Kas yra nuo šviesos priklausomas rezistorius (LDR)? Paaiškintas veikimo principas, simbolis ir programos

Nuo šviesos priklausomi rezistoriai (LDR), dar vadinami fotorezistoriais, yra plačiai naudojami šviesos jutikliai, keičiantys varžą pagal apšvietimą. Šie nebrangūs, pasyvūs komponentai palaiko šviesos aktyvuojamas grandines, tokias kaip automatiniai gatvių žibintai, saulės lempos, signalizacijos ir fotoaparatų matuokliai. Šiame straipsnyje paaiškinama jų konstrukcija, simbolis, veikimo principas, specifikacijos ir pritaikymas, pabrėžiant, kodėl LDR išlieka aktyvūs elektronikoje. C1. Nuo šviesos priklausomo rezistoriaus (LDR) apžvalga C2. Nuo šviesos priklausomo rezistoriaus (LDR) simbolis C3. Nuo šviesos priklausomo rezistoriaus (LDR) konstrukcija C4. Nuo šviesos priklausomo rezistoriaus (LDR) veikimo principas C5. Nuo šviesos priklausomas rezistorius (LDR) grandinėse C6. Nuo šviesos priklausomo rezistoriaus (LDR) dažnio atsakas C7. Nuo šviesos priklausomo rezistoriaus (LDR) techninės specifikacijos C8. Nuo šviesos priklausomo rezistoriaus (LDR) charakteristikos C9. Nuo šviesos priklausomo rezistoriaus (LDR) tipai C10. Nuo šviesos priklausomo rezistoriaus (LDR) bandymas C11. Nuo šviesos priklausomas rezistorius (LDR) vs fotodiodas C12. Išvada C13. Dažnai užduodami klausimai [DUK] 1. Nuo šviesos priklausomo rezistoriaus (LDR) apžvalga Nuo šviesos priklausomas rezistorius (LDR), taip pat žinomas kaip fotorezistorius, yra pasyvus dviejų gnybtų elektroninis komponentas, kurio varža keičiasi priklausomai nuo ant jo krentančios šviesos intensyvumo. Skirtingai nuo fiksuotų rezistorių, jo varža nėra pastovi, bet labai skiriasi priklausomai nuo apšvietimo. Tamsoje LDR varža gali padidėti iki kelių megaomų, o tai riboja srovės srautą, o ryškioje šviesoje jo varža sumažėja vos iki kelių šimtų omų, todėl srovė gali praeiti lengviau. Dėl šio didelio atsparumo skirtumo LDR yra labai efektyvūs šviesai jautriose programose. Jie dažniausiai naudojami automatinių gatvių žibintų, įsilaužimo signalizacijų, saulės sekimo sistemų ir kamerų šviesos matuoklių grandinėse, kur grandinės atsakui tiesioginę įtaką daro aplinkos apšvietimo sąlygų pokyčiai. 2. Nuo šviesos priklausomo rezistoriaus (LDR) simbolis Grandinės schemose LDR rodomas kaip rezistorius su dviem įstrižomis rodyklėmis, nukreiptomis į jį. • Rezistoriaus simbolis rodo pasipriešinimą srovei. • Rodyklės reiškia įeinančią šviesą. Ši konvencija atitinka kitus šviesai jautrius prietaisus, tokius kaip fotodiodai ir fototranzistoriai. 3. Nuo šviesos priklausomo rezistoriaus (LDR) konstrukcija Nuo šviesos priklausomas rezistorius gaminamas naudojant fotolaidžias medžiagas, tokias kaip kadmio sulfidas (CdS) arba kadmio selenidas (CdSe). Šios medžiagos keičia savo elektros laidumą veikiamos šviesos. Siekiant maksimaliai padidinti jautrumą, fotolaidi plėvelė paprastai nusėda zigzago arba serpantino takeliu ant keraminio pagrindo, o tai padidina paviršiaus plotą, skirtą šviesai gaudyti. Pagrindinės LDR dalys: • Fotolaidus sluoksnis – CdS arba CdSe plėvelė, kuri apšviečiant sumažina pasipriešinimą. • Elektrodai – ploni metaliniai kontaktai abiejuose takelio galuose, skirti sujungti su išorinėmis grandinėmis. • Pagrindas – keraminis pagrindas, užtikrinantis konstrukcinę atramą ir šilumos stabilumą. Nors CdS vis dar yra labiausiai paplitusi medžiaga, RoHS taisyklių apribojimai paskatino ieškoti saugesnių alternatyvų. Naujesniuose LDR gali būti naudojama mažiau toksiškų puslaidininkių, todėl jie yra ekologiškesni. 