ЛДР кругови и принцип рада

Као што и само име говори, ЛДР или светло зависни отпорник је врста отпорника који показује широк распон вредности отпора у зависности од интензитета светлости која пада на његову површину. Варијације у опсегу отпора могу бити од неколико стотина ома до многих мегаиома.

Познати су и као фотоотпорници. Вредност отпора у ЛДР је обрнуто пропорционална интензитету светлости која пада на њега. Значи када је светлости мање, отпора је више и обрнуто.

ЛДР Унутрашња изградња

Следећа слика приказује унутрашњи сецирани ЛДР уређај у коме можемо видети фотопроводљиву супстанцу која се примењује унутар цик-цак или намотаног узорка, уграђена преко керамичке изолационе основе и чији су крајњи крајеви завршени као водови уређаја.

Узорак осигурава максималан контакт и интеракцију између кристалног фотопроводљивог материјала и електрода које их раздвајају.

Фотопроводљиви материјал се генерално састоји од кадмијум сулфида (ЦдС) или кадмијум селенида (ЦдСе).

Тип и дебљина материјала и ширина нанесеног слоја одређују опсег вредности отпора ЛДР-а, као и количину вата које може поднети.

Два кабла уређаја уграђена су у непрозирну непроводљиву базу са изолованим прозирним премазом преко фотопроводљивог слоја.

Шематски симбол ЛДР-а приказан је испод:

ЛДР Величине

Пречник фотоћелија или ЛДР-а може се кретати од 1/8 инча (3 мм) до преко једног инча (25 мм). Обично су доступни са пречницима од 10 мм.

ЛДР-ови мањи од овог обично се користе тамо где простор може представљати проблем или на плочама заснованим на СМД-у. Мање варијанте показују ниже расипање. Такође можете пронаћи неколико варијанти које су херметички затворене да би обезбедиле поуздан рад чак и у суровим и нежељеним условима.

Поређење карактеристика ЛДР са људским оком

Горњи графикон даје поређење између карактеристика фотосензибилних уређаја и нашег ока. Графикон приказује цртање релативног спектралног одзива према таласној дужини од 300 до 1200 нанометара (нм).

Карактеристични таласни облик људског ока означен тачкастом кривом у облику звона открива чињеницу да је наше око појачало осетљивост на релативно ужи опсег електромагнетног спектра, приближно између 400 и 750 нм.

Врх криве има максималну вредност у спектру зеленог светла у опсегу од 550 нм. Ово се протеже до љубичастог спектра са опсегом између 400 и 450 нм на једној страни. Са друге стране, ово се протеже у тамноцрвено светло подручје које има опсег између 700 и 780 нм.

Горња слика такође тачно открива зашто су фотоћелије кадмијум сулфида (ЦдС) обично омиљене у примени кола контролисаног светлом: врхови спектралне криве одзива за Цдс су близу 600 нм, а ова спецификација је сасвим идентична опсегу људског ока.

У ствари, врхови криве одговора кадмијум селенида (ЦдСе) могу се проширити и преко 720 нм.

ЛДР отпор против светлосног графика

С тим у вези, ЦдСе може показивати већу осетљивост на готово читав опсег спектра видљиве светлости. Генерално, карактеристична крива ЦдС фотоћелије може бити као што је дато на следећој слици.

Његов отпор у одсуству светлости може бити око 5 мегоха, што може пасти на око 400 ома у присуству интензитета светлости од 100 лукса или нивоа светлости еквивалента оптимално осветљеној соби, и око 50 ома када интензитет светлости износи чак 8000 лукса. типично како се добија од директне јаке сунчеве светлости.

Лукс је СИ јединица за осветљеност генерисана светлосним флуксом од 1 лумена равномерно распоређеним на површини од 1 квадратног метра. Савремене фотоћелије или ЛДР-ови су адекватно оцењени по снази и напону, упоредо са нормалним отпорницима фиксног типа.

Капацитет расипања снаге за стандардни ЛДР могао би бити око 50 и 500 миливата, што може зависити од квалитета материјала који се користи за детектор.

Можда једина ствар која није тако добра у вези са ЛДР-овима или фоторезисторима је њихова спецификација успореног одзива на промене светлости. Фотоћелије направљене од кадмијум-селенида обично имају краће временске константе од кадмијум-сулфидних фотоћелија (приближно 10 милисекунди за разлику од 100 милисекунди).

Ови уређаји могу се наћи и са нижим отпорима, повећаном осетљивошћу и повишеним коефицијентом отпорности на температуру.

