Що таке фоторезистор?
Фоторезистор (LDR, Light Depender Resistor, світлозалежний резистор) – це резистор, який змінює свій опір в залежності від кількості світла, що падає на його підкладку. Зміна опору під впливом світлового потоку називається фоторезистивним ефектом.
Позначення
Принцип роботи фоторезистора
При зменшенні рівня освітленості опір фоторезистора зростає, а зі збільшенням освітленості — опір падає. Випробуємо теорію на практиці та підключимо мультиметр у режимі вимірювання опору до фоторезистора. Потім змінюватимемо освітлення, яке падає на сенсор.
Увага! Загальний принцип роботи всіх фоторезисторів однаковий, але структура кожного компонента індивідуальна, тому дані, зняті різними фоторезисторами, відрізнятимуться. Нижче наведемо дані безпосередньо з нашого резистора:
При кімнатному освітленні опір фоторезистора дорівнює близько 6,8 кОм.
При затемненні датчика рукою опір фоторезистора досяг 76,7 кОм.
При дії на датчик ліхтариком від телефону опір сенсора знизився до 2,1 кОм.
Теорія підтвердилася, експеримент можна вважати успішним.
Підключення до мікроконтролера
При підключенні фоторезистора до мікроконтролера, наприклад Arduino або Espruino, виникне проблема: контролери не вміють зчитувати опір компонентів. Для підключення фоторезистора до мікроконтролерів використовуйте схему дільника напруги.
Резисторний дільник — це два послідовно з’єднані резистори між плюсом і мінусом, які називаються плечима. Сума напруги на плечах дорівнює вхідній напругі живлення. Плече між мінусом та середньою точкою називають нижнім, а друге плече – верхнім.
Зберемо схему, де:
- R1 – простий резистор, наприклад 220 Ом.
- R2 – фоторезистор.
- U вх. – вхідна напруга.
- U вих. – вихідна напруга.
Підключіть до мультиметра в режимі вимірювання напруги або АЦП мікроконтролера.
У результаті показники опору перейдуть у показники напруги, з якою вже вміє працювати АЦП мікроконтролера.
Відчуйте себе справжнім інженером: зберіть перший датчик освітленості на базі резисторного дільника в нашому електронному конструкторі Омка. А якщо ви вже прокачали свої знання у схемотехніці і хочете рухатися далі в IT-технології, скористайтесь електронним конструктором КіберКодер, де ви запрограмуєте пристрій «на свій смак».
Складові фоторезистора
У загальному випадку фоторезистор є керамічною підкладкою, на якому перший шар — світлочутливий, другий — металевий шар із зазором у вигляді вигнутої лінії, «змійки». Зазор поділяє металізації на два окремих контактних шари, до яких закріплені виводи під пайку. Форма вирізу у вигляді змійки забезпечує гарне засвічення фоточутливого матеріалу.
У якості світлочутливого шару використовуються матеріали: сульфід кадмію, сульфід свинцю, селеніт кадмію та інші.
Від вибору матеріалу при виготовленні фоторезистора залежить його спектральна характеристика, тобто діапазон довжин хвиль при освітленні, якими буде коректно змінюватися опір елемента. Тому, обираючи фоторезистор, потрібно враховувати спектр, в якому він працює.
Особливості фоторезисторів
Фоторезистор не призначений для точного вимірювання освітленості, скоріше придатний для визначення, наскільки світлішим чи темнішим стає навколишнє середовище.
У фоторезисторів немає p-n переходу, тому ви можете підключати компонент у схему, не замислюючись про плюс і мінус.
Фотоопір має інертність, тобто існує час затримки між зміною опору від освітлення. Для значного падіння опору від впливу променя світла необхідно близько десяти мілісекунд.
При зворотній дії відновлення значення опору знадобиться близько 1 секунди. Через ці властивості фоторезистор поступово витісняється іншими компонентами, які швидко фіксують різкі стрибки освітленості.
Одиниці виміру
Одиниця освітленості в системі СІ називається люкс, що формально є «світловим потіком на одиницю площі». У фотометрії люкс — це міра інтенсивності світла, що сприймається людським оком і яка потрапляє на поверхню або проходить через неї.
| Освітленість, люкс | Приклад |
|---|---|
| 0,002 | Безмісячне ясне нічне небо |
| 0,25–1 | Повний місяць |
| 50 | Вітальня |
| 80 | Передпокій / туалет |
| 100 | Темний похмурий день |
| 300–500 | Схід чи захід в ясний день |
| 1000 | Похмурий день / Типове освітлення телестудії |
| 10000–25000 | Повне денне світло (не прямі сонячні промені) |
| 32000–30000 | Повне денне світло (прямі сонячні промені) |
Застосування фоторезистора
Раніше фоторезистори застосовувалися для індикації чи при відсутності світла. Наразі фоторезистори витісняються фототранзисторами та фотоприймачами, які використовуються у таких сферах:
- Поліграфічна промисловість – для виявлення обривів паперової стрічки, контролю кількості аркушів паперу, що подаються до друкарської машини.
- Освітлення для автоматичного увімкнення світла у темний час доби.
- Системи сигналізації. Чутливий елемент висвітлюється випромінювачем, у разі появи перешкоди між ними спрацьовує сигналізація або виконавчий механізм. Наприклад, турнікет у метро.
- Побутова електроніка, наприклад, датчик освітленості в мобільному для автоматичного підлаштування екрану в залежності від часу доби.
І на останок. У робототехніці фоторезистор отримав другий шанс на життя завдяки простоті використання. Якщо вбудувати фоторезистор у робота, можна визначати ступінь освітленості, фіксувати білі або чорні ділянки на поверхні. Це дає можливість рухатися лінією або здійснювати інші дії.
Характеристики
У фоторезисторів є дві основні характеристики, на які важливо звертати увагу:
- Темновий опір — це опір фоторезистора у темряві, тобто за повної відсутності світлового потоку.
- Інтегральна фоточутливість. Описує реакцію елемента — зміну струму, який проходить через елемент при зміні світлового потоку.
Залиште свій відгук