در این صفحه
LDR مخفف مقاومت وابسته به نور است. این قطعه یک حسگر نوری غیرفعال دو ترمیناله است که مقاومت الکتریکی آن معمولاً با افزایش تابش نور به سطح حساس آن، کاهش مییابد. LDR همچنین با نامهای فتورزیستور, سلول فوتوکانداکتیو, ، و گاهی اوقات فتوسل.
برخلاف فوتودیود یا فوتوترانزیستور، LDR به تنهایی جریان خروجی مشخصی تولید نمیکند. این قطعه به عنوان یک مقاومت متغیر عمل میکند، بنابراین در یک مدار کاربردی معمولاً با یک مقاومت ثابت، مقایسهگر، ترانزیستور، رله یا ورودی کنترلکننده ترکیب میشود.
| نکته سریع درباره LDR | پاسخ |
|---|---|
| شکل کامل | مقاومت وابسته به نور |
| نوع قطعه | سنسور فوتوکانداکتیو غیرفعال |
| پایانه | دو |
| قطبیت | هیچکدام |
| نور بیشتر معمولاً باعث میشود | مقاومت کمتر |
| نور کمتر معمولاً باعث میشود | مقاومت بیشتر |
| نقش رایج در مدار | یک المان از تقسیمکننده ولتاژ |
| محدودیت اصلی | غیرخطی و دارای پاسخ نسبتاً کند در مقایسه با آشکارسازهای نوری نیمههادی |
LDR یکی از اختصارات موجود در VIOX است مرجع اشکال کامل الکتریکی. این مقاله رفتار الکتریکی پشت آن تعریف را توضیح میدهد.
LDR در کارهای الکتریکی و الکترونیکی به چه معناست؟
نام این قطعه مستقیماً آن را توصیف میکند:
- وابسته به نور به این معنی است که مقاومت آن با نوری که به آن میتابد تغییر میکند.
- مقاومت به این معنی است که متغیر الکتریکی مقاومت است که با اهم اندازهگیری میشود.
در تاریکی، حاملهای بار نسبتاً کمی در ماده حساس به نور موجود است، بنابراین مقاومت بالا است. هنگامی که ماده نور مناسب را جذب میکند، حاملهای بار اضافی در دسترس قرار میگیرند و رسانایی افزایش مییابد. در نتیجه مقاومت کاهش مییابد.
این رابطه معکوس، رفتار تعیینکننده آن است:
شدت روشنایی بالاتر معمولاً منجر به مقاومت کمتر LDR میشود؛ شدت روشنایی پایینتر معمولاً منجر به مقاومت بالاتر LDR میشود.
کلمه “معمولاً” اهمیت دارد. مقاومت دقیق به جنس قطعه، طول موج نور، شدت روشنایی، دما، تابش قبلی و روش آزمون ذکر شده توسط سازنده بستگی دارد.
آیا LDR همان فوتورزیستور است؟
بله. مقاومت وابسته به نور (LDR) و فتورزیستور معمولاً به یک کلاس قطعه اشاره دارند. “سلول فوتوکانداکتیو” اصطلاح فنی توصیفیتری است زیرا این قطعه از طریق فوتوکانداکتیویته (رسانایی نوری) عمل میکند.
“فوتوسل” نیز میتواند به معنای LDR باشد، اما اصطلاحی گستردهتر است و ممکن است به سایر دستگاههای حساس به نور یا مجموعههای کنترلی کامل اشاره داشته باشد. بنابراین، در صورتحساب مواد (BOM) باید به جای تکیه بر واژه “فوتوسل” به تنهایی، از نام دقیق قطعه و شماره فنی آن استفاده کرد.
LDR چگونه کار میکند؟
یک LDR از یک مسیر نیمههادی حساس به نور استفاده میکند که بین دو ترمینال رسانا تشکیل شده است. این مسیر اغلب به صورت مارپیچ طراحی میشود تا مقاومت مفیدی را در یک ناحیه حسگر فشرده فراهم کند.