Главне апликације у којима се фотоћелије обично примењују су у мерачима фотографске експозиције, прекидачи активирани светло и тамно за контролу улична расвета , и протупровални аларми. У неким апликацијама аларма који се активирају светлом, систем се активира прекидом снопа светлости.

Такође можете наићи на димне аларме засноване на рефлексији помоћу фотоћелија.

ЛДР кругови апликација

Следеће слике приказују неколико занимљивих практичних кола за примену фотоћелија.

Релеј активиран светлошћу

ТРАНЗИСТОР МОЖЕ БИТИ БИЛО КОЈИ МАЛИ ТИП СИГНАЛА КАО И БЦ547

Једноставно ЛДР коло назначено на горњој слици је направљено да реагује кад год светло падне на ЛДР инсталиран у нормално тамној шупљини, на пример унутар кутије или кућишта.

Фотоћелија Р1 и отпорник Р2 стварају потенцијални делилац који поправља основну пристрасност К1. Када је мрак, фотоћелија показује повећани отпор, што доводи до нулте пристраности на основи К1, због чега К1 и релеј РИ1 остају искључени.

У случају да се на ЛДР фотоћелије детектује одговарајући ниво светлости, његов ниво отпора брзо пада на неке ниже величине. и дозвољено је да пристрасни потенцијал достигне базу К1. Ово укључује релеј РИ1, чији се контакти користе за управљање спољним кругом или оптерећењем.

Релеј активиран мраком

Следећа слика показује како се први круг може трансформисати у релејни круг активиран мраком.

У овом примеру релеј се активира у одсуству светлости на ЛДР-у. Р1 се користи за подешавање подешавања осетљивости кола. Отпорник Р2 и фотоћелија Р3 раде као делилац напона.

Напон на споју Р2 и Р3 расте када падне светлост на Р3, који пуферује емитер фолловер К1. Излаз емитера К1 погона појачало са заједничким емитором К2 преко Р4, и у складу с тим управља релејем.

Прецизни ЛДР детектор светлости

Иако једноставни, горњи ЛДР кругови су осетљиви на промене напона напајања и промене температуре околине.

Следећи дијаграм показује како би се тај недостатак могао решити путем светлосно активираног круга осетљиве прецизности који би функционисао без утицаја варијација напона или температуре.

У овом колу ЛДР Р5, пот Р6 и отпорници Р1 и Р2 су међусобно конфигурисани у облику Вхеатстоне-ове мреже мостова.

Оп амп ИЦИ заједно са транзистором К1 и релеј РИ1 рад попут врло осетљивог прекидача за откривање равнотеже.

Тачка уравнотежења моста не утиче, без обзира на варијације напона напајања или атмосферске температуре.

На то утичу само промене релативних вредности компонената повезаних са мрежом мостова.

У овом примеру ЛДР Р5 и лонац Р6 чине један крак моста Вхеатстоне. Р1 и Р2 чине други крак моста. Ова два крака делују попут делилаца напона. Р1 / Р2 крак успоставља константни 50% напона напајања на неинвертујући улаз оптичког појачала.

Разделник потенцијала који чине пот и ЛДР генерише променљиви напон зависан од светлости на инвертирајући улаз опционог појачала.

Постављањем круга, пот Р6 се подешава тако да потенцијал на споју Р5 и Р6 прелази потенцијал од потенцијала на пин3 када на ЛДР падне жељена количина амбијенталног светла.

Када се то догоди, излаз опционог појачала тренутно мења стање са позитивног на 0В, УКЉУЧУЈУЋИ К1 и прикључени релеј. Релеј активира и искључује терет који би могао бити лампа.

Ово ЛДР коло засновано на опционом појачалу је врло прецизно и реаговаће чак и на ситне промене интензитета светлости, које људско око не може да открије.

Горе наведени дизајн оптичког појачала може се лако трансформисати у релеј који се активира тамом, заменом пин2 и пин3 веза, или заменом положаја Р5 и Р6, као што је приказано у наставку:

Додавање функције хистерезе

Ако је потребно, ово ЛДР коло може се надоградити с карактеристика хистерезе као што је приказано на следећем дијаграму. То се постиже увођењем повратног отпорника Р5 преко излазног пина и пина 3 ИЦ.

У овом дизајну релеј се нормално активира када интензитет светлости пређе задати ниво. Међутим, када светло на ЛДР-у падне и смањи се од унапред задате вредности, неће искључити релеј због ефекат хистерезе .

Релеј се ИСКЉУЧУЈЕ само када је светло пало на знатно нижи ниво, што је одређено вредношћу Р5. Ниже вредности ће увести веће кашњење кашњења (хистереза) и обрнуто.

