في هذه الصفحة
يرمز اختصار LDR إلى المقاومة الضوئية (Light-Dependent Resistor). وهو مستشعر ضوئي سلبي ذو طرف توصيل ثنائي، تنخفض مقاومته الكهربائية عادةً كلما زاد الضوء الواصل إلى سطحه الحساس. يُطلق على LDR أيضاً اسم مقاومة ضوئية (photoresistor), خلية موصلة ضوئياً (photoconductive cell), ، أو أحياناً خلية ضوئية (photocell).
على عكس الثنائي الضوئي (photodiode) أو الترانزستور الضوئي (phototransistor)، لا ينتج LDR تياراً خرجاً محدداً من تلقاء نفسه. فهو يعمل كمقاومة متغيرة، لذا فإن الدائرة العملية تدمجه عادةً مع مقاومة ثابتة، أو مقارن، أو ترانزستور، أو كونتاكتور، أو مدخل وحدة تحكم.
| حقيقة سريعة عن LDR | الإجابة |
|---|---|
| الشكل الكامل | مقاومة تعتمد على الضوء |
| نوع المكون | مستشعر ضوئي موصل سلبي |
| المحطات الطرفية | اثنان |
| القطبية | لا أحد |
| المزيد من الضوء يسبب عادةً | مقاومة أقل |
| ضوء أقل يسبب عادةً | مقاومة أعلى |
| دور الدائرة الشائع | عنصر واحد من مقسم الجهد |
| القيد الرئيسي | استجابة غير خطية وبطيئة نسبياً مقارنة بكواشف الضوء شبه الموصلة |
تعد LDR واحدة من الاختصارات المدرجة في VIOX مرجع الاختصارات الكهربائية الكاملة. يشرح هذا المقال السلوك الكهربائي الكامن وراء هذا التعريف.
ماذا يعني مصطلح LDR في الأعمال الكهربائية والإلكترونية؟
يصف الاسم المكون بشكل مباشر:
- يعتمد على الضوء يعني أن مقاومته تتغير مع الضوء الساقط عليه.
- المقاومة تعني أن المتغير الكهربائي هو المقاومة، والتي تُقاس بالأوم.
في الظلام، يتوفر عدد قليل نسبياً من حاملات الشحنة في المادة الحساسة للضوء، لذا تكون المقاومة عالية. وعندما تمتص المادة ضوءاً مناسباً، تصبح حاملات شحنة إضافية متاحة وتزداد الموصلية. وبالتالي تنخفض المقاومة.
هذه العلاقة العكسية هي السلوك المحدد:
تنتج الإضاءة الأعلى عموماً مقاومة LDR أقل؛ بينما تنتج الإضاءة الأقل عموماً مقاومة LDR أعلى.
كلمة “عموماً” مهمة. فالمقاومة الدقيقة تعتمد على مادة الجهاز، وطول موجة الضوء، والإضاءة، ودرجة الحرارة، والتعرض السابق، وطريقة الاختبار المذكورة من قبل الشركة المصنعة.
هل LDR هو نفسه المقاوم الضوئي (Photoresistor)؟
نعم. مقاومة ضوئية (LDR) و مقاومة ضوئية (photoresistor) تشير عادةً إلى نفس فئة المكونات. “الخلية الموصلة ضوئياً” هي المصطلح الفني الأكثر وصفاً لأن الجهاز يعمل من خلال الموصلية الضوئية.
“يمكن أن تشير كلمة ”Photocell“ أيضاً إلى مقاومة ضوئية (LDR)، لكنها مصطلح أوسع وقد تشير إلى أجهزة أخرى حساسة للضوء أو مجموعات تحكم كاملة. لذا، يجب أن تستخدم قائمة المواد اسم المكون الدقيق ورقم القطعة بدلاً من الاعتماد على مصطلح ”photocell" وحده.
كيف تعمل المقاومة الضوئية (LDR)؟
تستخدم المقاومة الضوئية (LDR) مساراً شبه موصل حساساً للضوء يتكون بين طرفي توصيل موصلين. غالباً ما يتم تصميم المسار بنمط متعرج لتوفير مقاومة مفيدة عبر مساحة استشعار مدمجة.
تعتمد طريقة عملها على التوصيل الضوئي:
- في الإضاءة المنخفضة، تحتوي المادة على عدد قليل من حاملات الشحنة المتحركة وتظهر مقاومة عالية.
- تعمل الفوتونات الساقطة على نقل الطاقة إلى الإلكترونات الموجودة في المادة الحساسة للضوء.
- تؤدي الفوتونات ذات الطاقة الكافية إلى زيادة عدد حاملات الشحنة المتاحة.
- ترتفع الموصلية، وبالتالي تنخفض المقاومة.
- عند إزالة الضوء، يعود الجهاز نحو مقاومته في الظلام، ولكن ليس بشكل لحظي.