4. Nuo šviesos priklausomo rezistoriaus (LDR) veikimo principas LDR veikimas pagrįstas fotolaidumu, kai medžiagos elektrinis laidumas padidėja, kai ji sugeria šviesą. Kai fotonai atsitrenkia į fotolaidų sluoksnį, jų energija sužadina elektronus iš valentinės juostos į laidumo juostą, generuodami mobiliuosius krūvio nešėjus. Didėjant apšvietimui, sukuriama daugiau nešiklių, leidžiančių didesnį srovės srautą ir sumažinant prietaiso varžą. Ir atvirkščiai, kai šviesos lygis sumažėja, susidaro mažiau nešiklių, o varža smarkiai padidėja. Šis tiesioginis ryšys tarp šviesos intensyvumo ir varžos daro LDR natūralios šviesos jutikliu. Jo kintamą varžą galima lengvai paversti išmatuojamais įtampos ar srovės pokyčiais, o tai leidžia paprastoms grandinėms automatiškai reaguoti į aplinkos ryškumą nereikalaujant sudėtingos elektronikos. 5. Nuo šviesos priklausomas rezistorius (LDR) grandinėse LDR paprastai sujungiamas įtampos daliklio išdėstyme su fiksuotu rezistoriumi. Ši sąranka paverčia LDR varžos pokytį įtampos signalu, kuris gali būti tiekiamas kitiems komponentams. Dienos šviesoje LDR varža sumažėja, o tai sumažina daliklio išėjimo įtampą. Gautas žemas signalas išlaiko prijungtą tranzistorių arba relę OFF būsenoje, neleidžiant lempai ar apkrovai įsijungti. Naktį LDR varža smarkiai padidėja, padidindama daliklio įtampą. Ši aukštesnė įtampa pakreipia tranzistorių į laidumą, maitina relę ir maitina lempą. Iš esmės grandinė aplinkos ryškumą paverčia perjungimo signalu. Šis paprastas, bet efektyvus metodas plačiai naudojamas automatiniuose gatvių žibintuose, saulės sodo lempose ir šviesos įjungiamose signalizacijose, kur patikimas įjungimo / išjungimo valdymas pasiekiamas be rankinio įsikišimo. 6. Nuo šviesos priklausomo rezistoriaus (LDR) dažnio atsakas LDR atsakas priklauso nuo jo medžiagos spektrinio jautrumo. Kiekvienas tipas stipriau reaguoja į tam tikrus šviesos bangos ilgius: • CdS (kadmio sulfidas): didžiausias jautrumas matomame diapazone, apie 500–700 nm, atitinkantis žmogaus akies reakciją. Dėl to jis tinka bendram šviesos aptikimui, gatvių žibintams ir kameroms. • PbS (švino sulfidas): jautrus daugiausia infraraudonajai spinduliuotei, viršijančiai 1000 nm, dažnai naudojamas liepsnos jutikliuose, šilumos detektoriuose ir nuotolinio valdymo imtuvuose. Taigi medžiagos pasirinkimas apibrėžia pritaikymą: • Matomos šviesos matavimas → CdS pagrindu veikiančius LDR. • Infraraudonųjų spindulių jutiklis → PbS pagrįsti LDR. 7. Nuo šviesos priklausomo rezistoriaus (LDR) techninės specifikacijos LDR apibrėžiami keliais elektriniais ir optiniais parametrais, kurie lemia jų veikimą grandinėse. Tipinės vertės