Комбиновање светлих и тамних карактеристика за активирање у једном

Овај дизајн је прецизни релеј светло / мрак дизајниран је комбинацијом претходно објашњених кругова прекидача тамно и светло. У основи је упоредни прозор струјно коло.

Релеј РИ1 је УКЉУЧЕН када ниво осветљења на ЛДР-у премаши једну од поставки посуде или падне испод друге вредности подешавања посуде.

Пот Р1 одређује ниво активирања таме, док пот Р3 поставља праг за активирање нивоа осветљености релеја. Лонац Р2 служи за подешавање напона напајања у колу.

Поступак подешавања укључује подешавање првог унапред подешеног лонца Р2 тако да се приближно пола напона напајања уведе на ЛДР Р6 и пот Р2 споју, када ЛДР прима светлост на неком нормалном нивоу интензитета.

Потенциометар Р1 се накнадно подешава тако да се релеј РИ1 УКЉУЧИ чим ЛДР детектује светло испод жељеног нивоа таме.

Исто тако, пот Р3 се може поставити тако да се релеј РИ1 УКЉУЧИ на предвиђеном нивоу осветљености.

Светлосни алармни круг

Сада да видимо како се ЛДР може применити као светлосно активирани алармни круг.

Звоно аларма или зујалица би требало да буду испрекидани, што значи да се оглашава непрекидним понављањем УКЉУЧЕЊА / ИСКЉУЧЕЊА и да је предвиђено да ради са струјом мањом од 2 амп. ЛДР Р3 и отпорник Р2 чине мрежу делитеља напона.

У условима слабог осветљења, отпор фотоћелије или ЛДР је висок, што доводи до тога да напон на споју Р3 и Р2 није довољан да покрене прикључену СЦР1 капију.

Када је упадно светло јаче, отпор ЛДР-а пада на ниво довољан да покрене СЦР, који се укључује и активира аларм.

Супротно томе, када падне мрак, ЛДР отпор се повећава искључујући СЦР и аларм.

Важно је напоменути да се СЦР овде ИСКЉУЧУЈЕ само зато што је аларм испрекидани који помаже у прекидању засуна СЦР-а у одсуству струје капија, искључујући СЦР.

Додавање контроле осетљивости

Горњи СЦР ЛДР алармни круг је прилично сиров и има врло ниску осетљивост, а такође нема контролу осетљивости. Следећа слика у наставку открива како би дизајн могао бити побољшан поменутим карактеристикама.

Овде је фиксни отпорник на претходном дијаграму замењен лонцем Р6 и ме успремником БЈТ, уведен кроз К1 између капије СЦР и излаза ЛДР.

Поред тога, можемо видети прекидач А1 и Р4 притиском на искључење паралелно са звоном или алармним уређајем. Ова фаза омогућава кориснику да претвори систем у аларм за закључавање, без обзира на испрекидане природе звона.

Отпорник Р4 осигурава да чак и док звоно звони у звуку који се сам прекида, струја аноде за закључавање се никада не прекида и СЦР остаје закачен када се једном укључи.

С1 се користи за ручно прекидање засуна и искључивање СЦР-а и аларма.

Да би се побољшани прецизно појачао горе објашњени СЦР светлосно активирани аларм, може се додати активирање засновано на опционом појачалу као што је приказано доле. Рад кола је сличан претходно разматраним дизајном ЛДР светлосно активираним.

ЛДР алармни круг са импулсним излазом тона

Ово је још један тамно активирани алармни круг који садржи интегрисани генератор импулса мале снаге 800 Хз за покретање звучника.

Две НОР капије ИЦ1-ц и ИЦИ-д су конфигурисане као нестални мултивибратор за генерисање фреквенције од 800 Хз. Ова фреквенција се доводи у звучник преко малог појачавача сигнала помоћу БЈТ К1.

Горња фаза НОР улаза активира се само док излаз ИЦ 1-б постане низак или 0В. Преостала два НОР капија ИЦ 1-а и ИЦ1-б су на сличан начин спојена као нестални мултивибратор за производњу импулсног излаза од 6 Хз и такође су омогућена само када је кабл капија 1 повучен ниско или на 0В.

Пин1 се може видети монтиран са потенцијалним преградним спојем који чине ЛДР Р4 и пот Р5.

Ради овако: Када је светло на ЛДР-у довољно светло, потенцијал споја је висок, што онемогућава оба стабилна мултивибратора, што значи да се звук не чује из звучника.

Међутим, када ниво светлости падне испод унапред подешеног нивоа, Р4 / Р5 спој постаје довољно нижи што активира стабилних 6 Хз. Овај нестабилни уређај сада започиње са мрежама или пребацује 800 Хз са 6 Хз брзином. То резултира мултиплексираним тоном од 800 Хз на звучнику, импулсним на 6 Хз.

