Κυκλώματα LDR και αρχή λειτουργίας

Όπως υποδηλώνει το όνομα, το LDR ή το Light Dependent Resistor είναι ένα είδος αντίστασης που εμφανίζει ένα ευρύ φάσμα τιμών αντίστασης ανάλογα με την ένταση του φωτός που προσπίπτει στην επιφάνειά του. Η διακύμανση στο εύρος αντίστασης μπορεί να είναι οπουδήποτε από μερικές εκατοντάδες ohms έως πολλά μεγαόγ.

Είναι επίσης γνωστοί ως φωτοαντίσταση. Η τιμή αντίστασης σε ένα LDR είναι αντιστρόφως ανάλογη με την ένταση του φωτός που πέφτει πάνω του. Δηλαδή όταν το φως είναι λιγότερο, η αντίσταση είναι μεγαλύτερη και το αντίστροφο.

Εσωτερική κατασκευή LDR

Το ακόλουθο σχήμα δείχνει την εσωτερική ανατομή μιας συσκευής LDR όπου μπορούμε να δούμε την φωτοαγωγική ουσία να εφαρμόζεται μέσα στο σχέδιο ζιγκ ζαγκ ή κουλουριασμένο, ενσωματωμένο πάνω σε μια κεραμική μονωτική βάση και με τα τελικά σημεία να τερματίζονται ως καλώδια της συσκευής.

Το σχέδιο εξασφαλίζει τη μέγιστη επαφή και αλληλεπίδραση μεταξύ του κρυσταλλικού φωτοαγώγιμου υλικού και των ηλεκτροδίων που τα διαχωρίζουν.

Το φωτοαγώγιμο υλικό γενικά αποτελείται από θειούχο κάδμιο (CdS) ή σεληνίδιο καδμίου (CdSe).

Ο τύπος και το πάχος του υλικού και το πλάτος του εναποτιθέμενου στρώματος καθορίζουν το εύρος της τιμής αντίστασης LDR και επίσης το ποσό των βατ που μπορεί να χειριστεί.

Τα δύο καλώδια της συσκευής είναι ενσωματωμένα σε μια αδιαφανή μη αγώγιμη βάση με μονωμένη διαφανή επικάλυψη πάνω από το φωτοαγωγό στρώμα.

Το σχηματικό σύμβολο ενός LDR εμφανίζεται παρακάτω:

Μεγέθη LDR

Η διάμετρος των φωτοκυττάρων ή των LDR μπορεί να κυμαίνεται από 1/8 ίντσες (3 mm) έως πάνω από μία ίντσα (25 mm). Συνήθως διατίθενται με διάμετρο 3/8 ίντσες (10 mm).

Τα LDR μικρότερα από αυτό χρησιμοποιούνται γενικά όπου ο χώρος μπορεί να είναι ανησυχητικός ή σε πίνακες που βασίζονται σε SMD. Οι μικρότερες παραλλαγές παρουσιάζουν μικρότερο διασκορπισμό. Μπορεί επίσης να βρείτε μερικές παραλλαγές που είναι ερμητικά σφραγισμένες για να διασφαλιστεί η αξιόπιστη εργασία ακόμα και σε σκληρά και ανεπιθύμητα περιβάλλοντα.

Συγκρίνοντας τα χαρακτηριστικά LDR με το ανθρώπινο μάτι

Το παραπάνω γράφημα παρέχει τη σύγκριση μεταξύ των χαρακτηριστικών των φωτοευαίσθητων συσκευών και του ματιού μας. Το γράφημα δείχνει τη γραφική παράσταση της Σχετικής φασματικής απόκρισης έναντι μήκους κύματος από 300 έως 1200 νανόμετρα (nm).

Η χαρακτηριστική κυματομορφή του ανθρώπινου οφθαλμού που υποδεικνύεται από την καμπύλη με τη διάστικτη καμπάνα αποκαλύπτει το γεγονός ότι το μάτι μας έχει αυξημένη ευαισθησία σε μια σχετικά στενότερη ζώνη του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος, περίπου μεταξύ 400 και 750 nm.

Η κορυφή της καμπύλης έχει μέγιστη τιμή στο φάσμα πράσινου φωτός εντός της περιοχής 550 nm. Αυτό εκτείνεται στο βιολετί φάσμα που κυμαίνεται μεταξύ 400 και 450 nm στη μία πλευρά. Από την άλλη πλευρά, αυτό εκτείνεται στην περιοχή του σκούρου κόκκινου φωτός που έχει εύρος από 700 έως 780 nm.

Η παραπάνω εικόνα αποκαλύπτει επίσης ακριβώς γιατί τα φωτοκύτταρα θειούχου καδμίου (CdS) τείνουν να είναι τα αγαπημένα στην εφαρμογή κυκλώματος ελεγχόμενου φωτός: οι κορυφές της καμπύλης φασματικής απόκρισης για το Cds είναι κοντά στα 600 nm και αυτή η προδιαγραφή είναι αρκετά ίδια με την περιοχή του ανθρώπινου ματιού.

Στην πραγματικότητα, οι κορυφές καμπύλης απόκρισης σεληνίου καδμίου (CdSe) μπορεί ακόμη και να εκτείνονται πέραν των 720 nm.

