Fotorezisztor

A fotorezisztor (más néven fotogén ellenállás vagy fényvezető cella ) egy olyan elektronikus alkatrész, amelynek ellenállása a beeső fény mennyiségétől függően változik : minél jobban meg van világítva, annál jobban csökken az ellenállása.

Elv

A fotorezisztor egy nagy ellenállású motor félvezetőjéből és egy ellenállásból áll. Ha a beeső fény kellően nagy frekvenciájú (ezért hullámhossza kisebb, mint a küszöb hullámhossza), akkor jelentős energiát hordoz. Az anyag specifikus szintjén túl a félvezető által elnyelt fotonok elegendő energiát adnak a kötött elektronoknak ahhoz, hogy a vegyérték-sávból a vezetősávba továbbadjanak. A fentieket figyelembevéve körébe tartozik a zenekar elmélet . A szabad elektronok és az elektronlyukak így csökkentik az anyag ellenállását.

Amikor a beeső foton kellően energikus, az elektron-lyuk párok előállítása annál is fontosabb, mivel a fényáram intenzív. Az ellenállás tehát a megvilágításhoz hasonlóan alakul. Ezt a kapcsolatot a következő összefüggéssel modellezhetjük:

R(L)=R0L-k{\ displaystyle R (L) = R_ {0} L ^ {- k}}

Félvezető geometria

• A fotorezisztor elve.

• Optimális geometria (szalag).

A vezetés fenntartása érdekében korlátoznunk kell az elektron-lyuk párok rekombinációinak számát. A fényáram befogadó felülete egy szalag. Ez a forma minimalizálja az elektródákat elválasztó szélességet, és nagy területen érintkezésbe hozza őket a szalaggal. Ez a konfiguráció adja a legkisebb ellenállást. Csak a nagy feszültségen használt fotorezisztorok készülnek széles szalagból. Valójában a fotorezisztoron átáramló áram meg van írva:

én=qμnemNÁL NÉLLV{\ displaystyle I = q \ mu n {\ frac {A} {L}} V}

Ebben a kifejezésben:

• q az elektron töltése
• μ az elektron mobilitása
• n a jelenlévő elektronok sűrűsége
• A az elektródák és a fényérzékeny zóna közötti érintkezési felület területe
• L a szalag szélessége

Látható, hogy ennek az intenzitásnak a növeléséhez az A maximalizálása és az L minimalizálása szükséges. Ezért a szalag a leghatékonyabb forma.

Kondicionáló áramkör

Az alábbi ábra egy fotorezisztor szimbóluma, amelyet nagyszámú elektromos kapcsolási rajzon használnak.

Az összetevőt elsősorban a fény jelenlétének vagy hiányának megkülönböztetésére használják. A fluxus mennyiségi meghatározása továbbra is lehetséges, de kevésbé használják. A fotorezisztorok feszültségosztó hídként vannak csatlakoztatva a potenciométeres egységekhez, amelyek a relék vagy a membrán vezérlésére szolgálnak. Az elemi fotométereknél egy fotorezisztort helyeznek el a Wheatstone híd egyik ágán . Ennek az elágazásnak az ellenállása miatt bekövetkező egyensúlyhiányt megmérik és visszahozzák az áramlásméréshez.

Zajok

Mint minden optikai érzékelő, a fotorezisztort is bizonyos számú, különböző eredetű zaj éri.

• Az ellenálláson belüli töltéshordozók hő keveréséből adódó termikus keverési zaj . Johnson zajnak is hívják .
• A lövés zaja vagy Schottky zaj, amely akkor jelenik meg, amikor egy áram átfolyik a potenciális gáton.
• A generációs-rekombinációs zaj , amely arányos a hágósáv szélességével.

Az érzékelő felhasználási területe miatt a rózsaszín zaj általában elhanyagolható .

Ezen zajok ismerete lehetővé teszi a PEB értékének kiszámítását. Az infravörös detektorok esetében figyelembe kell venni a maximális detektivitást korlátozó környezeti zajt .

