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LDR steht für Light-Dependent Resistor (lichtabhängiger Widerstand). Es handelt sich um einen passiven Lichtsensor mit zwei Anschlussklemmen, dessen elektrischer Widerstand normalerweise abnimmt, wenn mehr Licht auf seine empfindliche Oberfläche trifft. Ein LDR wird auch als Fotowiderstand, fotoleitende Zelle, oder manchmal als Fotozelle.
Im Gegensatz zu einer Fotodiode oder einem Fototransistor erzeugt ein LDR von sich aus keinen definierten Stromausgang. Er verhält sich wie ein variabler Widerstand, daher kombiniert ihn eine praktische Schaltung normalerweise mit einem Festwiderstand, Komparator, Transistor, Schütz oder Steuerungseingang.
| LDR-Kurzinfo | Antwort |
|---|---|
| Vollständige Bezeichnung | Fotowiderstand (lichtabhängiger Widerstand) |
| Komponententyp | Passiver fotoleitender Sensor |
| Terminals | Zwei |
| Polarität | Keiner |
| Mehr Licht führt normalerweise zu | Niedrigerem Widerstand |
| Weniger Licht führt normalerweise zu | Höherem Widerstand |
| Übliche Schaltungsfunktion | Ein Element eines Spannungsteilers |
| Hauptbeschränkung | Nichtlineare und relativ langsame Reaktion im Vergleich zu Halbleiter-Fotodetektoren |
LDR ist eine der Abkürzungen, die in der VIOX Referenz für elektrische Vollformen enthalten sind. Dieser Artikel erklärt das elektrische Verhalten hinter dieser Definition.
Was bedeutet LDR in der Elektro- und Elektronikarbeit?
Der Name beschreibt die Komponente direkt:
- Lichtabhängig bedeutet, dass sich sein Widerstand mit dem darauf fallenden Licht ändert.
- Widerstand bedeutet, dass die elektrische Größe der Widerstand ist, gemessen in Ohm.
Bei Dunkelheit stehen im lichtempfindlichen Material relativ wenige Ladungsträger zur Verfügung, daher ist der Widerstand hoch. Wenn das Material geeignetes Licht absorbiert, werden zusätzliche Ladungsträger verfügbar und die Leitfähigkeit nimmt zu. Der Widerstand sinkt daher.
Diese umgekehrte Beziehung ist das definierende Verhalten:
Eine höhere Beleuchtungsstärke führt im Allgemeinen zu einem niedrigeren LDR-Widerstand; eine geringere Beleuchtungsstärke führt im Allgemeinen zu einem höheren LDR-Widerstand.
Das Wort “im Allgemeinen” ist wichtig. Der genaue Widerstand hängt vom Material des Bauteils, der Wellenlänge des Lichts, der Beleuchtungsstärke, der Temperatur, der vorherigen Belichtung und der vom Hersteller angegebenen Testmethode ab.
Ist ein LDR dasselbe wie ein Fotowiderstand?
Ja. LDR und Fotowiderstand bezeichnen normalerweise dieselbe Bauteilklasse. “Fotoleitfähige Zelle” ist der präzisere technische Begriff, da das Bauteil durch Fotoleitfähigkeit arbeitet.
“Fotozelle” kann auch einen LDR bezeichnen, ist jedoch ein breiterer Begriff und kann sich auf andere lichtempfindliche Geräte oder komplette Steuerbaugruppen beziehen. Eine Stückliste sollte daher die präzise Komponentenbezeichnung und Teilenummer verwenden, anstatt sich allein auf “Fotozelle” zu verlassen.
Wie funktioniert ein LDR?
Ein LDR nutzt eine lichtempfindliche Halbleiterstrecke, die zwischen zwei leitfähigen Anschlussklemmen ausgebildet ist. Die Strecke ist oft in einem serpentinenartigen Muster angelegt, um einen nutzbaren Widerstand über eine kompakte Sensorfläche zu bieten.
Seine Funktionsweise basiert auf Photoleitfähigkeit:
- Bei schwachem Licht weist das Material nur wenige bewegliche Ladungsträger auf und bietet einen hohen Widerstand.
- Einfallende Photonen übertragen Energie auf Elektronen im lichtempfindlichen Material.
- Photonen mit ausreichender Energie erhöhen die Anzahl der verfügbaren Ladungsträger.
- Die Leitfähigkeit steigt, daher sinkt der Widerstand.
- Wenn das Licht entfernt wird, kehrt das Gerät zu seinem Dunkelwiderstand zurück, jedoch nicht augenblicklich.