LDR Resistance Vs Light Graph

Τούτου λεχθέντος, το CdSe μπορεί να εμφανίζει υψηλότερη ευαισθησία σε σχεδόν ολόκληρο το εύρος του φάσματος ορατού-φωτός. Γενικά, η χαρακτηριστική καμπύλη ενός φωτοκυττάρου CdS μπορεί να είναι όπως δίνεται στο ακόλουθο σχήμα.

Η αντίστασή του απουσία φωτός μπορεί να είναι περίπου 5 megohms, η οποία μπορεί να μειωθεί σε περίπου 400 ohms παρουσία έντασης φωτός 100 lux ή επίπεδο φωτός ισοδύναμο με ένα βέλτιστα φωτισμένο δωμάτιο και περίπου 50 ohms όταν η ένταση φωτός είναι τόσο υψηλό όσο 8000 lux. συνήθως όπως προκύπτει από ένα άμεσο έντονο ηλιακό φως.

Το lux είναι η μονάδα SI για φωτισμό που παράγεται από μια φωτεινή ροή 1 lumen ομοιόμορφα απλωμένη σε επιφάνεια 1 τετραγωνικού μέτρου. Τα σύγχρονα φωτοκύτταρα ή LDR έχουν επαρκή βαθμολογία για ισχύ και τάση, στο ίδιο επίπεδο με κανονικές αντιστάσεις σταθερού τύπου.

Η ικανότητα απορρόφησης ισχύος για ένα τυπικό LDR θα μπορούσε να είναι περίπου 50 και 500 milliwatts, η οποία μπορεί να εξαρτάται από την ποιότητα του υλικού που χρησιμοποιείται για τον ανιχνευτή.

Ίσως το μόνο πράγμα που δεν είναι τόσο καλό για τους LDRs ή τους φωτοαντίσταση είναι η προδιαγραφή αργής απόκρισης στις ελαφριές αλλαγές. Τα φωτοκύτταρα που κατασκευάζονται με κάδμιο-σεληνίδιο συνήθως εμφανίζουν βραχύτερες σταθερές χρόνου από τα φωτοκύτταρα σουλφιδίου καδμίου (περίπου 10 χιλιοστά του δευτερολέπτου σε αντίθεση με τα 100 χιλιοστά του δευτερολέπτου).

Ενδέχεται επίσης να διαπιστώσετε ότι αυτές οι συσκευές έχουν χαμηλότερες αντιστάσεις, αυξημένη ευαισθησία και αυξημένο συντελεστή αντίστασης θερμοκρασίας.

Οι κύριες εφαρμογές στις οποίες συνήθως εφαρμόζονται τα Φωτοκύτταρα είναι σε μετρητές φωτογραφικής έκθεσης, ενεργοποιημένοι φωτεινοί και σκοτεινοί διακόπτες για έλεγχο φώτα του δρόμου και συναγερμούς διαρρήκτη. Σε ορισμένες εφαρμογές συναγερμών που ενεργοποιούνται με φως, το σύστημα ενεργοποιείται μέσω διακοπής της φωτεινής δέσμης.

Ενδέχεται επίσης να συναντήσετε συναγερμούς καπνού βάσει προβληματισμού χρησιμοποιώντας φωτοκύτταρα.

Κυκλώματα εφαρμογών LDR

Οι παρακάτω εικόνες δείχνουν μερικά από τα ενδιαφέροντα πρακτικά κυκλώματα εφαρμογής φωτοκυττάρων.

Ρελέ ενεργοποιημένο με φως

Ο ΜΕΤΑΦΡΑΣΤΗΣ ΜΠΟΡΕΙ ΝΑ ΕΙΝΑΙ ΟΠΟΙΑΔΗΠΟΤΕ ΜΙΚΡΟ ΤΥΠΟ ΣΗΜΑΤΟΣ ΟΠΩΣ ΕΧΕΙ BC547

Το απλό κύκλωμα LDR που φαίνεται στο παραπάνω σχήμα είναι κατασκευασμένο για να ανταποκρίνεται κάθε φορά που πέφτει φως στο LDR που είναι εγκατεστημένο σε μια κανονικά σκοτεινή κοιλότητα, για παράδειγμα στο εσωτερικό ενός κουτιού ή του περιβλήματος.

Το φωτοκύτταρο R1 και η αντίσταση R2 δημιουργούν ένα πιθανό διαχωριστικό που διορθώνει τη βασική πόλωση του Q1. Όταν είναι σκοτεινό, το φωτοκύτταρο παρουσιάζει αυξημένη αντίσταση, οδηγώντας σε μηδενική πόλωση στη βάση του Q1, λόγω του οποίου, το Q1 και το ρελέ RY1 παραμένουν απενεργοποιημένα.

Σε περίπτωση ανίχνευσης επαρκούς στάθμης φωτός στο φωτοκύτταρο LDR, το επίπεδο αντίστασης του πέφτει γρήγορα σε μερικά χαμηλότερα μεγέθη. και ένα δυναμικό πόλωσης επιτρέπεται να φτάσει στη βάση του Q1. Αυτό ανάβει το ρελέ ON RY1, του οποίου οι επαφές χρησιμοποιούνται για τον έλεγχο ενός εξωτερικού κυκλώματος ή φορτίου.