عملکرد آن مبتنی بر رسانایی نوری:
- در نور کم، ماده حاملهای بار متحرک کمی دارد و مقاومت بالایی نشان میدهد.
- فوتونهای تابیده شده، انرژی را به الکترونهای موجود در ماده حساس به نور منتقل میکنند.
- فوتونهایی که انرژی کافی دارند، تعداد حاملهای بار موجود را افزایش میدهند.
- رسانایی افزایش مییابد، بنابراین مقاومت کاهش مییابد.
- هنگامی که نور حذف میشود، دستگاه به سمت مقاومت تاریکی خود باز میگردد، اما نه به صورت آنی.
پاسخ دستگاه به شدت نور و طول موج بستگی دارد. دستگاهی که به نور سبز مرئی واکنش شدیدی نشان میدهد، ممکن است تحت نور مادون قرمز رفتار متفاوتی داشته باشد، حتی اگر یک نورسنج عمومی، شدت روشنایی مشابهی را گزارش کند.
مقاومت در برابر شدت روشنایی غیرخطی است
یک LDR یک سنسور لوکس خطی دقیق نیست. در یک محدوده مشخص، تولیدکنندگان ممکن است رفتار آن را با استفاده از یک رابطه تجربی مانند زیر نشان دهند:
R = A × E^(-γ)جایی که:
Rمقاومت سلول است؛;ایشدت روشنایی است؛;الفیک ثابت وابسته به دستگاه است؛;γشیب منحنی مقاومت نسبت به شدت روشنایی را توصیف میکند.
هر دو ثابت، وابسته به مدل و شرایط هستند. این معادله تنها زمانی برای تخمین رفتار سیستم الکتریکی مفید است که با منحنی برگه اطلاعات دستگاه انتخابشده یا نمونههای اندازهگیریشده مطابقت داده شود. نباید با آن به عنوان یک فرمول جهانی LDR برخورد کرد.
نماد و قطبیت LDR
نماد مدار بر اساس نماد مقاومت با دو پیکان که به سمت آن اشاره دارند، ترسیم میشود. پیکانها نشاندهنده نور تابشی هستند. بسته به قرارداد ترسیم، مقاومت و پیکانها ممکن است داخل یک دایره قرار بگیرند.
یک LDR معمولی دارای هیچ ترمینال مثبت یا منفی نیست. هر یک از پایهها میتوانند به منبع تغذیه یا زمین متصل شوند. آنچه پاسخ مدار را تغییر میدهد، قطبیت LDR نیست، بلکه موقعیت آن در مدار است.
این تمایز از یک سوءتفاهم رایج جلوگیری میکند: معکوس کردن LDR، عملکرد حسگری آن را معکوس نمیکند، اما جابهجایی LDR و مقاومت ثابت در یک تقسیمکننده ولتاژ، جهت تغییر ولتاژ خروجی را معکوس میکند.
نحوه عملکرد LDR در یک تقسیمکننده ولتاژ
یک کنترلکننده معمولاً نمیتواند مقاومت را مستقیماً در ورودی ولتاژ استاندارد اندازهگیری کند. راهحل متداول، جفت کردن LDR با یک مقاومت ثابت و تبدیل تغییر مقاومت به تغییر ولتاژ است.
LDR متصل به سمت منبع تغذیه
اگر LDR بین Vin و گره خروجی متصل باشد و مقاومت ثابت بین خروجی و زمین قرار گیرد:
Vout = Vin × Rfixed / (RLDR + Rfixed)با افزایش نور،, RLDR کاهش مییابد. مخرج کسر کوچکتر میشود، بنابراین ولتاژ خروجی افزایش مییابد.
