Введение

Светозависимый резистор

Фоторезистор (также известный как фотоэлемент, светозависимый резистор, LDR или фотопроводящая ячейка) – это пассивный компонент, сопротивление которого уменьшается при увеличении освещенности на его светочувствительной поверхности, иными словами, он демонстрирует фотопроводность. Фоторезистор может использоваться в схемах светочувствительных детекторов и схемах переключения, активируемых светом или темнотой, функционируя как полупроводниковое сопротивление. В темноте сопротивление фоторезистора может достигать нескольких мегаом (MΩ), в то время как при освещении оно может снижаться до нескольких сотен ом. Если частота падающего на фоторезистор света превышает определенное значение, фотоны, поглощенные полупроводником, передают связанным электронам достаточно энергии для перехода в зону проводимости. Образующиеся свободные электроны (и соответствующие им дырки) проводят электрический ток, тем самым снижая сопротивление. Диапазон сопротивлений и чувствительность фоторезистора могут значительно различаться у разных устройств. Более того, отдельные фоторезисторы могут по-разному реагировать на фотоны в определенных диапазонах длин волн. Фотоэлектрическое устройство может быть внутренним (собственным) или внешним (легированным). Внутренний полупроводник имеет собственные носители заряда и не является эффективным полупроводником (например, кремний). Во внутренних устройствах большинство доступных электронов находятся в валентной зоне, поэтому фотону необходимо обладать достаточной энергией для возбуждения электрона через всю ширину запрещенной зоны. Внешние устройства содержат примеси, также называемые легирующими добавками, энергия основного состояния которых ближе к зоне проводимости; поскольку электронам требуется преодолеть меньшее расстояние, для запуска устройства достаточно фотонов с более низкой энергией (то есть с большей длиной волны и меньшей частотой). Если в образце кремния часть атомов заменена атомами фосфора (примесью), для проводимости будет доступно большее количество электронов. Это пример внешнего полупроводника.

Относительно конструкции

Фоторезистор менее светочувствителен, чем фотодиод или фототранзистор. Последние два компонента – настоящие полупроводниковые приборы, в то время как фоторезистор является пассивным компонентом, не имеющим PN-перехода. Фоторезистивность любого фоторезистора может значительно изменяться в зависимости от температуры окружающей среды, что делает их непригодными для применений, требующих точного измерения или чувствительности к фотонам света. Фоторезисторы также проявляют определенную задержку между воздействием света и последующим уменьшением сопротивления, обычно около 10 миллисекунд. Время задержки при переходе от освещенной к темной среде еще больше, часто достигая одной секунды. Эта особенность делает их неподходящими для регистрации быстро мигающего света, но иногда используется для сглаживания реакции при сжатии аудиосигнала.

Приложения

Фоторезисторы бывают разных типов. Недорогие ячейки сульфида кадмия (CdS) можно найти во многих потребительских товарах, таких как экспонометры фотоаппаратов, радиоприемники с часами, сигнализации (в качестве детектора светового луча), ночники, уличные часы, солнечные уличные фонари и дорожные светоотражатели и т.д. Фоторезисторы могут устанавливаться в уличных фонарях для управления включением света. Окружающий свет, попадающий на фоторезистор, выключает уличное освещение, что позволяет экономить энергию, обеспечивая работу света только в темное время суток. Фоторезисторы или LDR также используются в лазерных системах безопасности для обнаружения изменения интенсивности света при прохождении человека/объекта через лазерный луч. Они также применяются в некоторых динамических компрессорах вместе с небольшой лампой накаливания, неоновой лампой или светодиодом для управления степенью снижения усиления. Типичным примером такого применения являются многие гитарные усилители со встроенным эффектом тремоло, где колеблющиеся световые узоры контролируют уровень сигнала, проходящего через схему усилителя. Использование фоторезисторов CdS и CdSe в Европе строго ограничено из-за запрета RoHS на кадмий. Для среднеинфракрасного диапазона спектра используются LDR (светозависимые резисторы) на основе сульфида свинца (PbS) и антимонида индия (InSb). Фотопроводники Ge:Cu – одни из лучших детекторов дальнего инфракрасного излучения, применяемые в инфракрасной астрономии и инфракрасной спектроскопии.