Ενεργοποιημένο ρελέ Darkness

Το επόμενο σχήμα δείχνει πώς το πρώτο κύκλωμα μπορεί να μετατραπεί σε κύκλωμα ρελέ ενεργοποιημένο από σκοτάδι.

Σε αυτό το παράδειγμα το ρελέ ενεργοποιείται απουσία φωτός στο LDR. Το R1 χρησιμοποιείται για ρύθμιση της ευαισθησίας του κυκλώματος. Η αντίσταση R2 και το φωτοκύτταρο R3 λειτουργούν σαν διαχωριστής τάσης.

Η τάση στη διασταύρωση των R2 και R3 αυξάνεται όταν το φως πέφτει στο R3, το οποίο έχει ρυθμιστεί από οπαδός των εκπομπών Ε1. Η έξοδος του πομπού των δίσκων Q1 κοινός ενισχυτής εκπομπών Q2 μέσω R4 και ελέγχει αντίστοιχα το ρελέ.

Ανιχνευτής φωτός ακριβείας LDR

Αν και απλά, τα παραπάνω κυκλώματα LDR είναι ευάλωτα σε αλλαγές τάσης τροφοδοσίας και επίσης σε αλλαγές θερμοκρασίας περιβάλλοντος.

Το επόμενο διάγραμμα δείχνει πώς θα μπορούσε να αντιμετωπιστεί το μειονέκτημα μέσω ενός κύκλου ενεργοποιημένου με ευαίσθητη ακρίβεια φως που θα λειτουργούσε χωρίς να επηρεαστεί από μεταβολές τάσης ή θερμοκρασίας.

Σε αυτό το κύκλωμα τα LDR R5, pot R6 και αντιστάσεις R1 και R2 είναι διαμορφωμένα μεταξύ τους με τη μορφή δικτύου γέφυρας Wheatstone.

Το op amp ICI μαζί με το τρανζίστορ Q1 και ρελέ RY1 εργασία σαν ένας πολύ ευαίσθητος διακόπτης ανίχνευσης ισορροπίας.

Το σημείο εξισορρόπησης της γέφυρας δεν επηρεάζεται, ανεξάρτητα από τις διακυμάνσεις στην τάση τροφοδοσίας ή την ατμοσφαιρική θερμοκρασία.

Αυτό επηρεάζεται μόνο από τις αλλαγές στις σχετικές τιμές των στοιχείων που σχετίζονται με το δίκτυο γέφυρας.

Σε αυτό το παράδειγμα το LDR R5 και το δοχείο R6 αποτελούν έναν βραχίονα της γέφυρας Wheatstone. Τα R1 και R2 σχηματίζουν τον δεύτερο βραχίονα της γέφυρας. Αυτά τα δύο χέρια λειτουργούν σαν διαχωριστικά τάσης. Ο βραχίονας R1 / R2 δημιουργεί σταθερή τάση τροφοδοσίας 50% στη μη αναστρέψιμη είσοδο του op-amp.

Ο δυνητικός διαχωριστής που σχηματίζεται από το δοχείο και το LDR δημιουργεί μια εξαρτώμενη από το φως μεταβλητή τάση στην αντίστροφη είσοδο του op amp.

Η ρύθμιση του κυκλώματος, το δοχείο R6 προσαρμόζεται έτσι ώστε το δυναμικό στη διασταύρωση των R5 και R6 να πηγαίνει υψηλότερο από το δυναμικό στο pin3 όταν η επιθυμητή ποσότητα φωτός περιβάλλοντος πέφτει στο LDR.

Όταν συμβεί αυτό, η έξοδος του op amp αλλάζει κατάσταση από θετική σε 0V, ενεργοποιώντας το ON Q1 και το συνδεδεμένο ρελέ. Το ρελέ ενεργοποιεί και απενεργοποιεί το φορτίο που θα μπορούσε να είναι λαμπτήρας.

Αυτό το κύκλωμα LDR βασισμένο σε op amp είναι πολύ ακριβές και θα ανταποκριθεί ακόμη και σε ελάχιστες αλλαγές στις εντάσεις φωτός, οι οποίες δεν μπορούν να εντοπιστούν από το ανθρώπινο μάτι.

Ο παραπάνω σχεδιασμός op amp μπορεί εύκολα να μετατραπεί σε ένα ρελέ ενεργοποιημένο από σκοτάδι είτε με εναλλαγή των συνδέσεων pin2 και pin3, είτε με εναλλαγή των θέσεων R5 και R6, όπως φαίνεται παρακάτω:

Προσθήκη της δυνατότητας υστέρησης

Εάν απαιτείται, αυτό το κύκλωμα LDR μπορεί να αναβαθμιστεί με ένα χαρακτηριστικό υστέρησης όπως φαίνεται στο επόμενο διάγραμμα. Αυτό γίνεται με την εισαγωγή μιας αντίστασης ανατροφοδότησης R5 κατά μήκος του πείρου εξόδου και του πείρου 3 του IC.

