Σε αυτή τη σελίδα
Το LDR σημαίνει Light-Dependent Resistor (φωτοεξαρτώμενη αντίσταση). Είναι ένας παθητικός αισθητήρας φωτός δύο ακροδεκτών, του οποίου η ηλεκτρική αντίσταση κανονικά μειώνεται καθώς περισσότερο φως φτάνει στην ευαίσθητη επιφάνειά του. Ένα LDR ονομάζεται επίσης φωτοαντίσταση, φωτοαγώγιμο στοιχείο, ή μερικές φορές φωτοκύτταρο.
Σε αντίθεση με μια φωτοδίοδο ή ένα φωτοτρανζίστορ, ένα LDR δεν παράγει από μόνο του μια καθορισμένη έξοδο ρεύματος. Συμπεριφέρεται ως μεταβλητή αντίσταση, επομένως ένα πρακτικό κύκλωμα το συνδυάζει κανονικά με μια σταθερή αντίσταση, συγκριτή, τρανζίστορ, ρελέ ή είσοδο ελεγκτή.
| Σύντομο γεγονός για LDR | Απάντηση |
|---|---|
| Πλήρης ονομασία | Φωτοαντίσταση |
| Τύπος εξαρτήματος | Παθητικός φωτοαγώγιμος αισθητήρας |
| Ακροδέκτες | Δύο |
| Πολικότητα | Κανένας |
| Περισσότερο φως συνήθως προκαλεί | Χαμηλότερη αντίσταση |
| Λιγότερο φως συνήθως προκαλεί | Υψηλότερη αντίσταση |
| Συνήθης ρόλος κυκλώματος | Ένα στοιχείο διαιρέτη τάσης |
| Κύριος περιορισμός | Μη γραμμική και σχετικά αργή απόκριση σε σύγκριση με τους φωτοανιχνευτές ημιαγωγών |
Το LDR είναι μία από τις συντομογραφίες που περιλαμβάνονται στο VIOX Αναφορά πλήρων όρων ηλεκτρολογίας. Αυτό το άρθρο εξηγεί την ηλεκτρική συμπεριφορά πίσω από αυτόν τον ορισμό.
Τι σημαίνει το LDR στις ηλεκτρολογικές και ηλεκτρονικές εργασίες;
Το όνομα περιγράφει το εξάρτημα άμεσα:
- Φωτοεξαρτώμενο σημαίνει ότι η αντίστασή του μεταβάλλεται ανάλογα με το φως που πέφτει πάνω του.
- Αντιστάτης σημαίνει ότι η ηλεκτρική μεταβλητή είναι η αντίσταση, η οποία μετράται σε ohm.
Στο σκοτάδι, διατίθενται σχετικά λίγοι φορείς φορτίου στο φωτοευαίσθητο υλικό, επομένως η αντίσταση είναι υψηλή. Όταν το υλικό απορροφά κατάλληλο φως, καθίστανται διαθέσιμοι επιπλέον φορείς φορτίου και η αγωγιμότητα αυξάνεται. Επομένως, η αντίσταση μειώνεται.
Αυτή η αντίστροφη σχέση αποτελεί την καθοριστική συμπεριφορά:
Υψηλότερη φωτεινότητα παράγει γενικά χαμηλότερη αντίσταση LDR· χαμηλότερη φωτεινότητα παράγει γενικά υψηλότερη αντίσταση LDR.
Η λέξη “γενικά” έχει σημασία. Η ακριβής αντίσταση εξαρτάται από το υλικό της συσκευής, το μήκος κύματος του φωτός, τη φωτεινότητα, τη θερμοκρασία, την προηγούμενη έκθεση και τη μέθοδο δοκιμής που αναφέρεται από τον κατασκευαστή.
Είναι το LDR το ίδιο με έναν φωτοαντιστάτη;
Ναί. LDR και φωτοαντίσταση αναφέρονται συνήθως στην ίδια κατηγορία εξαρτημάτων. Ο όρος “φωτοαγώγιμο στοιχείο” είναι ο πιο περιγραφικός τεχνικός όρος, επειδή η συσκευή λειτουργεί μέσω φωτοαγωγιμότητας.
