Licht ist eine Form elektromagnetischer Strahlung. Das elektromagnetische Spektrum ist in viele Bänder unterteilt, aus denen sich Licht normalerweise auf das sichtbare Spektrum bezieht. In der Physik werden Gammastrahlen, Röntgenstrahlen, Mikrowellen und Radiowellen auch als Licht betrachtet. Das sichtbare Lichtspektrum weist Wellenlängen im Bereich von 400 bis 700 Nanometern auf, die zwischen Infrarotstrahlenspektrum und Ultraviolettspektrum liegen. Licht trägt Energie in Form von Photonen. Wenn diese Photonen mit anderen Teilchen in Kontakt kommen, wird aufgrund der Kollision Energie übertragen. Unter Verwendung dieses Prinzips des Lichts können viele nützliche Produkte wie z Fotodioden , Fotowiderstände, Sonnenkollektoren usw. wurden erfunden.

Was ist ein Fotowiderstand?

Fotowiderstand

“Passiver Hochpassfilter zweiter Ordnung ”

Licht hat die Natur der Welle-Teilchen-Dualität. Dies bedeutet, dass Licht sowohl partikelartig als auch wellenartig ist. Wenn Licht aufleuchtet Halbleiter Material, im Licht vorhandene Photonen werden von Elektronen absorbiert und zu höheren Energiebändern angeregt.

Ein Fotowiderstand ist eine Art lichtabhängiger Widerstand, der seine Widerstandswerte basierend auf dem auf ihn einfallenden Licht variiert. Diese Fotowiderstände neigen dazu, ihre Widerstandswerte mit zunehmender Intensität des einfallenden Lichts zu verringern.

Fotowiderstände ausstellen Fotoleitfähigkeit . Dies sind weniger lichtempfindliche Geräte im Vergleich zu Fotodioden und Fototransistoren. Der Fotowiderstand eines Fotowiderstands variiert mit der Änderung der Umgebungstemperatur.

Arbeitsprinzip

Der Fotowiderstand hat keinen PN-Übergang wie Fotodioden. Es ist eine passive Komponente. Diese bestehen aus hochohmigen Halbleitermaterialien.

Wenn Licht auf den Fotowiderstand fällt, werden Photonen vom Halbleitermaterial absorbiert. Die Energie des Photons wird von den Elektronen absorbiert. Wenn diese Elektronen genügend Energie aufnehmen, um die Bindung aufzubrechen, springen sie in das Leitungsband. Aufgrund dessen nimmt der Widerstand des Fotowiderstands ab. Mit abnehmendem Widerstand nimmt die Leitfähigkeit zu.

Abhängig von der Art des für den Fotowiderstand verwendeten Halbleitermaterials unterscheiden sich deren Widerstandsbereich und Empfindlichkeit. In Abwesenheit von Licht kann der Fotowiderstand Widerstandswerte in Megaohm aufweisen. Und während der Anwesenheit von Licht kann sein Widerstand auf einige hundert Ohm abnehmen.

Arten von Fotowiderständen

Abhängig von den Eigenschaften des Halbleitermaterials, das zum Entwerfen eines Fotowiderstands verwendet wird, werden diese in zwei Typen eingeteilt - extrinsische und intrinsische Fotowiderstände. Diese Halbleiter reagieren unter verschiedenen Wellenlängenbedingungen unterschiedlich.

Intrinsische Fotowiderstände werden unter Verwendung von intrinsischem Halbleitermaterial konstruiert. Diese intrinsischen Halbleiter haben ihre eigenen Ladungsträger. In ihrem Leitungsband sind keine freien Elektronen vorhanden. Sie enthalten Löcher im Valenzband.

“Wie funktioniert ein Laderegler ”

Um in einem intrinsischen Halbleiter vorhandene Elektronen vom Valenzband zum Leitungsband anzuregen, sollte ausreichend Energie bereitgestellt werden, damit sie die gesamte Bandlücke überschreiten können. Daher benötigen wir Photonen mit höherer Energie, um das Gerät auszulösen. Daher sind intrinsische Fotowiderstände für eine höherfrequente Lichtdetektion ausgelegt.

Andererseits werden extrinsische Halbleiter durch Dotieren von intrinsischen Halbleitern mit Verunreinigungen gebildet. Diese Verunreinigungen stellen freie Elektronen oder Löcher für die Leitung bereit. Diese freien Leiter liegen im Energieband näher am Leitungsband. Ein wenig Energie kann sie also dazu veranlassen, in das Leitungsband zu springen. Extrinsische Fotowiderstände werden zum Erfassen des Lichts mit längerer Wellenlänge und niedrigerer Frequenz verwendet.

