Na této stránce
LDR je zkratka pro fotoodpor (Light-Dependent Resistor). Jedná se o pasivní světelný senzor se dvěma svorkami, jehož elektrický odpor se obvykle snižuje s rostoucím množstvím světla dopadajícího na jeho citlivý povrch. LDR se také nazývá fotoodpor, fotovodivý článek, nebo někdy fotobuňka.
Na rozdíl od fotodiody nebo fototranzistoru LDR sám o sobě nevytváří definovaný proudový výstup. Chová se jako proměnný rezistor, proto jej praktické zapojení obvykle kombinuje s pevným rezistorem, komparátorem, tranzistorem, relé nebo vstupem řídicí jednotky.
| Rychlá fakta o LDR | Odpověď |
|---|---|
| Celý název | Fotorezistor |
| Typ komponenty | Pasivní fotovodivý senzor |
| Terminály | Dva |
| Polarita | Žádný |
| Více světla obvykle způsobuje | Nižší odpor |
| Méně světla obvykle způsobuje | Vyšší odpor |
| Běžná funkce v obvodu | Jeden prvek napěťového děliče |
| Hlavní omezení | Nelineární a relativně pomalá odezva v porovnání s polovodičovými fotodetektory |
LDR je jednou ze zkratek zahrnutých ve VIOX referenci Electrical Full Forms. Tento článek vysvětluje elektrické chování za touto definicí.
Co znamená LDR v elektrotechnice a elektronice?
Název přímo popisuje danou součástku:
- Světelně závislý znamená, že se jeho odpor mění v závislosti na světle, které na něj dopadá.
- rezistor znamená, že elektrickou veličinou je odpor, měřený v ohmech.
Ve tmě je ve fotocitlivém materiálu k dispozici relativně málo nosičů náboje, takže odpor je vysoký. Když materiál absorbuje vhodné světlo, stanou se dostupnými další nosiče náboje a vodivost se zvýší. Odpor tedy klesá.
Tento nepřímý vztah je určujícím chováním:
Vyšší intenzita osvětlení obecně vytváří nižší odpor LDR; nižší intenzita osvětlení obecně vytváří vyšší odpor LDR.
Slovo “obecně” je důležité. Přesný odpor závisí na materiálu součástky, vlnové délce světla, intenzitě osvětlení, teplotě, předchozí expozici a zkušební metodě uvedené výrobcem.
Je LDR totéž co fotoodpor?
Ano. LDR a fotoodpor obvykle odkazují na stejnou třídu součástek. “Fotovodivý článek” je popisnější technický termín, protože zařízení pracuje na principu fotovodivosti.
“Fotobuňka” může také znamenat LDR, ale je to širší pojem a může odkazovat na jiná světlocitlivá zařízení nebo kompletní řídicí sestavy. Kusovník by proto měl používat přesný název součástky a číslo dílu, namísto spoléhání se pouze na “fotobuňku”.
Jak funguje LDR?
LDR využívá fotocitlivou polovodičovou dráhu vytvořenou mezi dvěma vodivými svorkami. Dráha je často uspořádána do hadovitého vzoru, aby poskytla užitečný odpor na kompaktní snímací ploše.
Jeho činnost je založena na fotovodivosti:
- Při nízkém osvětlení má materiál málo mobilních nosičů náboje a vykazuje vysoký odpor.
- Dopadající fotony předávají energii elektronům ve fotocitlivém materiálu.
- Fotony s dostatečnou energií zvyšují počet dostupných nosičů náboje.
- Vodivost roste, takže odpor klesá.
- Jakmile je světlo odstraněno, zařízení se vrací ke svému temnému odporu, avšak nikoliv okamžitě.
Odezva závisí jak na intenzitě světla, tak na vlnové délce. Zařízení, které silně reaguje na viditelné zelené světlo, se může pod infračerveným světlem chovat odlišně, i když běžný měřič osvětlení vykazuje podobnou intenzitu osvětlení.
Závislost odporu na intenzitě osvětlení je nelineární
LDR není přesný lineární snímač intenzity osvětlení. V určitém rozsahu mohou výrobci vyjadřovat jeho chování pomocí empirického vztahu, jako je:
R = A × E^(-γ)kde:
Rje odpor článku;Eje intenzita osvětlení;Aje konstanta závislá na zařízení;γpopisuje strmost křivky závislosti odporu na osvětlení.
Obě konstanty závisí na modelu a podmínkách. Rovnice je užitečná pro odhad chování obvodu pouze tehdy, je-li přizpůsobena křivce z technického listu vybraného zařízení nebo naměřeným vzorkům. Neměla by být považována za univerzální vzorec pro LDR.
Symbol a polarita LDR
Symbol obvodu vychází ze symbolu rezistoru se dvěma šipkami směřujícími k němu. Šipky představují dopadající světlo. V závislosti na konvenci výkresu se rezistor a šipky mohou nacházet uvnitř kruhu.
