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.
Как устроен фоторезистор
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.
Как работает 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).