Je höher die Lichtintensität, desto größer der Widerstandsabfall des Fotowiderstands. Die Empfindlichkeit von Fotowiderständen variiert mit der Wellenlänge des angelegten Lichts. Wenn keine ausreichende Wellenlänge vorhanden ist und das Gerät nicht ausreichend ausgelöst wird, reagiert das Gerät nicht auf das Licht. Extrinsische Fotowiderstände können auf Infrarotwellen reagieren. Eigenphotowiderstände können höherfrequente Lichtwellen erfassen.

Symbol des Fotowiderstands

Fotowiderstand-Symbol

Fotowiderstände werden verwendet, um das Vorhandensein oder Fehlen von Licht anzuzeigen. Es wird auch als LDR geschrieben. Diese bestehen normalerweise aus CDs, Pbs, Pbse usw. Diese Geräte reagieren empfindlich auf Temperaturänderungen. Selbst wenn die Lichtintensität konstant gehalten wird, kann eine Änderung des Widerstands in den Fotowiderständen beobachtet werden.

Anwendungen von Fotowiderständen

Der Widerstand des Fotowiderstands ist eine nichtlineare Funktion der Lichtintensität. Fotowiderstände sind nicht so lichtempfindlich wie Fotodioden oder Fototransistoren. Einige der Anwendungen von Fotowiderständen sind wie folgt:

Diese werden als Lichtsensoren eingesetzt.
Diese dienen zur Messung der Lichtintensität.
Nachtlicht- und Fotolichtmesser verwenden Fotowiderstände.
Ihre Latenzzeit wird in Audiokompressoren und bei der Außenerkennung verwendet.
Fotowiderstände finden Sie auch in Weckern, Außenuhren, Solarstraßenlaternen usw.
Infrarotastronomie und Infrarotspektroskopie verwenden auch Fotowiderstände zur Messung des Spektralbereichs im mittleren Infrarot.

Projekte basierend auf Fotowiderständen

Fotowiderstände waren für viele Bastler ein praktisches Gerät. Viele neue Forschungsarbeiten und elektronische Projekte auf der Basis von Fotowiderständen sind verfügbar. Fotowiderstände haben neue Anwendungen in medizinischen, eingebetteten und astronomischen Bereichen gefunden. Einige der mit Fotowiderstand entworfenen Projekte sind wie folgt:

Photoresistorbasiertes, von Studenten gebautes Photometer und seine Anwendung in der forensischen Analyse von Farbstoffen.
Integration eines biokompatiblen organischen Widerstandsspeichers und eines Fotowiderstands für tragbare Bilderfassungsanwendungen.
Photogate Timing mit einem Smartphone.
Entwurf und Implementierung einer einfachen akustooptischen Doppelsteuerschaltung.
System zur Standorterkennung von Lichtquellen.
Der mobile Roboter wird durch Ton eingeschaltet und von einer externen Lichtquelle gerichtet gesteuert.
Entwurf eines Open-Source-Überwachungssystems zur thermodynamischen Analyse von Gebäuden und Systemen.
Überhitzungsschutzgerät.
Vorrichtung zum Erfassen elektromagnetischer Strahlung.
Automatischer zweiachsiger solarbetriebener Rasenmäher für landwirtschaftliche Anwendungen.
Erfassungsmechanismus für Wassertrübung mit LED für ein In-situ-Überwachungssystem.
Die lichtinduzierte Leuchttastatur ist mit Fotowiderständen ausgelegt.
Neuartiges elektronisches Schloss mit Morsecode basierend auf dem Internet der Dinge.
Straßenbeleuchtungssystem für Smart Cities mit Fotowiderständen.
Verfolgung von MRT-Interventionsgeräten mit computergesteuerten verstimmbaren Markern.
Diese werden in lichtaktivierten Jalousien verwendet.
Fotowiderstände werden auch zur automatischen Kontrast- und Helligkeitsregelung in Fernsehgeräten und Smartphones verwendet.
Zum Entwerfen von näherungsgesteuerten Schaltern werden Fotowiderstände verwendet.

Aufgrund des Cadmiumverbots in Europa ist die Verwendung von Cds- und Cdse-Fotowiderständen eingeschränkt. Fotowiderstände können einfach implementiert und mit Mikrocontrollern verbunden werden.

Diese Geräte sind auf dem Markt als IC-Sensoren erhältlich. Sie sind als Umgebungslichtsensoren, Licht-zu-Digital-Sensoren, LDR usw. erhältlich. Einige der am häufigsten verwendeten Produkte sind OPT3002-Lichtsensor, LDR-Passivlichtsensor usw. Die elektrischen Eigenschaften, Spezifikationen usw. von OPT3002 finden Sie unter das Datenblatt von Texas Instruments. Können wir Fotowiderstände als Alternative für Fotodioden verwenden? Was macht den Unterschied?