Běžný LDR nemá žádnou kladnou ani zápornou svorku. K napájení nebo uzemnění lze připojit kterýkoli vývod. To, co mění odezvu obvodu, není polarita LDR, ale jeho umístění v obvodu.
Toto rozlišení předchází častému nedorozumění: obrácení LDR nezmění jeho snímací funkci, ale záměna LDR a pevného rezistoru v napěťovém děliči obrátí směr změny výstupního napětí.
Jak funguje LDR v napěťovém děliči
Řídicí jednotka obvykle nedokáže měřit odpor přímo na standardním napěťovém vstupu. Běžným řešením je zapojení LDR s pevným rezistorem a převod změny odporu na změnu napětí.
LDR připojený směrem k napájení
Pokud je LDR připojen mezi Vin a výstupním uzlem a pevný rezistor je připojen mezi výstup a zem:
Vout = Vin × Rfixed / (RLDR + Rfixed)S rostoucím osvětlením, RLDR klesá. Jmenovatel se zmenšuje, takže výstupní napětí roste.
LDR připojený směrem k zemi
Pokud je pevný rezistor připojen k Vin a LDR je připojen mezi výstup a zem:
Vout = Vin × RLDR / (Rfixed + RLDR)S rostoucím osvětlením, RLDR klesá, takže výstupní napětí klesá.
| Požadovaná reakce na zvyšující se intenzitu světla | Uspořádání děliče |
|---|---|
| Výstupní napětí by mělo stoupat | LDR směrem k napájení, pevný rezistor směrem k zemi |
| Výstupní napětí by mělo klesat | Pevný rezistor směrem k napájení, LDR směrem k zemi |
Pevný rezistor určuje užitečný rozsah snímání. Praktickým výchozím bodem je často odpor blízký očekávané hodnotě LDR při zamýšleném prahu sepnutí, následovaný ověřením při skutečném spektru svítidla, geometrii montáže, teplotě a podmínkách krytu.
Jak číst technický list LDR
Nevybírejte LDR pouze podle průměru nebo inzerovaného “odporu při osvětlení”. Zkušební podmínky připojené ke každému jmenovitému parametru jsou součástí specifikace.
| Parametr technického listu | Co vám to říká | Proč na zkušebních podmínkách záleží |
|---|---|---|
| Odpor při osvětlení | Odpor při stanovené intenzitě osvětlení | Úroveň luxů, spektrum zdroje nebo teplota chromatičnosti a tolerance ovlivňují hodnotu |
| Odpor ve tmě | Odpor po odstranění světla | Výrobci mohou před měřením specifikovat definovanou dobu temna |
| Poměr odporů nebo koeficient citlivosti | Změna mezi dvěma stanovenými úrovněmi osvětlení | Užitečné pro prahový rozsah a porovnávání jednotlivých kusů |
| Spektrální charakteristika | Rozsah vlnových délek a špičková citlivost | Zařízení může reagovat odlišně na denní světlo, LED diody a infračervené zdroje |
| Doba náběhu a doběhu | Rychlost odezvy při přechodu ze světla do tmy a ze tmy do světla | Oba směry mohou mít odlišné doby odezvy |
| Maximální napětí a výkon | Limity elektrického namáhání | Překročení kteréhokoli z těchto limitů může článek poškodit nebo způsobit posun jeho parametrů |
| Provozní teplota | Povolený rozsah okolní teploty nebo teploty tělesa | Odpor a spínací práh se mohou s teplotou měnit |
Například Luna Optoelectronics PDV-P9001 technický list specifikuje osvětlený odpor při 10 lux ze zdroje 2856 K, temný odpor po stanoveném intervalu, spektrální odezvu a oddělené časy náběhu a doběhu. Tyto údaje jsou pro daný model užitečné, protože jsou definovány podmínky; nejedná se o univerzální hodnoty LDR. Viz technický list výrobce PDV-P9001.
Kde se LDR používají?
LDR jsou vhodné, pokud obvod vyžaduje ekonomickou indikaci okolního jasu a není vyžadováno vysokorychlostní nebo přesné optické měření.
| Aplikace | Jak se LDR používá | Konstrukční hledisko |
|---|---|---|
| Automatické osvětlení od soumraku do úsvitu | Detekuje, kdy okolní světlo překročí prahovou hodnotu | Přidejte hysterezi nebo zpoždění, abyste zabránili kmitání v blízkosti spínacího bodu |
| Řízení jasu displeje | Nastavuje podsvícení podle osvětlení místnosti | Zohledněte okna krytu a světlo vyzařované samotným displejem |
| Světelné a tmavé alarmy | Změní stav komparátoru, když je světlo zablokováno nebo přivedeno | Stíněte snímač před nechtěnými zdroji světla |
| Kamerové nebo spotřebitelské ovládací prvky | Poskytuje širokou indikaci okolního světla | Kalibrace a rychlost odezvy mohou omezovat přesnost |
| Výukové řídicí obvody | Demonstruje snímání, děliče, tranzistorové spínání nebo ovládání relé | Udržujte proud zátěže mimo LDR a použijte vhodný budicí stupeň |
LDR by měl být obvykle považován za snímací prvek, nikoliv za zařízení, které přímo spíná lampu, motor, cívku stykače nebo jinou zátěž. Výstup děliče může napájet komparátor, tranzistor, vstup mikrokontroléru nebo jiné rozhraní zvolené pro danou zátěž.