apima: | Parametras | Tipinė vertė | Pastabos | | ----------------------------- | ------------- | ----------------------------------------------------------------------------------- | | Maksimalus galios išsklaidymas | 200 mW | Be to, perkaitimas gali sugadinti medžiagą. | | Maksimali darbinė įtampa (0 liuksų) | 200 V | Didžiausia leidžiama įtampa visiškoje tamsoje, kad būtų išvengta gedimo. | | Didžiausias jautrumo bangos ilgis | \~600 nm | Atitinka geltonai oranžinę matomos šviesos sritį, artimą žmogaus akių jautrumui. | | Varža @ 10 liuksų | 1,8–4,5 kΩ | Atsparumas mažėja didėjant apšvietimui. | | Varža @ 100 liuksų | \~0,7 kΩ | Tinka patalpų šviesos lygio aptikimui. | | Atsparumas tamsai (po 5 s) | \~250 kΩ | Varžos vertė, kai jutiklis stabilizuojasi tamsoje. | 8. Nuo šviesos priklausomo rezistoriaus (LDR) charakteristikos LDR pasižymi unikaliu elektriniu elgesiu, dėl kurio jis skiriasi nuo fiksuotų rezistorių: • Pasipriešinimas mažėja didėjant ryškumui: didėjant apšvietimui, didėja nešiklių generavimas, todėl pasipriešinimas smarkiai sumažėja. • Didelis atsparumas tamsai: visiškoje tamsoje pasipriešinimas gali siekti šimtus kiloomų iki kelių megaomų, efektyviai blokuodamas srovę. • Netiesinis atsakas: šviesos intensyvumo (liuksų) ir varžos santykis nėra proporcingas. Nedideli pokyčiai esant silpnam apšvietimui sukelia didelius pasipriešinimo poslinkius, o esant dideliam apšvietimo lygiui atsakas išsilygina. • Lėtas atsigavimas: pašalinus šviesą, pasipriešinimas sugrįžta į tamsią vertę, todėl pastebimas vėlavimas. • Priklausomybė nuo temperatūros: aplinkos temperatūra turi įtakos laidumui, o aukštesnė temperatūra sumažina pasipriešinimą net esant tam pačiam šviesos lygiui. 9. Nuo šviesos priklausomo rezistoriaus (LDR) tipai LDR gali būti klasifikuojami pagal naudojamą medžiagą ir jų atsako tiesiškumą: 10.1 Pagal medžiagą • CdS (kadmio sulfido) LDR: plačiausiai naudojami, didžiausias jautrumas matomame spektre. Paplitęs šviesos matuokliuose, automatiniuose gatvių žibintuose ir kamerų ekspozicijos sistemose. • PbS (švino sulfido) LDR: jautrūs infraraudonajai spinduliuotei, todėl tinka liepsnos aptikimui, šiluminiams jutikliams ir IR ryšiui. 10.2 Pagal tiesiškumą • Linijiniai LDR: užtikrina beveik tiesų šviesos intensyvumo ir pasipriešinimo atsaką. Jie yra mažiau paplitę ir daugiausia naudojami laboratoriniuose ar tiksliuose optiniuose prietaisuose. • Netiesiniai LDR: parodykite logaritminio tipo kreivę, kurioje pasipriešinimas smarkiai sumažėja esant mažam liuksui, bet išsilygina esant dideliam liuksui. Jie plačiai naudojami kasdienėse šviesos valdymo programose dėl jų ekonomiškumo ir prieinamumo. 10. Nuo šviesos priklausomo rezistoriaus (LDR) testavimas Greitas būdas patikrinti LDR yra patikrinti jo varžą esant skirtingoms apšvietimo sąlygoms, naudojant multimetrą, nustatytą į omus: • Tamsos testas: visiškai uždenkite LDR arba išbandykite jį tamsioje patalpoje. Varža turėtų padidėti iki šimtų kiloomų ar net kelių megaomų, priklausomai nuo įrenginio. • Šviesos testas: Laikykite LDR ryškiu šviesos šaltiniu, pvz., žibintuvėliu ar saulės spinduliais. Varža turėtų žymiai sumažėti, dažnai iki kelių šimtų omų iki kelių kiloomų. Didelis pasipriešinimo pokytis tarp tamsios ir apšviestos būsenos patvirtina, kad LDR veikia tinkamai. Šis paprastas testas yra naudingas šalinant jutiklius grandinėse, pvz., automatinėse lempose ar signalizacijose. 