Да бисте додали уређај за закључавање горе наведеном дизајну, само додајте прекидач С1 и отпорник Р1 како је дато у наставку:

За добивање гласног појачаног звука из звучника, исти круг се може надоградити побољшаним излазним ступњем транзистора као што је приказано доле:

У нашој ранијој дискусији научили смо како се оптичко појачало може користити за побољшање прецизности детекције светлости ЛДР. Исто се може применити у горенаведеном дизајну за стварање супер прецизног кола детектора светлости са пулсним тоном

ЛДР протупровални алармни круг

Једноставан ЛДР-ов сигнални круг за прекидање светлосног снопа може се видети доле.

Фотоћелија или ЛДР обично примају потребну количину светлости кроз инсталирани извор светлосног снопа. Ово може бити од ласерски зрак извор такође.

Ово одржава његов отпор на ниском нивоу, а ово такође производи недовољно мали потенцијал на споју Р4 и фотоћелије Р5. Због тога СЦР заједно са звоном остају деактивирани.

Међутим, у случају да се прекида сноп светлости, повећава се отпор ЛДР-а, што значајно повећава потенцијал споја Р4 и Р5.

Ово одмах покреће СЦР1 УКЉУЧИВАЊЕ звона аларма. Отпорник Р3 у серији са прекидачем С1 представљени су како би се омогућило трајно закључавање аларма.

Резимирање ЛДР спецификација

Постоји много различитих имена по којима су познати ЛДР (отпорници зависни од светлости), што укључује имена као што су фоторезистор, фотоћелија, фотопроводљива ћелија и фотопроводник.

Термин који је најчешће заступљен и најчешће се користи у упутствима и листовима података је назив „фотоћелија“.

Постоји низ примена на које се могу применити ЛДР или фотоотпорник, јер су ови уређаји добри својим фотосензибилним својствима, а такође су доступни и по ниској цени.

Тако би ЛДР могао да остане популаран током дужег временског периода и да се широко користи у апликацијама као што су фотографски мерачи светлости, провалници и детектори дима, у уличним лампама за управљање осветљењем, детекторима пламена и читачима картица.

Генерички термин „фотоћелија“ користи се за отпорнике зависне од светлости у општој литератури.

Откриће ЛДР

Као што је горе речено, ЛДР је дуго остао омиљен међу фотоћелијама. Рани облици фотоотпорника произведени су и представљени на тржишту почетком деветнаестог века.

Ово је произведено открићем „фотопроводљивости селена“ 1873. године од стране научника по имену Смитх.

Од тада се производи широк спектар различитих фотопроводних уређаја. Важан напредак на овом пољу постигао је почетком двадесетог века, посебно 1920. године познати научник Т.В. Случај који је радио на феномену фотопроводљивости и његов рад „Талофидна ћелија - нова фотоелектрична ћелија“ објављен је 1920.

Током наредне две деценије 1940-их и 1930-их, проучаван је низ других релевантних супстанци за развој фотоћелија које су укључивале ПбТе, ПбС и ПбСе. Даље, 1952. године, фотопроводнике, полупроводничку верзију ових уређаја, развили су Симмонс и Роллин користећи германијум и силицијум.

Симбол отпорника зависних од светлости

Симбол кола који се користи за фотоотпорник или отпорник зависан од светлости је комбинација отпорника анимираног да указује на то да је фоторезистор осетљив на светлост.

Основни симбол отпорника који зависи од светлости састоји се од правоугаоника који симболизује функцију отпорника ЛДР-а. Симбол се додатно састоји од две стрелице у долазном смеру.

Исти симбол се користи да симболизује осетљивост на светлост у фототранзисторима и фотодиодама.

Симбол „отпорника и стрелица“, како је горе описано, у већини својих примена користе отпорници који зависе од светлости.

Али мало је случајева када симбол који користе отпорници зависни од светлости приказује отпорник затворен у круг. То је очигледно у случају када се цртају схеме кола.

Али симбол где нема круга око отпорника је чешћи симбол који користе фоторезистори.

Техничке спецификације

Површина ЛДР је изграђена са две фотопроводне ћелије кадмијум сулфида (цдс) са спектралним одзивима упоредивим са одговорима људског ока. Отпор ћелија линеарно опада како се на његовој површини повећава интензитет светлости.

Фотокондуктор који се налази између два контакта користи се као главна одзивна компонента фотоћелије или фотоотпорника. Тхе отпор фоторезиста претрпи промену када постоји изложеност фотоотпорника светлости.

