotoresistor gebaseerde, door studenten gebouwde fotometer en de toepassing ervan in forensische analyse van kleurstoffen.
• Integratie van biocompatibel organisch resistief geheugen en fotoresistor voor draagbare beelddetectietoepassing.
• Fotogate timing met een smartphone.
• Ontwerp en implementatie van een eenvoudig akoestisch optisch dubbel stuurcircuit.
• Systeem voor locatiedetectie van lichtbronnen.
• De mobiele robot wordt ingeschakeld door geluid en gestuurd door een externe lichtbron.
• Ontwerp van een open-source monitoringsysteem voor thermodynamische analyse van gebouwen en systemen.
• Oververhittingsbeveiliging.
• Apparaat voor het detecteren van elektromagnetische straling.
• Automatische tweeassige grasmaaier op zonne-energie voor landbouwtoepassingen.
• Detectiemechanisme voor watertroebelheid met behulp van LED voor een in-situ monitoringsysteem.
• Het door licht geïnduceerde lichtgevende toetsenbord is ontworpen met behulp van fotoweerstanden.
• Nieuw elektronisch slot met morsecode gebaseerd op het internet der dingen.
• Straatverlichtingssysteem voor slimme steden met fotoweerstanden.
• Tracking van MRI-interventies met computergestuurde afstembare markers.
• Deze worden gebruikt in door licht geactiveerde jaloezieën.
• Fotoweerstanden worden ook gebruikt voor automatische contrast- en helderheidsregeling in televisies en smartphones.
• Voor het ontwerpen van naderingsgestuurde schakelaars worden fotoweerstanden gebruikt.

Vanwege het verbod op cadmium in Europa is het gebruik van Cd's en Cdse-fotoweerstanden beperkt. Fotoweerstanden kunnen eenvoudig worden geïmplementeerd en gekoppeld aan microcontrollers.

Deze apparaten zijn op de markt verkrijgbaar als IC-sensoren. Ze zijn verkrijgbaar als omgevingslichtsensoren, licht-naar-digitale sensoren, LDR, enz... Enkele van de veelgebruikte producten zijn OPT3002 lichtsensor, LDR passieve lichtsensor, enz... De elektrische kenmerken, specificaties, enz. van OPT3002 zijn te vinden in de datasheet geleverd door texas instrumenten. Kunnen we fotoresistors gebruiken als alternatief voor fotodiodes? Wat maakt het verschil?