Σε αυτό το σχέδιο, το ρελέ ενεργοποιείται κανονικά όταν η ένταση του φωτός υπερβαίνει την προκαθορισμένη στάθμη. Ωστόσο, όταν το φως στο LDR μειώνεται και μειώνεται από την προκαθορισμένη τιμή, δεν απενεργοποιεί το ρελέ λόγω επίδραση υστέρησης .

Το ρελέ απενεργοποιείται μόνο όταν το φως έχει πέσει σε σημαντικά χαμηλότερο επίπεδο, το οποίο καθορίζεται από την τιμή του R5. Οι χαμηλότερες τιμές θα εισαγάγουν μεγαλύτερη καθυστέρηση καθυστέρησης (υστέρηση) και το αντίστροφο.

Συνδυάζοντας τις δυνατότητες ενεργοποίησης φωτός και σκοτεινού στο One

Αυτός ο σχεδιασμός είναι ένα ρελέ ακριβείας / σκοτεινό ρελέ που έχει σχεδιαστεί συνδυάζοντας τα προηγούμενα εξηγημένα κυκλώματα διακόπτη σκοτεινού και φωτός. Βασικά είναι ένα συγκριτής παραθύρων κύκλωμα.

Το ρελέ RY1 είναι ΕΝΕΡΓΟΠΟΙΗΜΕΝΟ όταν είτε το επίπεδο φωτισμού στο LDR ξεπερνά μία από τις ρυθμίσεις του δοχείου είτε πέφτει κάτω από την άλλη τιμή ρύθμισης του δοχείου.

Το ποτ R1 καθορίζει το επίπεδο ενεργοποίησης του σκοταδιού, ενώ το ποτ R3 ορίζει το κατώφλι για την ενεργοποίηση του ρελέ. Το δοχείο R2 χρησιμοποιείται για τη ρύθμιση της τάσης τροφοδοσίας στο κύκλωμα.

Η διαδικασία ρύθμισης περιλαμβάνει ρύθμιση του πρώτου προκαθορισμένου δοχείου R2 έτσι ώστε να εισάγεται περίπου η μισή τάση τροφοδοσίας στη σύνδεση LDR R6 και δοχείου R2, όταν το LDR δέχεται φως σε κάποιο κανονικό επίπεδο έντασης.

Το ποτενσιόμετρο R1 στη συνέχεια ρυθμίζεται έτσι ώστε το ρελέ RY1 να ανάβει μόλις το LDR ανιχνεύσει ένα φως κάτω από το προτιμώμενο επίπεδο σκοτάδι.

Ομοίως, το δοχείο R3 μπορεί να ρυθμιστεί έτσι ώστε το ρελέ RY1 να είναι ενεργοποιημένο στο προβλεπόμενο επίπεδο φωτεινότητας.

Κύκλωμα συναγερμού που ενεργοποιείται από το φως

Τώρα ας δούμε πώς μπορεί να εφαρμοστεί ένα LDR ως κύκλωμα συναγερμού που ενεργοποιείται με φως.

Το κουδούνι συναγερμού ή ο βομβητής πρέπει να είναι διακεκομμένου τύπου που σημαίνει ότι ακούγεται με συνεχείς επαναλήψεις ON / OFF και βαθμολογείται ώστε να λειτουργεί με ρεύμα μικρότερο από 2 amp. Το LDR R3 και η αντίσταση R2 δημιουργούν ένα δίκτυο διαχωριστή τάσης.

Υπό συνθήκες χαμηλού φωτισμού, η αντίσταση στο φωτοκύτταρο ή LDR είναι υψηλή που προκαλεί την τάση στη διασταύρωση R3 και R2 ανεπαρκή για την ενεργοποίηση της συνδεδεμένης πύλης SCR1.

Όταν το φως προσπίπτουσης είναι πιο φωτεινό, η αντίσταση LDR πέφτει σε επίπεδο επαρκές για να ενεργοποιήσει το SCR, το οποίο ενεργοποιεί και ενεργοποιεί τον συναγερμό.

Αντίθετα όταν γίνεται πιο σκοτεινό, η αντίσταση LDR αυξάνεται, απενεργοποιώντας το SCR και τον συναγερμό.

Είναι σημαντικό να σημειωθεί ότι το SCR εδώ απενεργοποιείται μόνο επειδή ο συναγερμός είναι ένας διαλείπουμενος τύπος που βοηθά να σπάσει το μάνδαλο του SCR εάν δεν υπάρχει ρεύμα πύλης, απενεργοποιώντας το SCR.

Προσθήκη ελέγχου ευαισθησίας

Το παραπάνω κύκλωμα συναγερμού SCR LDR είναι αρκετά ακατέργαστο και διαθέτει πολύ χαμηλή ευαισθησία και δεν διαθέτει επίσης έλεγχο ευαισθησίας. Το επόμενο σχήμα αποκαλύπτει πώς θα μπορούσε να βελτιωθεί ο σχεδιασμός με τα αναφερόμενα χαρακτηριστικά.

Εδώ, η σταθερή αντίσταση στο προηγούμενο διάγραμμα αντικαθίσταται με μια κατσαρόλα R6, και ένα ρυθμιστικό BJT στάδιο εισήχθη μέσω του Q1 μεταξύ της πύλης του SCR και της εξόδου LDR.