Helyezés az optikai érzékelő tájban

A fotorezisztor vagy fényvezető cella egy rezisztív érzékelő, ezért passzív az optikai érzékelők családjához , amelynek fizikai alapelve a fotovezetés . Kondicionálóval kombinálva a fotorezisztor az egyik legérzékenyebb.

Előnyök

• Alacsony költségű
• Széles spektrális tartomány
• Könnyű megvalósítás
• Statikus átviteli arány
• Nagy érzékenység

Hátrányok

• A válasz nem-linearitása az áramlás függvényében.
• Az R variációja megvilágítás mellett alacsony és nem szimmetrikus
• Hőérzékenység
• Bizonyos esetekben hűtésre van szükség (hőérzékelők)
• Nagy válaszidő (0,1 µs - 100 ms)
• Korlátozott sávszélesség
• Instabilitás idővel (öregedés a fűtés miatt)

Alkalmazások

A fotorezisztorok elsősorban a fluxus különbségének észlelésében találják meg a fő alkalmazási lehetőségeiket, nem pedig a kapott fluxus szintjének pontos mérésében (fényimpulzusok, például a világítás változása). A fotometriai méréshez a jellemzők pontos meghatározása és stabilizálása szükséges . Ez a stabilizálás és ezen jellemzők meghatározása szigorú kalibráláson és a fotorezisztor integrálásán megy keresztül egy rezisztív érzékelő kondicionálójában . A fenti megfontolások alapján meghatározták a fotorezisztorok által érzékelhető mérési tartomány típusát. A detektálható sugárzás típusa azonban a fotorezisztort alkotó félvezető típusától függ. Például a CdSe (kadmium-szelenid) fotorezisztorok lehetővé teszik a sugárzás detektálását a közeli IR és a látható tartományban, míg a ZnO (cink-oxid) UV-sugárzást. Az ilyen típusú detektorok használata nagyon változatos

• Infravörös vagy UV-detektoros lángérzékelők. Ugyanis csak az erős füst okozza az UV-érzékelő gátlását, és a villámlás vagy forrasztás véletlenül kiválthatja azt. Az infravörös fotorezisztor esetében a vízgőz jelenléte nagymértékben csökkenti annak érzékenységét.
• A jelenlétérzékelők két különböző elv alapján állnak rendelkezésre. Az első a mezőben lévő test (elsősorban infravörös szenzorok) jelenléte által kiváltott fluxus növekedésének detektálása, a második a szenzor területén lévő test árnyéka által kiváltott fluxus csökkenésének észlelése, amely korlátozottabb mint az infravörös (érzékelés a látható és irányítottabb LDR érzékelőben).
• Az infravörös vevők lehetővé teszik, hogy két eszköz érintkezés nélkül kommunikáljon. Az egyik eszköz infravörös, a második fotorezisztorral rendelkezik.
• UV-detektorok, amelyek lehetővé teszik bármely UV-forrás kiemelését és ezáltal a forrás ellenőrzését vagy szivárgás észlelését.
• A fények bekapcsolása, ha a fényerő csökken (nyilvános vagy háztartási világítás).
• Külső fényerő mérése kamerákban vagy számítógépekben.

Ennek a komponensnek az alkalmazása ezért nagyon változatos, akár az ipari, akár a hazai világban. Mivel olcsó, jó minőségi aránnyal rendelkezik azoknak a gyártóknak, akik integrálni kívánják a rendszerükbe.

Megjegyzések és hivatkozások

1. „  Photoresistance  ” , a ressources.univ-lemans.fr webhelyen (hozzáférés : 2017. január 2. )
2. más érzékelőkhöz, fotodiódákhoz vagy fototranzisztorokhoz képest

Lásd is

Kapcsolódó cikkek

• Fényvezető cella
• Zenekarelmélet
• Félvezető

Külső linkek

• Egyetemi honlap
• Az Etronics személyes weboldala

Bibliográfia

• Érzékelők ipari műszerekben , Georges Asch és mtsai, EEA, DUNOD. (2006).
• Ipari optoelektronika: tervezés és alkalmazások. Elektronika , Pierre Mayé ,, DUNOD. (2001).