يعتمد الاستجابة على كل من شدة الضوء وطول الموجة. قد يتصرف الجهاز الذي يستجيب بقوة للضوء الأخضر المرئي بشكل مختلف تحت ضوء الأشعة تحت الحمراء، حتى عندما يبلغ مقياس الضوء العام عن شدة إضاءة مماثلة.
المقاومة مقابل شدة الإضاءة غير خطية
جهاز LDR ليس مستشعر لوكس خطي دقيق. عبر نطاق محدد، قد يمثل المصنعون سلوكه باستخدام علاقة تجريبية مثل:
R = A × E^(-γ)حيث:
Rهي مقاومة الخلية؛;Eهي شدة الإضاءة؛;Aهو ثابت يعتمد على الجهاز؛;γيصف ميل منحنى المقاومة مقابل الإضاءة.
كلا الثابتين يعتمدان على الطراز والظروف. تكون المعادلة مفيدة لتقدير سلوك الدائرة فقط عند مطابقتها لمنحنى ورقة البيانات الخاص بالجهاز المختار أو العينات المقاسة. لا ينبغي التعامل معها كصيغة عامة للمقاومة الضوئية (LDR).
رمز وقطبية المقاومة الضوئية (LDR)
يعتمد رمز الدائرة على رمز المقاومة مع سهمين يشيران نحوها. يمثل السهمان الضوء الساقط. اعتماداً على اصطلاح الرسم، قد تظهر المقاومة والأسهم داخل دائرة.
المقاومة الضوئية (LDR) العادية ليس لها طرف توصيل موجب أو سالب. يمكن توصيل أي من الطرفين باتجاه المصدر أو الأرضي. ما يغير استجابة الدائرة ليس قطبية المقاومة الضوئية (LDR)، بل موقعها في الدائرة.
يمنع هذا التمييز سوء فهم شائع: عكس توصيل مقاومة ضوئية (LDR) لا يعكس إجراء الاستشعار الخاص بها، ولكن تبديل مكان المقاومة الضوئية (LDR) والمقاومة الثابتة في مقسم الجهد يعكس اتجاه تغير جهد الخرج.
كيف تعمل المقاومة الضوئية (LDR) في مقسم الجهد
لا يمكن لوحدة التحكم عادةً قياس المقاومة مباشرة عند دخل جهد قياسي. الحل الشائع هو إقران المقاومة الضوئية (LDR) بمقاومة ثابتة وتحويل تغير المقاومة إلى تغير في الجهد.
توصيل المقاومة الضوئية (LDR) باتجاه مصدر التغذية
إذا تم توصيل المقاومة الضوئية (LDR) بين Vin وعقدة الخرج، وتم توصيل المقاومة الثابتة بين الخرج والأرضي:
Vout = Vin × Rfixed / (RLDR + Rfixed)مع زيادة الضوء،, RLDR ينخفض. يصبح المقام أصغر، وبالتالي يرتفع جهد الخرج.
مقاومة ضوئية (LDR) موصلة نحو الأرضي
إذا تم توصيل المقاومة الثابتة بـ Vin وتم توصيل المقاومة الضوئية (LDR) بين الخرج والأرضي:
Vout = Vin × RLDR / (Rfixed + RLDR)مع زيادة الضوء،, RLDR تنخفض، لذا ينخفض جهد الخرج.
| الاستجابة المطلوبة لزيادة الضوء | ترتيب المقسم |
|---|---|
| يجب أن يرتفع جهد الخرج | مقاومة ضوئية (LDR) باتجاه المصدر، ومقاومة ثابتة باتجاه الأرضي |
| يجب أن ينخفض جهد الخرج | مقاومة ثابتة باتجاه المصدر، ومقاومة ضوئية (LDR) باتجاه الأرضي |
تحدد المقاومة الثابتة نطاق الاستشعار المفيد. وغالباً ما تكون نقطة البداية العملية هي اختيار مقاومة قريبة من القيمة المتوقعة لمقاومة LDR عند عتبة التبديل المقصودة، متبوعة بالتحقق تحت طيف المصباح الفعلي، وهندسة التركيب، ودرجة الحرارة، وظروف الغلاف.
