Que sont les photorésistances, comment fonctionnent-elles et où sont-elles utilisées
Concepts de base et appareil
Une photorésistance est un dispositif semi-conducteur dont la résistance (si elle est pratique - la conductivité) varie en fonction de l'intensité avec laquelle sa surface sensible est illuminée. Structurellement trouvé dans diverses conceptions. Les éléments les plus courants de cette conception, comme le montre la figure ci-dessous. Dans le même temps, pour travailler dans des conditions spécifiques, vous pouvez trouver des photorésistances enfermées dans un boîtier métallique avec une fenêtre à travers laquelle la lumière pénètre dans la surface sensible. Ci-dessous, vous voyez son symbole graphique dans le diagramme.
Intéressant: un changement de résistance sous l'influence du flux lumineux est appelé effet photorésistif.
Le principe de fonctionnement est le suivant: entre les deux électrodes conductrices, il y a un semi-conducteur (représenté en rouge sur la figure), lorsque le semi-conducteur n'est pas allumé - sa résistance est élevée, jusqu'à plusieurs mégohms. Lorsque cette zone est éclairée, sa conductivité augmente fortement et la résistance diminue en conséquence.
Des matériaux tels que le sulfure de cadmium, le sulfure de plomb, le sélénite de cadmium et d'autres peuvent être utilisés comme semi-conducteur. La caractéristique spectrale dépend du choix du matériau dans la fabrication de la photorésistance. En termes simples - une gamme de couleurs (longueurs d'onde) lorsqu'il est éclairé par lequel la résistance d'un élément changera correctement. Par conséquent, en choisissant une photorésistance, vous devez considérer dans quel spectre elle fonctionne. Par exemple, pour les éléments sensibles aux UV, vous devez sélectionner les types d'émetteurs dont les caractéristiques spectrales conviennent aux photorésistances. Une figure qui décrit les caractéristiques spectrales de chacun des matériaux est présentée ci-dessous.
Une question fréquemment posée est «Y a-t-il une polarité dans la photorésistance?» La réponse est non. Les photorésistances n'ont pas de jonction pn, donc peu importe dans quelle direction le courant circule. Vous pouvez vérifier la photorésistance avec un multimètre en mode de mesure de résistance en mesurant la résistance de l'élément éclairé et assombri.
Vous pouvez voir une dépendance approximative de la résistance à l'éclairage dans le graphique ci-dessous:
Ici, il est montré comment le courant change à une certaine tension en fonction de la quantité de lumière, où Ф = 0 est l'obscurité et Ф3 est la lumière vive.Le graphique suivant montre le changement de courant à tension constante, mais en changeant l'éclairage:
Dans le troisième graphique, vous voyez la dépendance de la résistance à l'éclairage:
Dans la figure ci-dessous, vous pouvez voir à quoi ressemblent les photorésistances populaires fabriquées en URSS:
Les photorésistances modernes, qui sont largement utilisées dans la pratique des bricoleurs, sont un peu différentes:
Un élément est généralement marqué d'un lettrage.
Caractéristiques de la photorésistance
Ainsi, les photorésistances ont les principales caractéristiques qui sont prises en compte lors du choix:
- Résistance aux ténèbres. Comme son nom l'indique, il s'agit de la résistance de la photorésistance dans l'obscurité, c'est-à-dire en l'absence de flux lumineux.
- Photosensibilité intégrale - décrit la réponse d'un élément, le changement de courant qui le traverse à un changement de flux lumineux. Mesuré à une tension constante en A / lm (ou mA, µA / lm). Il est désigné par S. S = Iph / F, où Iph est le photocourant et F est le flux lumineux.
Dans ce cas, le photocourant est indiqué. Il s'agit de la différence entre le courant d'obscurité et le courant de l'élément éclairé, c'est-à-dire la partie résultant de l'effet de photoconductivité (identique à l'effet photorésistif).
Remarque: La résistance à l'obscurité est bien sûr caractéristique de chaque modèle spécifique, par exemple pour FSK-G7 - elle est de 5 MΩ et la sensibilité intégrale est de 0,7 A / lm.
N'oubliez pas que les photorésistances ont une certaine inertie, c'est-à-dire que sa résistance ne change pas immédiatement après l'exposition au flux lumineux, mais avec un léger retard. Ce paramètre est appelé la fréquence de coupure. Il s'agit de la fréquence du signal sinusoïdal modulant le flux lumineux à travers l'élément à laquelle la sensibilité de l'élément diminue d'un facteur 2 (1,41). La vitesse des composants se situe généralement dans les dizaines de microsecondes (10 ^ (- 5) s). Ainsi, l'utilisation d'une photorésistance dans des circuits où une réponse rapide est nécessaire est limitée, et souvent injustifiée.
Où est utilisé
Lorsque nous avons découvert le dispositif et les paramètres des photorésistances, parlons de la raison pour laquelle il est nécessaire avec des exemples spécifiques. Bien que l'utilisation des photorésistances soit limitée par leur vitesse, la portée n'est pas devenue moindre.
- Relais crépusculaires. Ils sont également appelés photorelay - ce sont des dispositifs pour allumer automatiquement la lumière dans l'obscurité. Le schéma ci-dessous montre la version la plus simple d'un tel circuit, sur des composants analogiques et un relais électromécanique. Son inconvénient est l'absence d'hystérésis et l'apparition possible de cliquetis à des valeurs d'éclairage transfrontalières, à la suite de quoi le relais cliquetera ou s'allumera ou s'éteindra avec de légères fluctuations d'éclairage.
- Capteurs de lumière. En utilisant des photorésistances, un faible flux lumineux peut être détecté. Ci-dessous est une implémentation d'un tel dispositif basé sur ARDUINO UNO.
- Alarmes. Ces circuits utilisent principalement des éléments sensibles au rayonnement ultraviolet. L'élément sensible est éclairé par l'émetteur, en cas d'obstacle entre eux, une alarme ou un actionneur se déclenche. Par exemple, un tourniquet dans le métro.
- Capteurs de la présence de quelque chose. Par exemple, dans l'industrie de l'impression utilisant des photorésistances, vous pouvez contrôler la rupture de la bande de papier ou le nombre de feuilles introduites dans la machine d'impression. Le principe de fonctionnement est similaire à celui discuté ci-dessus. De la même manière, la quantité de produits qui ont transité le long de la bande transporteuse, ou sa taille (à une vitesse connue) peut être considérée.
Nous avons brièvement expliqué ce qu'est une photorésistance, où elle est utilisée et comment elle fonctionne. L'utilisation pratique de l'élément est très large, il est donc assez difficile de décrire toutes les fonctionnalités d'un article. Si vous avez des questions - écrivez-les dans les commentaires.
Enfin, nous vous recommandons de regarder une vidéo utile sur le sujet:
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