Фоторезистор — это пассивный элемент (не отдает электрическую энергию, а только потребляет), который при воздействии на него света меняет свое сопротивление. Также его могут называть фотоэлементом, а в зарубежной документации встречается аббревиатура LDR («Light Dependent Resistor«, что в переводе на русский «Светозависимый резистор«) или «Photoconductive cell«, что в переводе «Фотопроводящий элемент«.
Что из себя представляет фоторезистор
На рисунке в начале статьи можно увидеть, как выглядит один из видов фоторезистора (распространенные на китайском рынке).
Фоторезисторы — это управляемые светом переменные резисторы. С точки зрения работы, фоторезистор обычно обладает очень высоким сопротивлением (в мегаомах) при размещении в темноте. Однако, когда он освещен, его сопротивление значительно уменьшается. Оно может упасть до нескольких сотен Ом, в зависимости от интенсивности света. Что касается применений, то фоторезисторы используются в схемах коммутации, активируемых светом или темнотой, а также в схемах светочувствительных детекторов.
Если сравнивать по чувствительности с фотодиодом или фототранзистором, то он является менее чувствительным к свету.
При подключении фоторезистора полярность, кстати, не имеет значения. Его можно использовать как в цепях с постоянным током, так и с переменным.
Обозначение на схеме фоторезистора
На рисунке 1 проиллюстрированы обозначения фоторезисторов на схемах. Все они обозначают один и тот же элемент. И не важно, с пересекающей стрелкой или без нее.
Устройство фоторезистора
Фоторезисторы изготавливаются из особого вида полупроводниковых кристаллов, таких как сульфид кадмия (для света) или сульфид свинца (для инфракрасного излучения).
Когда этот полупроводник помещают в темноту, электроны внутри его структуры «не хотят» проходить через резистор, потому что они слишком сильно связаны с атомами кристалла. Однако при освещении входящие фотоны света сталкиваются со связанными электронами, отрывая их от связывающего атома. Эти освобожденные электроны теперь могут вносить свой вклад в ток, протекающий через устройство.
Фоторезисторам может потребоваться несколько миллисекунд или более, чтобы полностью отреагировать на изменения интенсивности света. И может потребоваться несколько секунд, чтобы вернуться к своему нормальному сопротивлению в темноте. В общем, практически все фоторезисторы функционируют аналогичным образом. Однако диапазон чувствительности и сопротивления фоторезистора может сильно варьироваться от одного устройства к другому.
Определенный фоторезистор может лучше реагировать на свет, который содержит фотоны определенной длины волны спектра. Например, фоторезисторы из сульфида кадмия лучше всего реагируют на свет в диапазоне от 400 до 800 нм, тогда как фоторезисторы из сульфида свинца лучше всего реагируют на инфракрасные фотоны.
Пример работы фоторезистора
В темное время суток фоторезистор обладает очень высоким сопротивлением, и через последовательный контур протекает небольшой ток. Миллиамперметр на рисунке 3 показывает самое минимальное значение (0.01 мА, ). Когда на фоторезистор подается все более яркий источник света, сопротивление фоторезистора начинает уменьшаться, и через последовательный контур начинает протекать больше тока.
Светочувствительный делитель напряжения
Эти схемы напоминают схему делителя напряжения. Выходное напряжение можно рассчитать по формуле:
По мере увеличения интенсивности света сопротивление фоторезистора уменьшается, поэтому выход в верхней цепи становится меньше по мере того, как на него попадает больше света, тогда как выход в нижней цепи становится больше (рис. 4).