Das Ansprechverhalten hängt sowohl von der Lichtintensität als auch von der Wellenlänge ab. Ein Gerät, das stark auf sichtbares grünes Licht reagiert, kann sich unter Infrarotlicht anders verhalten, selbst wenn ein allgemeines Lichtmessgerät eine ähnliche Beleuchtungsstärke anzeigt.
Widerstand in Abhängigkeit von der Beleuchtungsstärke ist nicht linear
Ein LDR ist kein präziser linearer Lux-Sensor. Über einen bestimmten Bereich können Hersteller sein Verhalten mithilfe einer empirischen Beziehung darstellen, wie zum Beispiel:
R = A × E^(-γ)wo:
Rist der Zellenwiderstand;Eist die Beleuchtungsstärke;Einist eine geräteabhängige Konstante;γbeschreibt die Steigung der Widerstands-Beleuchtungsstärke-Kennlinie.
Beide Konstanten sind modell- und zustandsabhängig. Die Gleichung ist nur dann nützlich für die Abschätzung des Schaltungsverhaltens, wenn sie an die Kennlinie aus dem Datenblatt des gewählten Bauteils oder an gemessene Proben angepasst wurde. Sie sollte nicht als universelle LDR-Formel betrachtet werden.
LDR-Schaltzeichen und Polarität
Das Schaltzeichen basiert auf einem Widerstandssymbol mit zwei darauf zeigenden Pfeilen. Die Pfeile stellen einfallendes Licht dar. Je nach Zeichenkonvention können der Widerstand und die Pfeile innerhalb eines Kreises dargestellt sein.
Ein gewöhnlicher LDR hat keine positive oder negative Anschlussklemme. Jeder Anschluss kann mit der Spannungsversorgung oder Masse verbunden werden. Was das Verhalten der Schaltung verändert, ist nicht die LDR-Polarität, sondern seine Position in der Schaltung.
Diese Unterscheidung beugt einem häufigen Missverständnis vor: Das Umkehren eines LDR kehrt dessen Sensorfunktion nicht um, aber das Vertauschen von LDR und Festwiderstand in einem Spannungsteiler kehrt die Richtung der Ausgangsspannungsänderung um.
Wie ein LDR in einem Spannungsteiler funktioniert
Ein Controller kann den Widerstand normalerweise nicht direkt an einem Standard-Spannungseingang messen. Die gängige Lösung besteht darin, den LDR mit einem Festwiderstand zu koppeln und die Widerstandsänderung in eine Spannungsänderung umzuwandeln.
LDR in Richtung der Versorgungsspannung angeschlossen
Wenn der LDR zwischen Vin und dem Ausgangsknoten angeschlossen ist und der Festwiderstand zwischen dem Ausgang und Masse angeschlossen ist:
Vout = Vin × Rfixed / (RLDR + Rfixed)Wenn das Licht zunimmt, RLDR fällt. Der Nenner wird kleiner, daher steigt die Ausgangsspannung.
LDR gegen Masse geschaltet
Wenn der Festwiderstand an Vin angeschlossen ist und der LDR zwischen Ausgang und Masse geschaltet ist:
Vout = Vin × RLDR / (Rfixed + RLDR)Wenn das Licht zunimmt, RLDR falls, so die Ausgangsspannung fällt.
| Gewünschte Reaktion auf zunehmendes Licht | Teilerschaltung |
|---|---|
| Ausgangsspannung sollte steigen | LDR in Richtung Versorgung, Festwiderstand in Richtung Masse |
| Ausgangsspannung sollte fallen | Festwiderstand in Richtung Versorgung, LDR in Richtung Masse |
Der Festwiderstand bestimmt den nutzbaren Erfassungsbereich. Ein praktischer Ausgangspunkt ist oft ein Widerstand nahe dem erwarteten Wert des LDR an der vorgesehenen Schaltschwelle, gefolgt von einer Überprüfung unter dem tatsächlichen Lampenspektrum, der Montagegeometrie, der Temperatur und den Gehäusebedingungen.
So lesen Sie ein LDR-Datenblatt
Wählen Sie einen LDR nicht allein aufgrund des Durchmessers oder eines beworbenen “Lichtwiderstands” aus. Die an jede Angabe angehängten Testbedingungen sind Teil der Spezifikation.