“Ο όρος ”φωτοκύτταρο“ μπορεί επίσης να σημαίνει έναν LDR, αλλά είναι ευρύτερος και μπορεί να αναφέρεται σε άλλες φωτοευαίσθητες συσκευές ή πλήρη συγκροτήματα ελέγχου. Επομένως, μια λίστα υλικών θα πρέπει να χρησιμοποιεί το ακριβές όνομα του εξαρτήματος και τον αριθμό ανταλλακτικού αντί να βασίζεται μόνο στον όρο ”φωτοκύτταρο».
Πώς λειτουργεί ένας LDR;
Ένας LDR χρησιμοποιεί μια φωτοευαίσθητη διαδρομή ημιαγωγού που σχηματίζεται μεταξύ δύο αγώγιμων ακροδεκτών. Η διαδρομή είναι συχνά διατεταγμένη σε ελικοειδές μοτίβο για να παρέχει μια χρήσιμη αντίσταση πάνω σε μια συμπαγή περιοχή ανίχνευσης.
Η λειτουργία του βασίζεται στη φωτοαγωγιμότητα:
- Σε χαμηλό φωτισμό, το υλικό έχει λίγους φορείς κινητού φορτίου και παρουσιάζει υψηλή αντίσταση.
- Τα προσπίπτοντα φωτόνια μεταφέρουν ενέργεια στα ηλεκτρόνια του φωτοευαίσθητου υλικού.
- Τα φωτόνια με επαρκή ενέργεια αυξάνουν τον αριθμό των διαθέσιμων φορέων φορτίου.
- Η αγωγιμότητα αυξάνεται, επομένως η αντίσταση μειώνεται.
- Όταν το φως απομακρύνεται, η συσκευή επανέρχεται προς την αντίσταση σκοταδιού της, αλλά όχι ακαριαία.
Η απόκριση εξαρτάται τόσο από την ένταση του φωτός όσο και από το μήκος κύματος. Μια συσκευή που αποκρίνεται έντονα στο ορατό πράσινο φως ενδέχεται να συμπεριφέρεται διαφορετικά υπό υπέρυθρο φως, ακόμη και όταν ένα μετρητή φωτός γενικής χρήσης αναφέρει παρόμοια φωτεινότητα.
Η αντίσταση σε σχέση με τη φωτεινότητα είναι μη γραμμική
Ένας LDR δεν είναι ένας αισθητήρας lux γραμμικής ακριβείας. Σε μια καθορισμένη περιοχή, οι κατασκευαστές ενδέχεται να αναπαριστούν τη συμπεριφορά του χρησιμοποιώντας μια εμπειρική σχέση όπως:
R = A × E^(-γ)όπου:
Rείναι η αντίσταση του στοιχείου;Eείναι η φωτεινότητα;Aείναι μια σταθερά που εξαρτάται από τη συσκευή·;γπεριγράφει την κλίση της καμπύλης αντίστασης-φωτεινότητας.
Και οι δύο σταθερές εξαρτώνται από το μοντέλο και τις συνθήκες. Η εξίσωση είναι χρήσιμη για την εκτίμηση της συμπεριφοράς του κυκλώματος μόνο όταν προσαρμόζεται στην καμπύλη του φύλλου δεδομένων της επιλεγμένης συσκευής ή σε μετρημένα δείγματα. Δεν πρέπει να αντιμετωπίζεται ως ένας καθολικός τύπος LDR.
Σύμβολο και πολικότητα LDR
Το σύμβολο του κυκλώματος βασίζεται στο σύμβολο της αντίστασης με δύο βέλη που δείχνουν προς αυτήν. Τα βέλη αντιπροσωπεύουν το προσπίπτον φως. Ανάλογα με τη σύμβαση σχεδίασης, η αντίσταση και τα βέλη μπορεί να εμφανίζονται μέσα σε κύκλο.