11. Nuo šviesos priklausomas rezistorius (LDR) ir fotodiodas | Funkcija | LDR (fotorezistorius) | Fotodiodas | | ----------------- | ----------------------------------------------------- | ---------------------------------------------------------------- | | Įrenginio tipas | Pasyvus varžinis jutiklis iš fotolaidžios plėvelės | Aktyvus PN jungties puslaidininkis | | Atsako greitis | Lėtas (ms iki sekundžių) – netinka greitiems signalams | Itin greitas (ns iki μs) – idealiai tinka duomenims perduoti | | Šviesos diapazonas | Geriausiai tinka matomai šviesai (CdS:\~600 nm) | Gali būti skirtas matomam, IR arba UV diapazonui | | Tiesiškumas | Netiesinė varža prieš šviesos kreivę | Daugiau tiesinės srovės ir šviesos intensyvumo | | Kaina ir sudėtingumas | Labai maža kaina, paprasta naudoti | Didesnė kaina, reikalauja šališkumo ir grandinių | | Geriausias naudojimas | Aplinkos šviesos aptikimas, automatinės lempos, signalizacija | Didelės spartos optinis ryšys, brūkšninių kodų skaitytuvai, šviesolaidis | 12. Išvada LDR sujungia paprastumą, prieinamumą ir patikimumą, todėl jie yra vieni populiariausių šviesos jutiklių elektronikoje. Nors jų universalumas gatvių žibintuose, signalizacijose, ekranuose ir saulės įrenginiuose yra ribotas, jų universalumas gatvių žibintuose, signalizacijose, ekranuose ir saulės įrenginiuose užtikrina nuolatinį aktualumą. Nuo pomėgių grandinių iki pramoninės automatikos – fotorezistoriai išlieka naudingi ekonomiškoms šviesos aptikimo ir automatinio valdymo sistemoms. 13. Dažnai užduodami klausimai [DUK] 13.1 Kokia yra LDR tarnavimo trukmė? LDR gali tarnauti kelerius metus, jei naudojami neviršijant vardinės įtampos ir galios ribų. Jų tarnavimo laikas daugiausia priklauso nuo didelio intensyvumo šviesos, šilumos ir drėgmės poveikio, kuris laikui bėgant gali pabloginti fotolaidžią medžiagą. 13.2 Ar LDR gali veikti visiškoje tamsoje? Taip, bet tamsoje LDR varža padidėja iki kelių megaomų, efektyviai blokuodama srovę. Dėl to jis veikia kaip atvira grandinė, kol nėra šviesos. 13.3 Kiek tikslūs yra LDR jutikliai, palyginti su fotodiodais? LDR yra mažiau tikslūs ir lėtesni nei fotodiodai. Jie idealiai tinka bendram šviesos aptikimui, bet netinka tiksliems ar didelės spartos matavimams, kai fotodiodai pasižymi geresniu našumu. 13.4 Ar LDR veikia temperatūros pokyčiai? Taip. Aukštesnė temperatūra sumažina LDR varžą net esant tam pačiam apšvietimo lygiui, o tai gali sukelti nedidelių netikslumų grandinėse, kurioms reikalingas tikslus šviesos jutiklis. 13.5 Ar galiu naudoti LDR lauke? Taip, LDR gali būti naudojami lauke tokiose srityse kaip gatvių žibintai ir saulės lempos, tačiau jie turi būti apsaugoti oro sąlygoms atspariais gaubtais, kad jutiklio medžiaga nepatektų į drėgmę ir UV spindulius.