Kaj je svetlobno odvisen upor (LDR)? Načelo delovanja, simbol in razlaga aplikacij

Svetlobno odvisni upori (LDR), imenovani tudi fotouporniki, so pogosto uporabljeni svetlobni senzorji, ki spreminjajo upor glede na osvetlitev. Te poceni, pasivne komponente tvorijo podporo svetlobno aktiviranih vezij, kot so avtomatske ulične luči, sončne svetilke, alarmi in merilniki kamer. Ta članek pojasnjuje njihovo konstrukcijo, simbol, načelo delovanja, specifikacije in aplikacije, pri čemer poudarja, zakaj LDR ostajajo aktivni v elektroniki. C1. Svetlobno odvisen upor (LDR) Pregled C2. Simbol svetlobno odvisnega upora (LDR) C3. Konstrukcija svetlobno odvisnega upora (LDR) C4. Svetlobno odvisen upor (LDR) v vezjih C6. Frekvenčni odziv svetlobno odvisnega upora (LDR) C7. Tehnične specifikacije svetlobno odvisnega upora (LDR) C8. Značilnosti svetlobno odvisnega upora (LDR) C9. Vrste svetlobno odvisnih uporov (LDR) C10. Testiranje svetlobno odvisnega upora (LDR) C11. Svetlobno odvisen upor (LDR) v primerjavi s fotodiodo C12. Sklep C13. Pogosto zastavljena vprašanja [FAQ] 1. Pregled svetlobnega upora (LDR) Svetlobno odvisen upor (LDR), znan tudi kot fotoupor, je pasivna elektronska komponenta z dvema terminaloma, katere upor se spreminja z intenzivnostjo svetlobe, ki pada nanjo. Za razliko od fiksnih uporov njegova odpornost ni konstantna, vendar se močno spreminja glede na osvetlitev. V temi se lahko upor LDR dvigne na več megaohmov, kar omejuje tok toka, medtem ko pri močni svetlobi njegov upor pade na le nekaj sto ohmov, kar omogoča lažji prehod toka. Zaradi teh velikih razlik v uporu so LDR zelo učinkoviti v svetlobno občutljivih aplikacijah. Običajno se uporabljajo v vezjih za avtomatske ulične luči, protivlomne alarme, sisteme za sledenje sončni svetlobi in merilnike svetlobe kamer, kjer na odziv vezja neposredno vplivajo spremembe svetlobnih pogojev okolice. 2. Simbol svetlobno odvisnega upora (LDR) V shemah vezja je LDR prikazan kot upor z dvema diagonalnima puščicama, ki sta usmerjeni proti njemu. • Simbol upora označuje nasprotovanje toku. • Puščice predstavljajo vhodno svetlobo. Ta konvencija se ujema z drugimi svetlobno občutljivimi napravami, kot so fotodiode in fototranzistorji. 3. Konstrukcija svetlobnega upora (LDR) Svetlobno odvisen upor je izdelan iz fotoprevodnih materialov, kot sta kadmijev sulfid (CdS) ali kadmijev selenid (CdSe). Ti materiali spremenijo svojo električno prevodnost, ko so izpostavljeni svetlobi. Da bi povečali občutljivost, se fotoprevodni film običajno nanese v cik-cak ali serpentinsko stezo na keramično podlago, kar poveča površino, ki je na voljo za zajemanje svetlobe. Ključni deli LDR: • Fotoprevodna plast - CdS ali CdSe film, ki zmanjšuje upor pri osvetljenju. • Elektrode - tanki kovinski kontakti na obeh koncih steze za povezavo z zunanjimi vezji. • Podlaga - keramična podlaga, ki zagotavlja strukturno podporo in toplotno stabilnost. Medtem ko je CdS še vedno najpogostejši material, so vas omejitve v skladu s predpisi RoHS pripeljale do raziskovanja varnejših alternativ. Novejši LDR lahko uporabljajo manj strupenih polprevodnikov, zaradi česar so okolju prijaznejši. 4. Načelo delovanja svetlobno odvisnega upora (LDR) Delovanje LDR temelji na fotoprevodnosti, kjer se električna prevodnost materiala poveča, ko absorbira svetlobo. Ko fotoni zadenejo fotoprevodno plast, njihova energija vzbuja elektrone iz valenčnega pasu v prevodni pas, kar ustvarja mobilne nosilce naboja. Ko se osvetlitev poveča, se ustvari več nosilcev, ki omogočajo večji pretok toka in znižujejo upor naprave. Nasprotno, ko raven svetlobe pade, se ustvari manj nosilcev, upor pa se močno dvigne. Zaradi tega neposrednega razmerja med intenzivnostjo svetlobe in uporom je LDR senzor naravne svetlobe. Njegov spremenljiv upor se lahko enostavno prevede v merljive spremembe napetosti ali toka, kar omogoča preprostim vezjem, da se samodejno odzovejo na svetlost okolice brez potrebe po zapleteni elektroniki. 