Ένα συνηθισμένο LDR έχει κανέναν θετικό ή αρνητικό ακροδέκτη. Οποιοδήποτε άκρο μπορεί να συνδεθεί προς την τροφοδοσία ή τη γείωση. Αυτό που αλλάζει την απόκριση του κυκλώματος δεν είναι η πολικότητα του LDR, αλλά η θέση του στο κύκλωμα.
Αυτή η διάκριση αποτρέπει μια κοινή παρανόηση: η αντιστροφή ενός LDR δεν αντιστρέφει τη λειτουργία ανίχνευσής του, αλλά η εναλλαγή του LDR και της σταθερής αντίστασης σε έναν διαιρέτη τάσης αντιστρέφει την κατεύθυνση της μεταβολής της τάσης εξόδου.
Πώς λειτουργεί ένα LDR σε έναν διαιρέτη τάσης
Ένας ελεγκτής δεν μπορεί κανονικά να μετρήσει την αντίσταση απευθείας σε μια τυπική είσοδο τάσης. Η κοινή λύση είναι ο συνδυασμός του LDR με μια σταθερή αντίσταση και η μετατροπή της μεταβολής της αντίστασης σε μεταβολή της τάσης.
LDR συνδεδεμένο προς την τροφοδοσία
Εάν το LDR είναι συνδεδεμένο μεταξύ Vin και του κόμβου εξόδου, και η σταθερή αντίσταση είναι συνδεδεμένη μεταξύ της εξόδου και της γείωσης:
Vout = Vin × Rfixed / (RLDR + Rfixed)Καθώς η φωτεινότητα αυξάνεται, RLDR μειώνεται. Ο παρονομαστής γίνεται μικρότερος, επομένως η τάση εξόδου αυξάνεται.
LDR συνδεδεμένο προς τη γείωση
Εάν η σταθερή αντίσταση είναι συνδεδεμένη στο Vin και το LDR είναι συνδεδεμένο μεταξύ της εξόδου και της γείωσης:
Vout = Vin × RLDR / (Rfixed + RLDR)Καθώς η φωτεινότητα αυξάνεται, RLDR πέφτει, οπότε η τάση εξόδου πέφτει.
| Επιθυμητή απόκριση στην αύξηση του φωτισμού | Διάταξη διαιρέτη |
|---|---|
| Η τάση εξόδου πρέπει να αυξάνεται | LDR προς την τροφοδοσία, σταθερή αντίσταση προς τη γείωση |
| Η τάση εξόδου πρέπει να πέφτει | Σταθερή αντίσταση προς την τροφοδοσία, LDR προς τη γείωση |
Η σταθερή αντίσταση καθορίζει το χρήσιμο εύρος ανίχνευσης. Ένα πρακτικό σημείο εκκίνησης είναι συχνά μια αντίσταση κοντά στην αναμενόμενη τιμή του LDR στο επιδιωκόμενο κατώφλι μεταγωγής, η οποία ακολουθείται από επαλήθευση υπό το πραγματικό φάσμα της λυχνίας, τη γεωμετρία τοποθέτησης, τη θερμοκρασία και τις συνθήκες του περιβλήματος.
Πώς να διαβάσετε ένα φύλλο δεδομένων LDR
Μην επιλέγετε ένα LDR μόνο με βάση τη διάμετρο ή μια διαφημιζόμενη “αντίσταση φωτός”. Οι συνθήκες δοκιμής που συνοδεύουν κάθε ονομαστική τιμή αποτελούν μέρος της προδιαγραφής.