Фотопроводљивост: Носачи електрона се генеришу када полупроводнички материјали фотопроводника апсорбују фотоне, што резултира механизмом који ради иза отпорника зависних од светлости.

Иако ћете можда открити да су материјали које користе фотоотпорници различити, то су углавном сви полупроводници.

Када се користе у облику фотоотпорника, тада ови материјали делују као отпорни елементи само тамо где нема ПН спојева. То резултира тиме да уређај постане у потпуности пасивне природе.

Фотоотпорници или фотопроводници су у основи две врсте:

Унутарњи фотоотпорник: Фотопроводљиви материјал који користи одређени тип фотоотпорника омогућава носачима наелектрисања да се узбуде и скоче у проводне опсеге из својих почетних валентних веза.

Екстринзични фотоотпорник: Фотопроводљиви материјал који користи одређени тип фотоотпорника омогућава носачима наелектрисања да се побуде и скоче у проводне опсеге из својих почетних валентних веза, односно нечистоће.

За овај поступак су потребне нејонизоване допантне супстанце које су такође плитке и захтева се да се то одвија када је присутна светлост.

Дизајн фотоћелија или спољних фотоотпорника урађен је посебно узимајући у обзир зрачења дугих таласних дужина, као што су инфрацрвена зрачења у већини случајева.

Али пројектовање такође узима у обзир чињеницу да било коју врсту топлотне производње треба избегавати, јер се од њих захтева да раде на температурама које су врло релативно ниске.

Основна структура ЛДР

Број природних метода који се обично примећују за производњу фотоотпорника или отпорника који зависе од светлости је врло мали.

Отпорни материјали осетљиви на светлост користе се отпорницима који зависе од светлости за стално излагање светлости. Као што је горе разматрано, постоји одређени одељак који се обрађује отпорним материјалом осетљивим на светлост за који је потребно да буде у контакту са оба или једним од крајева терминала.

Полупроводнички слој који је по природи активан користи се у општој структури фотоотпорника или отпорника зависног од светлости, а изолациони супстрат се даље користи за таложење полупроводничког слоја.

Да би се полупроводничком слоју обезбедила проводљивост потребног нивоа, први се лагано допира. Након тога, терминали су на одговарајући начин повезани преко два краја.

Једно од кључних питања у основној структури отпорника или фотоћелије зависне од светлости је отпор његовог материјала.

Површина контакта отпорног материјала је сведена на минимум како би се осигурало да када је уређај изложен светлости, ефикасно подвргне промени отпора. Да би се постигло ово стање, обезбеђује се снажно допирање околног подручја контаката, што резултира смањењем отпора у датом подручју.

Облик околног подручја контакта дизајниран је да буде углавном у интердигиталном узорку или цик-цак облику.

То омогућава максимизацију изложеног подручја, заједно са смањењем нивоа лажног отпора, што заузврат доводи до повећања појачања смањивањем растојања између два контакта фотоотпорника и чинећи га малим.

Такође постоји могућност употребе полупроводничког материјала као што је поликристални полупроводник који га одлаже на подлогу. Једна од подлога која се за то може користити је керамика. Ово омогућава отпорнику зависном од светлости да буде јефтин.

Где се користе фотоотпорници

Најатрактивнија тачка отпорника или фотоотпорника који зависе од светлости је јефтин и стога се широко користи у разним дизајном електронских кола.

Поред тога, њихове робусне карактеристике и једноставна структура такође им пружају предност.

Иако фоторезистору недостају различите карактеристике које се налазе у фототранзистору и фотодиоди, он је и даље идеалан избор за разне примене.

Тако се ЛДР континуирано користи већ дужи временски период у широком спектру примена, као што су фотографски мерачи светлости, провалници и детектори дима, у уличним лампама за управљање осветљењем, детекторима пламена и читачима картица.

Фактор који одређује својства фотоотпорника је врста материјала који се користи и самим тим својства могу у складу са тим да варирају. Неки од материјала које фотоотпорници користе имају константе веома дугог времена.

Стога је суштински важно да је тип фотоотпорника пажљиво одабран за одређене примене или кола.

Окончање

Отпорник који зависи од светлости или ЛДР један је од врло корисних сензорских уређаја који се може применити на много различитих начина за обраду интензитета светлости. Уређај је јефтинији у поређењу са другим сензорима светлости, али је у стању да пружи потребне услуге са највећом ефикасношћу.

Горе поменута ЛДР кола су само неколико примера који објашњавају основни начин употребе ЛДР у практичним круговима. Подаци о којима се расправља могу се проучавати и прилагодити на више начина за многе занимљиве примене. Имате питања? Слободно изразите путем оквира за коментаре.