كيفية قراءة ورقة البيانات الخاصة بـ LDR
لا تختر LDR بناءً على القطر أو “مقاومة الضوء” المعلن عنها فقط. فظروف الاختبار المرفقة بكل تصنيف تعد جزءاً من المواصفات.
| معامل ورقة البيانات | ما يخبرك به | لماذا تعتبر ظروف الاختبار مهمة |
|---|---|---|
| المقاومة عند الإضاءة | المقاومة عند مستوى إضاءة محدد | يؤثر مستوى اللوكس، وطيف المصدر أو درجة حرارة اللون، والتفاوت المسموح به على القيمة |
| المقاومة في الظلام | المقاومة بعد إزالة الضوء | قد يحدد المصنعون فترة إظلام معينة قبل القياس |
| نسبة المقاومة أو معامل الحساسية | التغير بين مستويين محددين من الإضاءة | مفيد لنطاق العتبة والمقارنة بين الأجزاء |
| الاستجابة الطيفية | نطاق الطول الموجي وذروة الحساسية | قد يستجيب الجهاز بشكل مختلف لضوء النهار، ومصابيح LED، ومصادر الأشعة تحت الحمراء |
| زمن الصعود والهبوط | سرعة الاستجابة من الضوء إلى الظلام ومن الظلام إلى الضوء | يمكن أن يكون للاتجاهين أزمنة استجابة مختلفة |
| الجهد والقدرة القصوى | حدود الإجهاد الكهربائي | تجاوز أي من الحدين قد يؤدي إلى تلف الخلية أو انحراف أدائها |
| درجة حرارة التشغيل | نطاق درجة الحرارة المحيطة أو درجة حرارة الجسم المسموح به | قد تتغير المقاومة وعتبة التبديل مع درجة الحرارة |
على سبيل المثال، شركة Luna Optoelectronics PDV-P9001 تحدد ورقة البيانات المقاومة عند الإضاءة تحت 10 lux من مصدر 2856 K، والمقاومة في الظلام بعد فترة زمنية محددة، والاستجابة الطيفية، وأوقات الصعود والهبوط المنفصلة. هذه الأرقام مفيدة لهذا الطراز لأن الظروف محددة؛ وهي ليست قيماً عالمية لمقاومات LDR. انظر ورقة بيانات الشركة المصنعة لـ PDV-P9001.
أين تُستخدم مقاومات LDR؟
تكون مقاومات LDR مناسبة عندما تحتاج الدائرة إلى مؤشر اقتصادي لسطوع المحيط ولا يتطلب الأمر قياساً ضوئياً عالي السرعة أو دقيقاً.
| التطبيق | كيفية استخدام LDR | اعتبارات التصميم |
|---|---|---|
| إضاءة تلقائية من الغسق حتى الفجر | يكتشف متى يتجاوز الضوء المحيط حداً معيناً | أضف تباطؤاً (hysteresis) أو تأخيراً لمنع التذبذب بالقرب من نقطة التبديل |
| التحكم في سطوع الشاشة | يعدل الإضاءة الخلفية وفقاً لإضاءة الغرفة | ضع في اعتبارك نوافذ الغلاف والضوء المنبعث من الشاشة نفسها |
| إنذارات الضوء والظلام | يغير حالة المقارن عند حجب الضوء أو تسليطه | احمِ المستشعر من مصادر الضوء غير المقصودة |
| عناصر تحكم الكاميرا أو المستهلك | يوفر مؤشراً عاماً للضوء المحيط | قد تؤدي المعايرة وسرعة الاستجابة إلى الحد من الدقة |
| دوائر التحكم التعليمية | يوضح الاستشعار، والمقسمات، وتبديل الترانزستور، أو التحكم عبر مرحل | حافظ على تيار الحمل بعيداً عن LDR واستخدم مرحلة تشغيل مناسبة |
يجب عادةً التعامل مع مقاومة تعتمد على الضوء (LDR) كعنصر استشعار، وليس كجهاز يقوم مباشرةً بتبديل مصباح أو محرك أو ملف كونتاكتور أو أي حمل آخر. يمكن لمخرج مقسم الجهد أن يغذي مقارناً أو ترانزستور أو مدخل متحكم دقيق أو أي واجهة أخرى مختارة للحمل.
مقارنة بين LDR وفوتوديود وفوتوترانزستور
تستجيب جميع هذه الأجهزة للضوء، لكنها لا توفر نفس المخرج الكهربائي.
| الجهاز | سلوك المخرج الأساسي | السرعة النسبية | الأنسب لـ |
|---|---|---|---|
| LDR / مقاومة ضوئية | تتغير المقاومة مع الضوء | بطيئة نسبياً | السطوع المحيط والتحكم البسيط في العتبة |
| ثنائي ضوئي (Photodiode) | ينتج الضوء تياراً مرتبطاً بالدخل البصري | Fast | القياس، والاتصال، والكشف السريع |
| ترانزستور ضوئي | يتحكم الضوء في تيار الترانزستور | أسرع من مقاومة ضوئية (LDR) نموذجية، مع وجود كسب | كشف الأجسام والتبديل حيث تكون الحساسية العالية مفيدة |
| مستشعر رقمي للضوء المحيط | مخرج رقمي أو معالج مُعاير | يعتمد على الجهاز | الأنظمة التي تتطلب قابلية التكرار، أو التكامل الرقمي، أو البيانات الموجهة نحو قياس اللوكس (lux) |
اختر مقاومة ضوئية (LDR) عندما تكون البساطة والكشف الواسع عن الضوء المحيط أكثر أهمية من السرعة، والخطية، والقياس المُعاير. اختر مستشعرًا ضوئيًا آخر عندما يتطلب التطبيق استجابة سريعة، وقراءات لوكس قابلة للتكرار، وتطابقًا طيفيًا محددًا، أو اتصالًا رقميًا.