| Παράμετρος φύλλου δεδομένων | Τι σας λέει | Γιατί η συνθήκη δοκιμής έχει σημασία |
|---|---|---|
| Αντίσταση υπό φωτισμό | Αντίσταση σε καθορισμένη ένταση φωτισμού | Το επίπεδο Lux, το φάσμα της πηγής ή η θερμοκρασία χρώματος και η ανοχή επηρεάζουν την τιμή |
| Αντίσταση στο σκοτάδι | Αντίσταση μετά την απομάκρυνση του φωτός | Οι κατασκευαστές ενδέχεται να ορίζουν μια καθορισμένη περίοδο σκοταδιού πριν από τη μέτρηση |
| Λόγος αντίστασης ή συντελεστής ευαισθησίας | Μεταβολή μεταξύ δύο καθορισμένων επιπέδων φωτισμού | Χρήσιμο για το εύρος κατωφλίου και τη σύγκριση μεταξύ εξαρτημάτων |
| Φασματική απόκριση | Εύρος μήκους κύματος και μέγιστη ευαισθησία | Μια συσκευή ενδέχεται να αποκρίνεται διαφορετικά στο φως της ημέρας, στα LED και στις πηγές υπέρυθρης ακτινοβολίας |
| Χρόνος ανόδου και καθόδου | Ταχύτητα απόκρισης από το φως στο σκοτάδι και από το σκοτάδι στο φως | Οι δύο κατευθύνσεις μπορεί να έχουν διαφορετικούς χρόνους απόκρισης |
| Μέγιστη τάση και ισχύς | Όρια ηλεκτρικής καταπόνησης | Η υπέρβαση οποιουδήποτε ορίου μπορεί να προκαλέσει βλάβη ή απόκλιση στο στοιχείο |
| Θερμοκρασία λειτουργίας | Επιτρεπόμενο εύρος θερμοκρασίας περιβάλλοντος ή σώματος | Η αντίσταση και το κατώφλι μεταγωγής ενδέχεται να μεταβληθούν ανάλογα με τη θερμοκρασία |
Για παράδειγμα, η Luna Optoelectronics PDV-P9001 στο φύλλο δεδομένων καθορίζει την αντίσταση υπό φωτισμό κάτω από 10 lux από πηγή 2856 K, την αντίσταση στο σκοτάδι μετά από καθορισμένο χρονικό διάστημα, τη φασματική απόκριση, καθώς και τους ξεχωριστούς χρόνους ανόδου και καθόδου. Αυτά τα στοιχεία είναι χρήσιμα για το συγκεκριμένο μοντέλο επειδή οι συνθήκες είναι καθορισμένες· δεν αποτελούν καθολικές τιμές LDR. Δείτε το φύλλο δεδομένων του κατασκευαστή για το PDV-P9001.
Πού χρησιμοποιούνται τα LDR;
Τα LDR είναι κατάλληλα όταν ένα κύκλωμα απαιτεί μια οικονομική ένδειξη της φωτεινότητας του περιβάλλοντος και δεν απαιτείται οπτική μέτρηση υψηλής ταχύτητας ή ακρίβειας.
| Εφαρμογή | Πώς χρησιμοποιείται το LDR | Σχεδιαστική θεώρηση |
|---|---|---|
| Αυτόματος φωτισμός από το σούρουπο έως την αυγή | Ανιχνεύει πότε το φως περιβάλλοντος διασχίζει ένα κατώφλι | Προσθέστε υστέρηση ή καθυστέρηση για την αποφυγή ταλαντώσεων κοντά στο σημείο μεταγωγής |
| Έλεγχος φωτεινότητας οθόνης | Ρυθμίζει τον οπίσθιο φωτισμό ανάλογα με τον φωτισμό του δωματίου | Λάβετε υπόψη τα παράθυρα του περιβλήματος και το φως που εκπέμπει η ίδια η οθόνη |
| Συναγερμοί φωτός και σκότους | Αλλάζει την κατάσταση του συγκριτή όταν το φως διακόπτεται ή εισάγεται | Θωρακίστε τον αισθητήρα από ανεπιθύμητες πηγές φωτός |
| Χειριστήρια κάμερας ή καταναλωτή | Παρέχει μια γενική ένδειξη φωτισμού περιβάλλοντος | Η βαθμονόμηση και η ταχύτητα απόκρισης ενδέχεται να περιορίζουν την ακρίβεια |
| Εκπαιδευτικά κυκλώματα ελέγχου | Επιδεικνύει ανίχνευση, διαιρέτες, μεταγωγή τρανζίστορ ή έλεγχο με ρελέ | Κρατήστε το ρεύμα φορτίου εκτός του LDR και χρησιμοποιήστε ένα κατάλληλο στάδιο οδήγησης |
Ένα LDR θα πρέπει συνήθως να αντιμετωπίζεται ως στοιχείο ανίχνευσης και όχι ως η συσκευή που μεταγωγεί απευθείας μια λάμπα, έναν κινητήρα, ένα πηνίο επαφέα ή άλλο φορτίο. Η έξοδος του διαιρέτη μπορεί να τροφοδοτήσει έναν συγκριτή, ένα τρανζίστορ, μια είσοδο μικροελεγκτή ή άλλη διεπαφή επιλεγμένη για το φορτίο.