Επιπλέον, μπορούμε να δούμε ένα διακόπτη A1 και R4 για παράλληλη σύνδεση με το κουδούνι ή τη συσκευή συναγερμού. Αυτό το στάδιο επιτρέπει στο χρήστη να μετατρέψει το σύστημα σε συναγερμό ασφάλισης ανεξάρτητα από τη διακοπτόμενη φύση της συσκευής καμπάνας.

Η αντίσταση R4 διασφαλίζει ότι ακόμη και όταν το κουδούνι χτυπάει σε έναν αυτοδιακοπτόμενο ήχο, το ρεύμα ανόδου μανδάλωσης δεν σπάει ποτέ και το SCR παραμένει κλειδωμένο μόλις ενεργοποιηθεί.

Το S1 χρησιμοποιείται για να σπάσει το μάνδαλο χειροκίνητα και να κλείσει το SCR και τον συναγερμό.

Προκειμένου να βελτιωθεί περαιτέρω ο προαναφερθείς συναγερμός ενεργοποιημένου φωτός SCR με βελτιωμένη ακρίβεια, μπορεί να προστεθεί μια ενεργοποίηση με βάση τον ενισχυτή, όπως φαίνεται παρακάτω. Η λειτουργία του κυκλώματος είναι παρόμοια με τα σχέδια LDR που ενεργοποιήθηκαν προηγουμένως.

Κύκλωμα συναγερμού LDR με έξοδο τόνου

Αυτό είναι ένα ακόμη σκοτεινό ενεργοποιημένο κύκλωμα συναγερμού που διαθέτει ενσωματωμένη γεννήτρια παλμών χαμηλής ισχύος 800 Hz για οδήγηση ενός ηχείου.

Δύο πύλες NOR IC1-c και ICI-d έχουν διαμορφωθεί ως αστάθμητος πολυβιβαστής για παραγωγή συχνότητας 800 Hz. Αυτή η συχνότητα τροφοδοτείται στο ηχείο μέσω ενός μικρού ενισχυτή σήματος χρησιμοποιώντας το BJT Q1.

Το παραπάνω στάδιο πύλης NOR ενεργοποιείται μόνο εφόσον η έξοδος του IC 1-b γίνει χαμηλή ή 0V. Οι άλλες δύο πύλες NOR IC 1-a και IC1-b συνδέονται παρομοίως ως αστάθμητος πολυβιβαστής για παραγωγή εξόδου παλμού 6 Hz και ενεργοποιείται επίσης μόνο όταν ο πείρος πύλης 1 τραβιέται χαμηλά ή στα 0V.

Το Pin1 μπορεί να φανεί γεμάτο με τη δυνητική διαχωριστική σύνδεση που σχηματίζεται από το LDR R4 και το pot R5.

Λειτουργεί έτσι: Όταν το φως στο LDR είναι αρκετά φωτεινό, το δυναμικό διακλάδωσης είναι υψηλό, γεγονός που διατηρεί απενεργοποιημένους και τους δύο ασήμαντους πολυσυνδυαστές, πράγμα που σημαίνει ότι δεν υπάρχει έξοδος ήχου από το μεγάφωνο.

Ωστόσο, όταν η στάθμη φωτός πέσει κάτω από το προκαθορισμένο επίπεδο, η διασταύρωση R4 / R5 γίνεται αρκετά χαμηλότερη, η οποία ενεργοποιεί το 6 Hz ασταθή. Αυτό το ασήμαντο ξεκινά τώρα να κλείνει ή να αλλάζει τα 800 Hz με αστάθεια με ρυθμό 6 Hz. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα έναν πολύπλευρο τόνο 800 Hz στο ηχείο, παλμικός στα 6 Hz.

Για να προσθέσετε μια εγκατάσταση μανδάλωσης στον παραπάνω σχεδιασμό, απλώς προσθέστε τον διακόπτη S1 και την αντίσταση R1 όπως δίνεται παρακάτω:

Για να έχετε έναν δυνατό, ενισχυμένο ήχο από το ηχείο, το ίδιο κύκλωμα μπορεί να αναβαθμιστεί με ένα βελτιωμένο στάδιο τρανζίστορ εξόδου όπως φαίνεται παρακάτω:

Στην προηγούμενη συζήτησή μας μάθαμε πώς μπορεί να χρησιμοποιηθεί ένας ενισχυτής για την ενίσχυση της ακρίβειας ανίχνευσης φωτός LDR. Το ίδιο μπορεί να εφαρμοστεί και στην παραπάνω σχεδίαση για τη δημιουργία ενός κυκλώματος ανιχνευτή φωτεινών τόνων υψηλής ακρίβειας

Κύκλωμα συναγερμού διαρρήκτη LDR

Παρακάτω μπορείτε να δείτε ένα απλό κύκλωμα συναγερμού διακοπής φωτεινής δέσμης LDR.

Κανονικά, το φωτοκύτταρο ή το LDR λαμβάνει την απαιτούμενη ποσότητα φωτός μέσω της εγκατεστημένης πηγής δέσμης φωτός. Αυτό μπορεί να είναι από ένα ακτίνα λέηζερ πηγή επίσης.