| Datenblatt-Parameter | Was es Ihnen sagt | Warum die Testbedingung wichtig ist |
|---|---|---|
| Beleuchteter Widerstand | Widerstand bei einer angegebenen Beleuchtungsstärke | Lux-Wert, Quellenspektrum oder Farbtemperatur und Toleranz beeinflussen den Wert |
| Dunkelwiderstand | Widerstand nach Entfernen der Lichtquelle | Hersteller können vor der Messung eine definierte Dunkelphase vorgeben |
| Widerstandsverhältnis oder Empfindlichkeitskoeffizient | Änderung zwischen zwei angegebenen Lichtstärken | Nützlich für den Schwellenwertbereich und den Vergleich zwischen Bauteilen |
| Spektrale Empfindlichkeit | Wellenlängenbereich und Spitzenempfindlichkeit | Ein Gerät kann unterschiedlich auf Tageslicht, LEDs und Infrarotquellen reagieren |
| Anstiegs- und Abfallzeit | Geschwindigkeit der Hell-Dunkel- und Dunkel-Hell-Reaktion | Die beiden Richtungen können unterschiedliche Reaktionszeiten aufweisen |
| Maximale Spannung und Leistung | Grenzwerte für elektrische Belastung | Das Überschreiten eines dieser Grenzwerte kann die Zelle beschädigen oder zu einer Drift führen |
| Betriebstemperatur | Zulässiger Umgebungs- oder Gehäusetemperaturbereich | Widerstand und Schaltschwelle können sich temperaturabhängig verschieben |
Zum Beispiel spezifiziert das Datenblatt von Luna Optoelectronics PDV-P9001 den beleuchteten Widerstand bei 10 Lux einer 2856 K Lichtquelle, den Dunkelwiderstand nach einem festgelegten Intervall, die spektrale Empfindlichkeit sowie getrennte Anstiegs- und Abfallzeiten. Diese Werte sind für dieses Modell nützlich, da die Bedingungen definiert sind; es handelt sich nicht um universelle LDR-Werte. Siehe das Herstellerdatenblatt des PDV-P9001.
Wo werden LDRs eingesetzt?
LDRs eignen sich, wenn ein elektrisches System eine kostengünstige Anzeige der Umgebungshelligkeit benötigt und keine Hochgeschwindigkeits- oder präzise optische Messung erforderlich ist.
| Anwendung | Wie der LDR verwendet wird | Konstruktionsüberlegung |
|---|---|---|
| Automatische Dämmerungsschaltung | Erkennt, wenn das Umgebungslicht einen Schwellenwert überschreitet | Hysterese oder Verzögerung hinzufügen, um Flattern nahe dem Schaltpunkt zu verhindern |
| Helligkeitsregelung des Displays | Passt die Hintergrundbeleuchtung an die Raumbeleuchtung an | Gehäusefenster und das vom Display selbst emittierte Licht berücksichtigen |
| Hell- und Dunkelalarme | Ändert den Komparatorzustand, wenn Licht blockiert oder zugeführt wird | Abschirmung des Sensors vor unbeabsichtigten Lichtquellen |
| Kamera- oder Verbrauchersteuerungen | Bietet eine breite Anzeige des Umgebungslichts | Kalibrierung und Ansprechgeschwindigkeit können die Genauigkeit einschränken |
| Steuerstromkreise für Ausbildungszwecke | Demonstriert Sensorik, Spannungsteiler, Transistorschaltung oder Relaissteuerung | Halten Sie den Laststrom vom LDR fern und verwenden Sie eine geeignete Treiberstufe |
Ein LDR sollte normalerweise als Sensorelement behandelt werden, nicht als das Gerät, das direkt eine Lampe, einen Motor, eine Schützspule oder eine andere Last schaltet. Der Ausgang des Spannungsteilers kann einen Komparator, Transistor, Mikrocontroller-Eingang oder eine andere für die Last gewählte Schnittstelle speisen.
LDR vs. Fotodiode vs. Fototransistor
Diese Geräte reagieren alle auf Licht, liefern jedoch nicht denselben elektrischen Ausgang.
| Gerät | Primäres Ausgangsverhalten | Relative Geschwindigkeit | Am besten geeignet für |
|---|---|---|---|
| LDR / Fotowiderstand | Widerstand ändert sich mit Licht | Relativ langsam | Umgebungshelligkeit und einfache Schwellenwertsteuerung |
| Fotodiode | Licht erzeugt einen Strom, der proportional zum optischen Eingang ist | Schnell | Messung, Kommunikation und schnelle Erkennung |
| Phototransistor | Licht steuert den Transistorstrom | Schneller als ein typischer LDR, mit Verstärkung | Objekterkennung und Schalten, bei denen eine höhere Empfindlichkeit nützlich ist |
| Digitaler Umgebungslichtsensor | Kalibrierter digitaler oder verarbeiteter Ausgang | Geräteabhängig | Systeme, die Wiederholgenauigkeit, digitale Integration oder lux-orientierte Daten erfordern |
Wählen Sie einen LDR, wenn Einfachheit und eine breite Umgebungslichtdetektion wichtiger sind als Geschwindigkeit, Linearität und kalibrierte Messung. Wählen Sie einen anderen optischen Sensor, wenn die Anwendung eine schnelle Reaktion, wiederholbare Lux-Messwerte, eine definierte spektrale Anpassung oder digitale Kommunikation erfordert.
