Ein Photoresistor, der auch als Licht - abhängiger Widerstand (LDR) bekannt ist, ist eine Art von Widerstand, dessen Widerstand je nach Lichtintensität variiert. Im folgenden Text werden wir uns mit den Grundlagen der Photoresistoren befassen und ihre weitläufigen Anwendungen erkunden.
Verständnis der Grundlagen der Photoresistoren
Im Herzen eines Photoresistors steht ein Halbleitermaterial. Wenn Lichtphotonen diesen Halbleiter treffen, liefern sie den Elektronen im Material Energie. Diese Energie ermöglicht es den Elektronen, sich von ihren normalen Positionen zu befreien und mobile Ladungsträger zu werden. Infolgedessen nimmt die Leitfähigkeit des Halbleiters zu und der Widerstand des Photoresistors nimmt ab.
Umgekehrt werden in Abwesenheit von Licht oder wenn die Lichtintensität niedrig ist, weniger Elektronen befreit. Dies führt zu einer geringeren Anzahl von Ladungsträgern und damit zu einem höheren Widerstand im Photoresistor. Die Beziehung zwischen Lichtintensität und Widerstand ist nicht linear. Im Allgemeinen kann ein Photoresistor in völliger Dunkelheit einen Widerstand in der Reihenfolge von Mega - Ohm - haben, während sein Widerstand unter hellem Licht auf einige hundert Ohm fallen kann.
Die Konstruktion eines Photoresistors umfasst typischerweise eine dünne Schicht Halbleitermaterial wie Cadmiumsulfid (CD) oder Cadmiumselenid (CDSE) auf einem Isoliersubstrat. Metallelektroden werden dann an der Halbleiterschicht befestigt, um den Strom des elektrischen Stroms zu ermöglichen. Die gesamte Baugruppe ist häufig in einem transparenten oder durchscheinenden Gehäuse eingeschlossen, um das Halbleitermaterial zu schützen und die Lichtmenge, die es erreicht, zu steuern.
Arbeitsprinzip der Photoresistoren
Das Arbeitsprinzip eines Photoresistors basiert auf dem photokondierten Effekt. Wenn Photonen mit ausreichender Energie das Halbleitermaterial treffen, erzeugen sie Elektronenlochpaare. Diese Elektronen -Loch -Paare tragen zur Leitung von Elektrizität bei, wodurch der Gesamtwiderstand des Geräts verringert wird.
Die Energie eines Photons wird durch die Gleichung (e = hf) angegeben, wobei (h) Planck-Konstante ((H = 6,626 \ Times10^{-34} \ Space J \ cdot s)) ist und (f) die Frequenz des Lichts ist. Damit ein Halbleiter ein Photon absorbiert und ein Elektronenlochpaar erzeugt, muss die Energie des Photons größer oder gleich der Bandgap -Energie ((e_g)) des Halbleitermaterials sein. Verschiedene Halbleitermaterialien haben unterschiedliche Bandgap -Energien, die den Bereich der Lichtwellenlängen bestimmen, auf die der Photoresistor reagieren kann.
Anwendungen von Photoresistoren
Beleuchtungssteuerung
Eine der häufigsten Anwendungen von Photoresistoren ist die Beleuchtungssteuerungssysteme. Bei Straßenlaternen kann beispielsweise ein Photoresistor verwendet werden, um die Lichter in der Abenddämmerung und im Morgengrauen automatisch einschalten. Wenn die Intensität der Umgebungslicht unter einen bestimmten Schwellenwert fällt, nimmt der Widerstand des Photoresistors zu. Diese Änderung des Widerstands kann durch einen Steuerkreis erkannt werden, der dann die Straßenlaterne aktiviert. In ähnlicher Weise können in Innenbeleuchtungssystemen Photoresistoren verwendet werden, um die Helligkeit von Lichtern auf der Grundlage der verfügbaren natürlichen Licht anzupassen, wodurch Energie spart.
Kamera -Expositionsregelung
Bei älteren Kameras wurden Photoresistoren verwendet, um die Lichtintensität der fotografierten Szene zu messen. Das Expositionskontrollsystem der Kamera würde den Widerstandswert des Photoresistors verwenden, um die entsprechende Einstellungen für Blende und Verschlusszeit zu bestimmen. Mit zunehmender Lichtintensität nahm der Widerstand des Photoresistors ab und die Kamera würde die Einstellungen entsprechend anpassen, um ein ordnungsgemäß freigelegtes Foto zu gewährleisten.
Alarmsysteme
Photoresistoren können in Alarmsysteme eingebaut werden, um den unbefugten Eintritt zu erkennen. In einem einfachen Lichtbasis -Alarmsystem wird ein Photoresistor an einem Ort platziert, an dem er normalerweise einem bestimmten Lichtniveau ausgesetzt ist. Wenn ein Eindringling die Lichtquelle blockiert, ändert sich der Widerstand des Photoresistors. Diese Änderung kann einen Alarm auslösen und den Benutzer auf das potenzielle Eindringen aufmerksam machen.
Optische Encoder
In optischen Encodern werden Photoresistoren verwendet, um die mechanische Bewegung in elektrische Signale umzuwandeln. Ein optischer Encoder besteht aus einer rotierenden Scheibe mit einem Muster von undurchsichtigen und transparenten Bereichen. Eine Lichtquelle scheint durch die Festplatte auf einen Photoresistor. Während sich die Festplatte dreht, ändert sich die Lichtmenge, die den Photoresistor erreicht, wodurch der Widerstand variiert. Durch Messen dieser Widerstandsänderungen können die Position und Geschwindigkeit des rotierenden Objekts bestimmt werden.
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Referenzen
- Boylestad, RL, & Nashelsky, L. (2018). Elektronische Geräte und Schalttheorie. Pearson.
- Streetman, BG & Banerjee, S. (2006). Solid State Electronic Devices. Prentice Hall.
- Sedra, AS & Smith, KC (2015). Mikroelektronische Schaltungen. Oxford University Press.