Αυτό διατηρεί την αντίσταση του χαμηλή και αυτό παράγει επίσης ανεπαρκώς χαμηλό δυναμικό στη σύνδεση R4 και φωτοκύτταρο R5. Λόγω αυτού, το SCR και το κουδούνι παραμένουν απενεργοποιημένα.

Ωστόσο, σε περίπτωση διακοπής της φωτεινής δέσμης προκαλεί αύξηση της αντίστασης LDR, αυξάνοντας σημαντικά το δυναμικό σύνδεσης των R4 και R5.

Αυτό ενεργοποιεί αμέσως το SCR1 να ανάβει το κουδούνι συναγερμού. Η αντίσταση R3 σε σειρά με το διακόπτη S1 εισάγεται για να επιτρέπει τη μόνιμη ασφάλιση του συναγερμού.

Συνοψίζοντας τις προδιαγραφές LDR

Υπάρχουν πολλά διαφορετικά ονόματα με τα οποία είναι γνωστά το LDR (Light Dependent Resistors), τα οποία περιλαμβάνουν ονόματα όπως φωτοαντίσταση, φωτοκύτταρο, φωτοαγωγό κύτταρο και φωτοαγωγό.

Κανονικά ο όρος που είναι πιο διαδεδομένος και χρησιμοποιείται πιο δημοφιλής στις οδηγίες και τα φύλλα δεδομένων είναι το όνομα «φωτοκύτταρο».

Υπάρχει μια ποικιλία χρήσεων στις οποίες μπορεί να εφαρμοστεί το LDR ή το φωτοαντίστατο, καθώς αυτές οι συσκευές είναι καλές με την φωτοευαίσθητη ιδιότητά τους και διατίθενται επίσης με χαμηλό κόστος.

Έτσι, το LDR θα μπορούσε να παραμείνει δημοφιλές για μεγάλο χρονικό διάστημα και να χρησιμοποιείται ευρέως σε εφαρμογές όπως φωτογραφικοί μετρητές φωτός, ανιχνευτές διαρρήξεων και καπνού, σε λαμπτήρες δρόμου για τον έλεγχο του φωτισμού, των ανιχνευτών φλόγας και των αναγνωστών καρτών.

Ο γενικός όρος «φωτοκύτταρο» χρησιμοποιείται για τους Φωτισμένους Αντιστάτες στη γενική βιβλιογραφία.

Ανακάλυψη του LDR

Όπως συζητήθηκε παραπάνω, το LDR παρέμεινε το αγαπημένο μεταξύ των φωτοκυττάρων για μεγάλο χρονικό διάστημα. Οι πρώτες μορφές των φωτοαντιστάσεων κατασκευάστηκαν και εισήχθησαν στην αγορά στις αρχές του 19ου αιώνα.

Αυτό κατασκευάστηκε με την ανακάλυψη της «φωτοαγωγιμότητας του σεληνίου» το 1873 από τον επιστήμονα που ονομάζεται Σμιθ.

Από τότε έχει κατασκευαστεί μια καλή σειρά διαφορετικών φωτοαγώγιμων συσκευών. Μια σημαντική πρόοδος σε αυτόν τον τομέα σημειώθηκε στις αρχές του εικοστού αιώνα, ειδικά το 1920 από τον διάσημο επιστήμονα T.W. Η υπόθεση που ασχολήθηκε με το φαινόμενο της φωτοαγωγιμότητας και το άρθρο του, 'Thalofide Cell - ένα νέο φωτοηλεκτρικό κύτταρο' δημοσιεύθηκε το 1920.

Κατά τις επόμενες δύο δεκαετίες τη δεκαετία του 1940 και του 1930, μελετήθηκε μια σειρά από άλλες σχετικές ουσίες για την ανάπτυξη φωτοκυττάρων που περιλάμβαναν PbTe, PbS και PbSe. Περαιτέρω το 1952, οι φωτοαγωγοί η έκδοση ημιαγωγών αυτών των συσκευών αναπτύχθηκαν από τους Simmons και Rollin χρησιμοποιώντας γερμάνιο και πυρίτιο.

Σύμβολο των Φωτιστικών Αντιστάσεων

Το σύμβολο κυκλώματος που χρησιμοποιείται για τη φωτοαντίσταση ή την αντίσταση που εξαρτάται από το φως είναι ένας συνδυασμός της αντίστασης που κινείται για να δείξει ότι η φωτοαντίσταση είναι ευαίσθητη στο φως στη φύση.

Το βασικό σύμβολο της αντίστασης που εξαρτάται από το φως αποτελείται από ένα ορθογώνιο που συμβολίζει τη λειτουργία της αντίστασης του LDR. Το σύμβολο αποτελείται επιπλέον από δύο βέλη στην εισερχόμενη κατεύθυνση.

Το ίδιο σύμβολο χρησιμοποιείται για να συμβολίσει την ευαισθησία στο φως στους φωτοτρανζίστορ και τις φωτοδιόδους.

Το σύμβολο της «αντίστασης και των βελών» όπως περιγράφεται παραπάνω χρησιμοποιείται από τις αντιστάσεις που εξαρτώνται από το φως στην πλειονότητα των εφαρμογών τους.