Wichtige LDR-Einschränkungen
Ein LDR-Design sollte diese Einschränkungen berücksichtigen:
- Nichtlinearität: Der Widerstand ändert sich nicht proportional zu Lux.
- Ansprechverzögerung: der Widerstand benötigt Zeit, um sich nach Beleuchtungsänderungen zu stabilisieren.
- Bauteiltoleranz: Geräte derselben Produktfamilie können einen breiten Widerstandsbereich aufweisen.
- Temperaturabhängigkeit: die Schaltschwelle kann sich bei Temperaturänderungen verschieben.
- Spektrale Abhängigkeit: Tageslicht und verschiedene Lampentechnologien führen möglicherweise nicht zu gleichwertigen Reaktionen.
- Geschichte und Alterungseffekte: Frühere Beleuchtungs- und Betriebsbedingungen können die Wiederholgenauigkeit beeinflussen.
- Materialkonformität: Viele herkömmliche Fotowiderstände verwenden Cadmiumsulfid. Überprüfen Sie die Materialdeklaration des ausgewählten Bauteils, den Status gemäß RoHS (Restriction of Hazardous Substances), Ausnahmen und die Anforderungen des Zielmarktes, anstatt die Konformität anhand des Bauteilnamens vorauszusetzen. Die RoHS-Ausnahmedatenbank der Europäischen Chemikalienagentur zeigt, dass Cadmium-Ausnahmen anwendungsspezifisch sind.
Diese Einschränkungen machen einen LDR nicht ungeeignet. Sie definieren die Aufgaben, die er gut erfüllt: kostengünstige Hell-/Dunkelerkennung und eine ungefähre Umgebungslichtsteuerung mit einer Schaltung, die auf seine Toleranzen ausgelegt ist.
Häufig Gestellte Fragen
Was ist die Langform von LDR?
LDR steht für Fotowiderstand (lichtabhängiger Widerstand). Er ist auch als Fotowiderstand oder lichtabhängiger Widerstand bekannt.
Nimmt der Widerstand eines LDR bei Lichteinfall zu oder ab?
Bei einem herkömmlichen LDR nimmt der Widerstand mit zunehmendem Lichteinfall ab und steigt bei abnehmender Lichtintensität.
Besitzt ein LDR eine Polarität?
Nein. Ein einfacher LDR mit zwei Anschlussklemmen ist nicht polarisiert, sodass jede Anschlussklemme in beide Richtungen angeschlossen werden kann. Seine Position relativ zum Festwiderstand bestimmt, ob die Ausgangsspannung eines Spannungsteilers bei Lichteinfall steigt oder fällt.
Ist ein LDR ein aktives oder passives Bauelement?
Ein LDR ist ein passives Bauelement. Er ändert seinen Widerstand in Abhängigkeit vom Licht, liefert jedoch keine Leistungsverstärkung oder einen eigenversorgten digitalen Ausgang.
Kann ein LDR Lux genau messen?
Ein LDR kann relative Lichtänderungen anzeigen und über einen begrenzten Bereich kalibriert werden, ist jedoch im Allgemeinen nicht die erste Wahl für eine genaue Lux-Messung. Sein nichtlineares Ansprechverhalten, seine Toleranz, spektrale Empfindlichkeit, Temperaturabhängigkeit und Ansprechzeit müssen berücksichtigt werden.
Zusammenfassung
LDR bedeutet Fotowiderstand (lichtabhängiger Widerstand). Die Komponente nutzt Photoleitfähigkeit: Mehr einfallendes Licht erzeugt mehr Ladungsträger, was die Leitfähigkeit erhöht und den Widerstand senkt. Er verfügt über zwei nicht polarisierte Anschlussklemmen und wird üblicherweise in einem Spannungsteiler verwendet, um Lichtänderungen in eine messbare Spannung umzuwandeln.
Wählen Sie für ein zuverlässiges Design einen LDR anhand seines beleuchteten Widerstands unter angegebenen Bedingungen, des Dunkelwiderstands, der spektralen Empfindlichkeit, der Ansprechzeit, der Spannungs- und Leistungsgrenzen, des Temperaturbereichs und der Dokumentation zur Materialkonformität aus. Übertragen Sie den “typischen” Widerstand eines Modells nicht auf jeden LDR.