LDR έναντι φωτοδιόδου έναντι φωτοτρανζίστορ
Όλες αυτές οι συσκευές αποκρίνονται στο φως, αλλά δεν παρέχουν την ίδια ηλεκτρική έξοδο.
| Συσκευή | Κύρια συμπεριφορά εξόδου | Σχετική ταχύτητα | Καλύτερη εφαρμογή |
|---|---|---|---|
| LDR / φωτοαντίσταση | Η αντίσταση μεταβάλλεται με το φως | Σχετικά αργή | Φωτεινότητα περιβάλλοντος και απλός έλεγχος ορίου |
| Φωτοδίοδος | Το φως παράγει ένα ρεύμα σχετικό με την οπτική είσοδο | Γρήγορη | Μέτρηση, επικοινωνία και ταχεία ανίχνευση |
| Φωτοτρανζίστορ | Το φως ελέγχει το ρεύμα του τρανζίστορ | Ταχύτερο από ένα τυπικό LDR, με ενίσχυση | Ανίχνευση αντικειμένων και μεταγωγή όπου η μεγαλύτερη ευαισθησία είναι χρήσιμη |
| Ψηφιακός αισθητήρας φωτός περιβάλλοντος | Βαθμονομημένη ψηφιακή ή επεξεργασμένη έξοδος | Εξαρτώμενο από τη συσκευή | Συστήματα που απαιτούν επαναληψιμότητα, ψηφιακή ενσωμάτωση ή δεδομένα προσανατολισμένα σε lux |
Επιλέξτε έναν LDR όταν η απλότητα και η ανίχνευση ευρέος φωτός περιβάλλοντος είναι πιο σημαντικά από την ταχύτητα, τη γραμμικότητα και τη βαθμονομημένη μέτρηση. Επιλέξτε έναν άλλο οπτικό αισθητήρα όταν η εφαρμογή απαιτεί ταχεία απόκριση, επαναλήψιμες ενδείξεις lux, καθορισμένη φασματική αντιστοίχιση ή ψηφιακή επικοινωνία.
Σημαντικοί περιορισμοί των LDR
Ένας σχεδιασμός με LDR πρέπει να λαμβάνει υπόψη αυτούς τους περιορισμούς:
- Μη γραμμικότητα: η αντίσταση δεν μεταβάλλεται ανάλογα με τα lux.
- Καθυστέρηση απόκρισης: η αντίσταση χρειάζεται χρόνο για να σταθεροποιηθεί μετά από μεταβολές του φωτισμού.
- Ανοχή εξαρτήματος: συσκευές από την ίδια οικογένεια μπορεί να έχουν ευρύ φάσμα αντίστασης.
- Εξάρτηση από τη θερμοκρασία: το κατώφλι μεταγωγής μπορεί να μετατοπίζεται καθώς αλλάζει η θερμοκρασία.
- Φασματική εξάρτηση: το φως της ημέρας και οι διαφορετικές τεχνολογίες λαμπτήρων ενδέχεται να μην παράγουν ισοδύναμες αποκρίσεις.
- Ιστορικό και επιδράσεις γήρανσης: οι προηγούμενες συνθήκες φωτισμού και λειτουργίας μπορούν να επηρεάσουν την επαναληψιμότητα.