Αλλά υπάρχουν μερικές περιπτώσεις όπου το σύμβολο που χρησιμοποιείται από τις αντιστάσεις που εξαρτώνται από το φως απεικονίζει την αντίσταση που περικλείεται μέσα σε έναν κύκλο. Αυτό είναι προφανές στην περίπτωση που σχεδιάζονται διαγράμματα κυκλωμάτων.

Αλλά το σύμβολο όπου υπάρχει απουσία κύκλου γύρω από την αντίσταση είναι ένα πιο κοινό σύμβολο που χρησιμοποιείται από τους φωτοαντιστάκτες.

Τεχνικές προδιαγραφές

Η επιφάνεια του LDR είναι χτισμένη με δύο φωτοαγώγιμα κύτταρα θειούχου καδμίου (cds) που έχουν φασματικές αποκρίσεις συγκρίσιμες με εκείνες του ανθρώπινου ματιού. Η αντίσταση των κυττάρων μειώνεται γραμμικά καθώς αυξάνεται η ένταση του φωτός στην επιφάνειά του.

Ο φωτοαγωγός που τοποθετείται μεταξύ των δύο επαφών χρησιμοποιείται ως κύριο συστατικό απόκρισης από το φωτοκύτταρο ή το φωτοαντίσταση. ο Η αντίσταση των φωτοαντιστάσεων υφίσταται αλλαγή όταν υπάρχει έκθεση του φωτοαντίστατου στο φως.

Φωτοαγωγιμότητα: Οι φορείς ηλεκτρονίων δημιουργούνται όταν τα χρησιμοποιούμενα υλικά ημιαγωγών του φωτοαγωγού απορροφούν τα φωτόνια και αυτό έχει ως αποτέλεσμα τον μηχανισμό που λειτουργεί πίσω από τις αντιστάσεις που εξαρτώνται από το φως.

Αν και μπορεί να διαπιστώσετε ότι τα υλικά που χρησιμοποιούνται από τους φωτοαντιστάκτες είναι διαφορετικά, είναι κυρίως όλοι οι ημιαγωγοί.

Όταν χρησιμοποιούνται με τη μορφή φωτοανθεκτικών, τότε αυτά τα υλικά λειτουργούν ως ανθεκτικά στοιχεία μόνο όταν δεν υπάρχει σύνδεση PN. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα η συσκευή να είναι εντελώς παθητική στη φύση.

Οι φωτοαντιστάκτες ή οι φωτοαγωγοί είναι βασικά δύο τύπων:

Εσωτερική φωτοαντίσταση: Το φωτοαγώγιμο υλικό που χρησιμοποιείται από έναν συγκεκριμένο τύπο φωτοαντίστασης επιτρέπει στους φορείς φόρτισης να ενθουσιαστούν και να μεταπηδήσουν στις ζώνες αγωγιμότητας από τους αρχικούς τους δεσμούς σθένους αντίστοιχα.

Εξωτερική φωτοαντίσταση: Το φωτοαγώγιμο υλικό που χρησιμοποιείται από έναν συγκεκριμένο τύπο φωτοαντίστασης επιτρέπει στους φορείς φόρτισης να ενθουσιαστούν και να μεταπηδήσουν στις ζώνες αγωγιμότητας από τους αρχικούς τους δεσμούς σθένους ή ακαθαρσίες αντίστοιχα.

Αυτή η διαδικασία απαιτεί μη ιονισμένα προσμείξεις προσμείξεων που είναι επίσης ρηχά και απαιτεί αυτό να λαμβάνει χώρα όταν υπάρχει φως.

Ο σχεδιασμός των φωτοκυττάρων ή των εξωγενών φωτοαντιστάσεων γίνεται ειδικά λαμβάνοντας υπόψη τις ακτινοβολίες μεγάλου μήκους κύματος, όπως οι υπέρυθρες ακτινοβολίες στις περισσότερες περιπτώσεις.

Ωστόσο, ο σχεδιασμός λαμβάνει επίσης υπόψη το γεγονός ότι πρέπει να αποφεύγεται οποιοσδήποτε τύπος παραγωγής θερμότητας, καθώς απαιτείται να λειτουργούν σε θερμοκρασίες που είναι πολύ σχετικά χαμηλές.

Βασική δομή του LDR

Ο αριθμός των φυσικών μεθόδων που παρατηρούνται συνήθως για την κατασκευή των φωτοανθεκτικών αντιστάσεων ή των αντιστάσεων που εξαρτώνται από το φως είναι πολύ λίγος σε αριθμό.

Ένα ανθεκτικό υλικό ευαίσθητο στο φως χρησιμοποιείται από τις αντιστάσεις που εξαρτώνται από το φως για συνεχή έκθεση στο φως. Όπως συζητήθηκε παραπάνω, υπάρχει ένα συγκεκριμένο τμήμα το οποίο υποβάλλεται σε επεξεργασία από το ευαίσθητο στο φως ανθεκτικό υλικό το οποίο απαιτείται να είναι σε επαφή και με τα δύο ή με ένα από τα άκρα των ακροδεκτών.

Ένα στρώμα ημιαγωγού το οποίο είναι ενεργό στη φύση χρησιμοποιείται σε μια γενική δομή ενός φωτοαντίστασης ή μιας αντίστασης που εξαρτάται από το φως και ένα μονωτικό υπόστρωμα χρησιμοποιείται περαιτέρω για την εναπόθεση του στρώματος ημιαγωγού.