قيود هامة للمقاومة الضوئية (LDR)
يجب أن يراعي تصميم المقاومة الضوئية (LDR) هذه القيود:
- عدم الخطية: المقاومة لا تتغير بشكل متناسب مع اللوكس.
- تأخير الاستجابة: تستغرق المقاومة وقتاً للاستقرار بعد تغيرات الإضاءة.
- تفاوت القطع: يمكن أن تمتلك الأجهزة من نفس العائلة نطاق مقاومة واسعاً.
- الاعتماد على درجة الحرارة: قد تتغير عتبة التبديل مع تغير درجة الحرارة.
- الاعتماد الطيفي: قد لا ينتج ضوء النهار وتقنيات المصابيح المختلفة استجابات متكافئة.
- التاريخ وتأثيرات التقادم: يمكن أن تؤثر ظروف الإضاءة والخدمة السابقة على إمكانية التكرار.
- الامتثال للمواد: تستخدم العديد من المقاومات الضوئية التقليدية كبريتيد الكادميوم. تحقق من إقرار المواد الخاص بالجزء المختار، وحالة توجيه تقييد المواد الخطرة (RoHS)، والإعفاءات، ومتطلبات سوق الوجهة بدلاً من افتراض الامتثال بناءً على اسم المكون. إن قاعدة بيانات إعفاءات RoHS التابعة للوكالة الأوروبية للمواد الكيميائية تُظهر أن إعفاءات الكادميوم خاصة بكل تطبيق.
هذه القيود لا تجعل المقاوم الضوئي (LDR) غير مناسب. بل إنها تحدد المهام التي يؤديها بشكل جيد: الكشف منخفض التكلفة عن الضوء/الظلام والتحكم التقريبي في الإضاءة المحيطة باستخدام دائرة مصممة حول تفاوتاته.
الأسئلة المتداولة
ما هو الاسم الكامل لـ LDR؟
يرمز LDR إلى مقاومة تعتمد على الضوء. ويُعرف أيضاً باسم المقاومة الضوئية أو الخلية الموصلة ضوئياً.
هل تزداد مقاومة LDR أم تنخفض مع الضوء؟
بالنسبة لـ LDR التقليدي، تنخفض المقاومة مع زيادة الضوء الساقط وتزداد مع انخفاض مستوى الضوء.
هل يتمتع LDR بقطبية؟
لا. إن LDR الأساسي ذو طرفي التوصيل غير مستقطب، لذا يمكن توصيل أي طرف في أي اتجاه. ويحدد موضعه بالنسبة للمقاومة الثابتة ما إذا كان جهد خرج المقسم يرتفع أو ينخفض مع الضوء.
هل LDR مكون نشط أم خامل؟
يُعد LDR مكوناً خاملاً. فهو يغير مقاومته استجابةً للضوء ولكنه لا يوفر كسباً في القدرة أو خرجاً رقمياً ذاتي التغذية.
هل يمكن لمقاومة ضوئية (LDR) قياس شدة الإضاءة (lux) بدقة؟
يمكن للمقاومة الضوئية (LDR) الإشارة إلى التغيرات النسبية في الضوء ويمكن معايرتها ضمن نطاق محدود، ولكنها عموماً ليست الخيار الأول لقياس شدة الإضاءة (lux) بدقة. يجب مراعاة استجابتها غير الخطية، والتفاوت، والحساسية الطيفية، والاعتماد على درجة الحرارة، وزمن الاستجابة.
الملخص
تعني LDR مقاومة تعتمد على الضوء. يستخدم هذا المكون خاصية التوصيل الضوئي: حيث يؤدي سقوط ضوء مناسب إلى توليد المزيد من حاملات الشحنة، مما يزيد من الموصلية ويقلل المقاومة. يحتوي المكون على طرفي توصيل غير مستقطبين ويُستخدم عادةً في مقسم جهد لتحويل تغيرات الضوء إلى جهد قابل للقياس.
للحصول على تصميم موثوق، اختر المقاومة الضوئية (LDR) بناءً على مقاومتها عند الإضاءة في ظروف محددة، ومقاومتها في الظلام، والاستجابة الطيفية، وزمن الاستجابة، وحدود الجهد والطاقة، ونطاق درجة الحرارة، ووثائق الامتثال للمواد. لا تطبق المقاومة “النموذجية” لطراز واحد على كل المقاومات الضوئية (LDR).