LDR vs. fotodioda vs. fototranzistor
Všechna tato zařízení reagují na světlo, ale neposkytují stejný elektrický výstup.
| Zařízení | Primární chování výstupu | Relativní rychlost | Nejlepší volba |
|---|---|---|---|
| LDR / fotoodpor | Odpor se mění se světlem | Relativně pomalý | Okolní jas a jednoduché prahové řízení |
| Fotodioda | Světlo vytváří proud úměrný optickému vstupu | Rychle | Měření, komunikace a rychlá detekce |
| Fototranzistor | Světlo řídí proud tranzistoru | Rychlejší než běžný LDR, se zesílením | Detekce objektů a spínání tam, kde je užitečná vyšší citlivost |
| Digitální snímač okolního světla | Kalibrovaný digitální nebo zpracovaný výstup | Závislé na zařízení | Soustavy vyžadující opakovatelnost, digitální integraci nebo data orientovaná na luxy |
Zvolte LDR, pokud je důležitější jednoduchost a detekce širokého rozsahu okolního světla než rychlost, linearita a kalibrované měření. Zvolte jiný optický snímač, pokud aplikace vyžaduje rychlou odezvu, opakovatelné hodnoty v luxech, definovanou spektrální shodu nebo digitální komunikaci.
Důležitá omezení LDR
Návrh s LDR by měl zohledňovat tato omezení:
- Nelinearita: odpor se nemění úměrně s luxy.
- Zpoždění odezvy: odpor potřebuje čas na ustálení po změně osvětlení.
- Tolerance součástky: zařízení ze stejné řady mohou mít široký rozsah odporu.
- Teplotní závislost: spínací práh se může se změnou teploty posouvat.
- Spektrální závislost: denní světlo a různé technologie svítidel nemusí vyvolat ekvivalentní odezvu.
- Historie a vlivy stárnutí: předchozí osvětlení a provozní podmínky mohou ovlivnit opakovatelnost.
- Materiálová shoda: mnoho tradičních fotoodporů používá sulfid kademnatý. Ověřte materiálové prohlášení vybrané součástky, stav podle směrnice o omezení nebezpečných látek (RoHS), výjimky a požadavky cílového trhu, namísto předpokladu shody na základě názvu komponenty. Databáze Evropské agentury pro chemické látky týkající se výjimek RoHS ukazuje, že výjimky pro kadmium jsou specifické pro danou aplikaci.
Tato omezení nečiní LDR nevhodným. Definují úlohy, které plní dobře: nízkonákladová detekce světla/tmy a přibližné řízení okolního osvětlení pomocí obvodu navrženého s ohledem na jeho tolerance.
Často Kladené Otázky
Co je plný název LDR?
LDR je zkratka pro Fotorezistor. Je také známý jako fotoodpor nebo fotovodivý článek.
Zvyšuje se, nebo snižuje odpor LDR se světlem?
U běžného LDR odpor klesá s rostoucím dopadajícím světlem a roste, když úroveň osvětlení klesá.
Má LDR polaritu?
Ne. Základní dvoupólový LDR není polarizovaný, takže kterákoli svorka může být připojena v libovolném směru. Jeho poloha vzhledem k pevnému rezistoru určuje, zda výstupní napětí děliče se světlem roste nebo klesá.
Je LDR aktivní nebo pasivní součástka?
LDR je pasivní součástka. Mění odpor v reakci na světlo, ale neposkytuje zesílení výkonu ani digitální výstup s vlastním napájením.
Dokáže LDR přesně měřit luxy?
LDR může indikovat relativní změny světla a lze jej kalibrovat v omezeném rozsahu, obecně však není první volbou pro přesné měření luxů. Je nutné zohlednit jeho nelineární odezvu, toleranci, spektrální citlivost, teplotní závislost a dobu odezvy.
Souhrn
LDR znamená Fotorezistor. Tato součástka využívá fotovodivost: více dopadajícího světla vytváří více nosičů náboje, čímž se zvyšuje vodivost a snižuje odpor. Má dvě nepolarizované svorky a běžně se používá v napěťovém děliči pro převod změn světla na měřitelné napětí.
Pro spolehlivý návrh vybírejte LDR na základě jeho odporu při osvětlení za stanovených podmínek, odporu za tmy, spektrální odezvy, doby odezvy, napěťových a výkonových limitů, teplotního rozsahu a dokumentace o shodě materiálů. Nepoužívejte “typický” odpor jednoho modelu pro každý LDR.