Προκειμένου να παρασχεθεί στο στρώμα ημιαγωγού η αγωγιμότητα του απαιτούμενου επιπέδου, το πρώτο είναι ελαφρώς προσβλημένο. Στη συνέχεια, οι ακροδέκτες συνδέονται κατάλληλα μεταξύ των δύο άκρων.

Ένα από τα βασικά ζητήματα στη βασική δομή της αντίστασης ή του φωτοκύτταρου που εξαρτάται από το φως είναι η αντίσταση του υλικού του.

Η περιοχή επαφής του ανθεκτικού υλικού ελαχιστοποιείται για να διασφαλιστεί ότι όταν η συσκευή εκτίθεται στο φως, υφίσταται αποτελεσματική αλλαγή της αντίστασης της. Προκειμένου να επιτευχθεί αυτή η κατάσταση, διασφαλίζεται ότι η περιοχή γύρω από τις επαφές είναι πολύ ντοπαρισμένη, με αποτέλεσμα τη μείωση της αντίστασης στη δεδομένη περιοχή.

Το σχήμα της γύρω περιοχής της επαφής έχει σχεδιαστεί έτσι ώστε να είναι ως επί το πλείστον στο διαγώνιο σχέδιο ή στη μορφή ζιγκ-ζαγκ.

Αυτό επιτρέπει τη μεγιστοποίηση της εκτεθειμένης περιοχής μαζί με τη μείωση των επιπέδων της ψευδοαντίστασης, η οποία με τη σειρά της έχει ως αποτέλεσμα την ενίσχυση του κέρδους μέσω της συστολής της απόστασης μεταξύ των δύο επαφών των φωτοανθεκτικών και καθιστώντας την μικρή.

Υπάρχει επίσης η πιθανότητα χρήσης του υλικού ημιαγωγού, όπως πολυκρυσταλλικού ημιαγωγού που το αποθέτει σε ένα υπόστρωμα. Ένα από τα υποστρώματα που μπορούν να χρησιμοποιηθούν είναι κεραμικό. Αυτό επιτρέπει στην αντίσταση που εξαρτάται από το φως να είναι χαμηλού κόστους.

Όπου χρησιμοποιούνται οι φωτοστερίστες

Το πιο ελκυστικό σημείο της αντίστασης που εξαρτάται από το φως ή μιας φωτοαντίστασης είναι ότι είναι χαμηλού κόστους και έτσι χρησιμοποιείται ευρέως σε μια ποικιλία σχεδίων ηλεκτρονικών κυκλωμάτων.

Εκτός από αυτό τα στιβαρά χαρακτηριστικά τους και η απλή δομή τους παρέχουν επίσης ένα πλεονέκτημα.

Αν και η φωτοαντίσταση δεν διαθέτει διάφορα χαρακτηριστικά που βρίσκονται σε έναν φωτοτρανζίστορ και μια φωτοδίοδο, εξακολουθεί να είναι η ιδανική επιλογή για μια ποικιλία εφαρμογών.

Έτσι, το LDR χρησιμοποιείται συνεχώς για μεγάλο χρονικό διάστημα σε μια σειρά εφαρμογών όπως φωτογραφικοί μετρητές φωτός, ανιχνευτές διαρρήξεων και καπνού, σε λαμπτήρες δρόμου για τον έλεγχο του φωτισμού, των ανιχνευτών φλόγας και των αναγνωστών καρτών.

Ο παράγοντας που καθορίζει τις ιδιότητες φωτοαντίστασης είναι ο τύπος υλικού που χρησιμοποιείται και έτσι οι ιδιότητες μπορούν να ποικίλουν ανάλογα. Μερικά από τα υλικά που χρησιμοποιούνται από τους φωτοαντιστάκτες έχουν σταθερές πολύ καιρού.

Επομένως, είναι ουσιαστικό ότι ο φωτοαντίσταση τύπου si επιλέγεται προσεκτικά για συγκεκριμένες εφαρμογές ή κυκλώματα.

Τυλίγοντας

Η αντίσταση που εξαρτάται από το φως ή το LDR είναι μία από τις πολύ χρήσιμες συσκευές ανίχνευσης που μπορούν να εφαρμοστούν με πολλούς διαφορετικούς τρόπους για την επεξεργασία της έντασης του φωτός. Η συσκευή είναι φθηνότερη σε σύγκριση με άλλους αισθητήρες φωτός, ωστόσο είναι σε θέση να παρέχει τις απαιτούμενες υπηρεσίες με τη μέγιστη απόδοση.

Τα παραπάνω κυκλώματα LDR είναι μερικά μόνο παραδείγματα που εξηγούν τον βασικό τρόπο χρήσης ενός LDR σε πρακτικά κυκλώματα. Τα συζητούμενα δεδομένα μπορούν να μελετηθούν και να προσαρμοστούν με πολλούς τρόπους για πολλές ενδιαφέρουσες εφαρμογές. Έχετε απορίες; Μη διστάσετε να εκφράσετε μέσω του πλαισίου σχολίων.