5. Svetlobno odvisen upor (LDR) v vezjih LDR je običajno povezan v razporeditvi razdelilnika napetosti s fiksnim uporom. Ta nastavitev pretvori spremembo upora LDR v napetostni signal, ki se lahko napaja z drugimi komponentami. Med dnevno svetlobo upor LDR pade, kar zmanjša izhodno napetost delilnika. Nastali nizek signal ohranja priključeni tranzistor ali rele v stanju OFF, kar preprečuje vklop svetilke ali obremenitve. Ponoči se upor LDR dramatično poveča in poveča napetost delilnika. Ta višja napetost pristransko usmeri tranzistor v prevodnost, napaja rele in napaja svetilko. V bistvu vezje prevaja svetlost okolice neposredno v stikalni signal. Ta preprost, a učinkovit pristop se pogosto uporablja v avtomatskih uličnih svetilkah, sončnih vrtnih svetilkah in alarmih, ki se aktivirajo s svetlobo, kjer je zanesljiv nadzor vklopa / izklopa dosežen brez ročnega posredovanja. 6. Frekvenčni odziv svetlobnega upora (LDR) Odziv LDR je odvisen od spektralne občutljivosti njegovega materiala. Vsaka vrsta močneje reagira na določene valovne dolžine svetlobe: • CdS (kadmijev sulfid): Največja občutljivost v vidnem območju, približno 500–700 nm, ki ustreza odzivu človeškega očesa. Zaradi tega je primeren za splošno zaznavanje svetlobe, ulične luči in kamere. • PbS (svinčev sulfid): Občutljiv predvsem na infrardeče sevanje nad 1000 nm, pogosto se uporablja v senzorjih plamena, detektorjih toplote in sprejemnikih na daljinsko upravljanje. Tako izbira materiala opredeljuje uporabo: • Merjenje vidne svetlobe → LDR na osnovi CdS. • Infrardeče zaznavanje → LDR na osnovi PbS. 7. Tehnične specifikacije svetlobnega upora (LDR) LDR so opredeljeni z več električnimi in optičnimi parametri, ki določajo njihovo delovanje v vezjih. Tipične vrednosti vključujejo: | Parameter | Tipična vrednost | Opombe | | ----------------------------- | ------------- | ----------------------------------------------------------------------------------- | | Največja izguba moči | 200 mW | Poleg tega lahko pregrevanje poškoduje material. | | Največja delovna napetost (0 luksov) | 200 V | Najvišja dovoljena napetost v popolni temi, da se prepreči okvara. | | Najvišja valovna dolžina občutljivosti | \~600 nm | Ujema se z rumeno-oranžnim področjem vidne svetlobe, blizu občutljivosti človeškega očesa. | | Upor @ 10 luksov | 1,8–4,5 kΩ | Upor se zmanjšuje s povečanjem osvetlitve. | | Upor @ 100 luksov | \~0,7 kΩ | Primerno za zaznavanje ravni svetlobe v zaprtih prostorih. | | Temna odpornost (po 5 s) | \~250 kΩ | Vrednost upora, ko se senzor stabilizira v temi. | 8. Značilnosti svetlobno odvisnega upora (LDR) LDR kaže edinstveno električno vedenje, zaradi katerega se razlikuje od fiksnih uporov: • Upor se zmanjšuje s svetlostjo: Ko se osvetlitev dvigne, se poveča generacija nosilca, kar povzroči strmo padec upora. • Visoka odpornost na temo: V popolni temi lahko upor doseže na stotine kiloohmov do več megaohmov, kar učinkovito blokira tok. • Nelinearni odziv: Razmerje med intenzivnostjo svetlobe (luks) in uporom ni sorazmerno. Majhne spremembe pri nizkih ravneh svetlobe povzročajo velike premike upora, medtem ko se pri visokih ravneh svetlobe odziv izravna. • Počasno obnavljanje: Po odstranitvi svetlobe upor potrebuje čas, da se vrne na temno vrednost, kar povzroči opazno zamudo. • Odvisnost od temperature: Temperatura okolja vpliva na prevodnost, pri čemer višje temperature znižujejo odpornost tudi pri isti ravni svetlobe. 9. Vrste svetlobno odvisnih uporov (LDR) LDR lahko razvrstimo glede na uporabljeni material in njihovo linearnost odziva: 10.1 Po materialu • CdS (kadmijev sulfid) LDR: Najpogosteje se uporabljajo, z največjo občutljivostjo v vidnem spektru. Običajno v svetlobnih merilnikih, avtomatskih uličnih svetilkah in sistemih za osvetlitev kamer. • PbS (svinčev sulfid) LDR: Občutljivi na infrardeče sevanje, zaradi česar so primerni za zaznavanje plamena, toplotne senzorje in IR komunikacijo. 