- Συμμόρφωση υλικών: πολλοί παραδοσιακοί φωτοαντιστάτες χρησιμοποιούν θειούχο κάδμιο. Επαληθεύστε τη δήλωση υλικών του επιλεγμένου εξαρτήματος, το καθεστώς RoHS (Restriction of Hazardous Substances), τις εξαιρέσεις και τις απαιτήσεις της αγοράς προορισμού αντί να υποθέτετε τη συμμόρφωση από το όνομα του εξαρτήματος. Η βάση δεδομένων εξαιρέσεων RoHS του Ευρωπαϊκού Οργανισμού Χημικών Προϊόντων δείχνει ότι οι εξαιρέσεις για το κάδμιο αφορούν συγκεκριμένες εφαρμογές.
Αυτοί οι περιορισμοί δεν καθιστούν έναν LDR ακατάλληλο. Καθορίζουν τις εργασίες στις οποίες αποδίδει καλά: ανίχνευση φωτός/σκότους χαμηλού κόστους και κατά προσέγγιση έλεγχο φωτισμού περιβάλλοντος με κύκλωμα σχεδιασμένο γύρω από τις ανοχές του.
Συχνές Ερωτήσεις
Ποια είναι η πλήρης ονομασία του LDR;
Το LDR σημαίνει Φωτοαντίσταση. Είναι επίσης γνωστό ως φωτοαντίσταση ή φωτοαγώγιμο στοιχείο.
Αυξάνεται ή μειώνεται η αντίσταση του LDR με το φως;
Για ένα συμβατικό LDR, η αντίσταση μειώνεται καθώς αυξάνεται το προσπίπτον φως και αυξάνεται καθώς μειώνεται η στάθμη του φωτός.
Έχει πολικότητα το LDR;
Όχι. Ένα βασικό LDR δύο ακροδεκτών δεν είναι πολωμένο, επομένως οποιοσδήποτε ακροδέκτης μπορεί να συνδεθεί προς οποιαδήποτε κατεύθυνση. Η θέση του σε σχέση με τη σταθερή αντίσταση καθορίζει αν η τάση εξόδου ενός διαιρέτη αυξάνεται ή μειώνεται με το φως.
Είναι το LDR ενεργό ή παθητικό εξάρτημα;
Το LDR είναι παθητικό εξάρτημα. Μεταβάλλει την αντίστασή του ως απόκριση στο φως, αλλά δεν παρέχει ενίσχυση ισχύος ή αυτοτροφοδοτούμενη ψηφιακή έξοδο.
Μπορεί ένας LDR να μετρήσει lux με ακρίβεια;
Ένας LDR μπορεί να υποδείξει σχετικές μεταβολές στο φως και μπορεί να βαθμονομηθεί σε περιορισμένο εύρος, αλλά γενικά δεν αποτελεί την πρώτη επιλογή για ακριβή μέτρηση lux. Η μη γραμμική απόκριση, η ανοχή, η φασματική ευαισθησία, η εξάρτηση από τη θερμοκρασία και ο χρόνος απόκρισης πρέπει να ληφθούν υπόψη.
Περίληψη
LDR σημαίνει Φωτοαντίσταση. Το εξάρτημα χρησιμοποιεί τη φωτοαγωγιμότητα: περισσότερο προσπίπτον φως δημιουργεί περισσότερους φορείς φορτίου, αυξάνοντας την αγωγιμότητα και μειώνοντας την αντίσταση. Διαθέτει δύο μη πολωμένους ακροδέκτες και χρησιμοποιείται συνήθως σε διαιρέτη τάσης για τη μετατροπή των μεταβολών του φωτός σε μετρήσιμη τάση.
Για αξιόπιστο σχεδιασμό, επιλέξτε έναν LDR βάσει της αντίστασής του υπό φωτισμό υπό καθορισμένες συνθήκες, της αντίστασης στο σκοτάδι, της φασματικής απόκρισης, του χρόνου απόκρισης, των ορίων τάσης και ισχύος, του εύρους θερμοκρασίας και της τεκμηρίωσης συμμόρφωσης υλικών. Μην εφαρμόζετε την “τυπική” αντίσταση ενός μοντέλου σε κάθε LDR.