10.2 Po linearnosti • Linearni LDR: Zagotavljajo skoraj neposreden odziv med intenzivnostjo svetlobe in odpornostjo. Ti so manj pogosti in se večinoma uporabljajo v laboratorijskih ali natančnih optičnih instrumentih. • Nelinearni LDR: Pokažite krivuljo logaritmičnega tipa, kjer upor močno pade pri nizkih luksih, vendar se umiri pri visokih luksih. Ti se pogosto uporabljajo v vsakodnevnih aplikacijah za nadzor svetlobe zaradi svoje stroškovne učinkovitosti in razpoložljivosti. 10. Testiranje svetlobno odvisnega upora (LDR) Hiter način za preverjanje LDR je preverjanje njegove odpornosti v različnih svetlobnih pogojih z uporabo multimetra, nastavljenega na ohme: • Test teme: LDR popolnoma pokrijte ali ga preizkusite v temni sobi. Upor naj bi se dvignil na stotine kiloohmov ali celo več megaohmov, odvisno od naprave. • Preskus svetlobe: LDR izpostavite močnemu viru svetlobe, kot je svetilka ali sončna svetloba. Upor bi moral znatno pasti, pogosto do nekaj sto ohmov do nekaj kiloohmov. Velik premik upora med temnim in osvetljenim stanjem potrjuje, da LDR deluje pravilno. Ta preprost test je uporaben za odpravljanje težav s senzorji v vezjih, kot so avtomatske svetilke ali alarmi. 11. Svetlobno odvisen upor (LDR) v primerjavi s fotodiodo | Značilnost | LDR (fotoupor) | Fotodioda | | ----------------- | ----------------------------------------------------- | ---------------------------------------------------------------- | | Vrsta naprave | Pasivni uporovni senzor iz fotoprevodnega filma | Aktivni polprevodnik s PN-spojem | | Hitrost odziva | Počasno (ms do sekund) – ni primerno za hitre signale | Izjemno hiter (ns do μs) – idealen za prenos podatkov | | Razpon svetlobe | Najboljše za vidno svetlobo (CdS:\~600 nm) | Lahko je zasnovan za vidne, IR ali UV območja | | Linearnost | Nelinearna upornost v primerjavi s svetlobno krivuljo | Več linearnega toka v primerjavi z intenzivnostjo svetlobe | | Stroški in kompleksnost | Zelo nizki stroški, enostavna uporaba | Višji stroški, zahteva pristranskost in vezja | | Najboljša uporaba | Zaznavanje svetlobe v okolju, avtomatske svetilke, alarmi | Hitra optična komunikacija, čitalniki črtnih kod, optična vlakna | 12. Zaključek LDR-ji združujejo preprostost, cenovno dostopnost in zanesljivost, zaradi česar so eden najbolj priljubljenih svetlobnih senzorjev v elektroniki. Čeprav so omejeni s počasnejšim odzivnim časom v primerjavi s fotodiodami, njihova vsestranskost v uličnih lučeh, alarmih, zaslonih in sončnih napravah zagotavlja nadaljnjo ustreznost. Od hobi vezij do industrijske avtomatizacije, fotouporniki ostajajo uporabni za stroškovno učinkovito zaznavanje svetlobe in avtomatske nadzorne sisteme. 13. Pogosto zastavljena vprašanja [FAQ] 13.1 Kakšna je življenjska doba LDR? LDR lahko trajajo več let, če se uporabljajo v okviru nazivne napetosti in omejitev moči. Njihova življenjska doba je odvisna predvsem od izpostavljenosti visoko intenzivni svetlobi, toploti in vlagi, ki lahko sčasoma razgradijo fotoprevodni material. 13.2 Ali lahko LDR deluje v popolni temi? Da, toda v temi se upor LDR dvigne na več megaohmov in učinkovito blokira tok. Zaradi tega deluje kot odprto vezje, dokler svetloba ni prisotna. 13.3 Kako natančni so LDR senzorji v primerjavi s fotodiodami? LDR so manj natančni in počasnejši od fotodiod. Idealni so za splošno zaznavanje svetlobe, vendar neprimerni za natančne ali hitre meritve, kjer fotodiode ponujajo boljše zmogljivosti. 13.4 Ali na LDR vplivajo temperaturne spremembe? Da. Višje temperature znižajo odpornost LDR tudi pri enaki ravni svetlobe, kar lahko povzroči majhne netočnosti v vezjih, ki zahtevajo natančno zaznavanje svetlobe. 13.5 Ali lahko uporabljam LDR na prostem? Da, LDR se lahko uporabljajo na prostem v aplikacijah, kot so ulične svetilke in sončne svetilke, vendar jih je treba zaščititi z vremensko odpornimi ohišji, da se prepreči vlaga in UV degradacija senzorskega materiala.