LDR متصل به سمت زمین
اگر مقاومت ثابت به Vin و LDR بین خروجی و زمین متصل باشد:
Vout = Vin × RLDR / (Rfixed + RLDR)با افزایش نور،, RLDR کاهش مییابد، بنابراین ولتاژ خروجی افت میکند.
| پاسخ مطلوب به افزایش نور | آرایش تقسیمکننده |
|---|---|
| ولتاژ خروجی باید افزایش یابد | LDR به سمت منبع تغذیه، مقاومت ثابت به سمت زمین |
| ولتاژ خروجی باید افت کند | مقاومت ثابت به سمت منبع تغذیه، LDR به سمت زمین |
مقاومت ثابت، محدوده حسگری مفید را تعیین میکند. یک نقطه شروع عملی اغلب مقاومتی نزدیک به مقدار مورد انتظار LDR در آستانه سوئیچینگ مورد نظر است که پس از آن باید تحت طیف واقعی لامپ، هندسه نصب، دما و شرایط محفظه تأیید شود.
چگونه یک برگه اطلاعات LDR را بخوانیم
یک LDR را تنها بر اساس قطر یا “مقاومت نوری” تبلیغشده انتخاب نکنید. شرایط آزمون پیوستشده به هر رتبهبندی، بخشی از مشخصات فنی است.
| پارامتر برگه اطلاعات | آنچه به شما میگوید | چرا شرایط آزمون اهمیت دارد |
|---|---|---|
| مقاومت در حالت روشن | مقاومت در شدت روشنایی مشخصشده | سطح لوکس، طیف منبع یا دمای رنگ و تلورانس بر مقدار آن تأثیر میگذارند |
| مقاومت در حالت تاریک | مقاومت پس از حذف نور | تولیدکنندگان ممکن است یک دوره تاریکی مشخص را پیش از اندازهگیری تعیین کنند |
| نسبت مقاومت یا ضریب حساسیت | تغییر بین دو سطح نوری بیانشده | مفید برای محدوده آستانه و مقایسه قطعه با قطعه |
| پاسخ طیفی | محدوده طول موج و اوج حساسیت | یک دستگاه ممکن است نسبت به نور روز، LEDها و منابع مادون قرمز پاسخ متفاوتی نشان دهد |
| زمان صعود و نزول | سرعت پاسخدهی از حالت روشن به تاریک و از تاریک به روشن | این دو جهت میتوانند زمانهای پاسخدهی متفاوتی داشته باشند |
| حداکثر ولتاژ و توان | محدودیتهای تنش الکتریکی | تجاوز از هر یک از این محدودیتها میتواند باعث آسیب یا انحراف عملکرد سلول شود |
| دمای عملیاتی | محدوده دمای مجاز محیط یا بدنه | مقاومت و آستانه سوئیچینگ ممکن است با تغییر دما تغییر کنند |
برای مثال، شرکت Luna Optoelectronics PDV-P9001 در برگه اطلاعات، مقاومت در حالت روشن تحت شدت نور 10 lux از یک منبع 2856 K، مقاومت در حالت تاریکی پس از یک بازه زمانی مشخص، پاسخ طیفی، و زمانهای جداگانه صعود و سقوط را تعیین میکند. این ارقام برای آن مدل مفید هستند زیرا شرایط تعریف شدهاند؛ آنها مقادیر جهانی برای LDR نیستند. مشاهده کنید: برگه اطلاعات سازنده PDV-P9001.
LDRها کجا استفاده میشوند؟
LDRها زمانی مناسب هستند که یک مدار به نشانگر اقتصادی برای روشنایی محیط نیاز داشته باشد و نیازی به اندازهگیری نوری با سرعت بالا یا دقت بالا نباشد.
| کاربرد | نحوه استفاده از LDR | ملاحظات طراحی |
|---|---|---|
| روشنایی خودکار از غروب تا طلوع | تشخیص عبور نور محیط از یک آستانه مشخص | افزودن هیسترزیس یا تأخیر برای جلوگیری از نوسان (chatter) در نزدیکی نقطه سوئیچینگ |
| کنترل روشنایی نمایشگر | تنظیم نور پسزمینه متناسب با روشنایی اتاق | در نظر گرفتن پنجرههای محفظه و نور ساطعشده از خود نمایشگر |
| هشدارهای نوری و تاریکی | تغییر وضعیت مقایسهگر (comparator) هنگام مسدود شدن یا تابش نور | سنسور را در برابر منابع نوری ناخواسته محافظت کنید |
| کنترلهای دوربین یا مصرفکننده | نمایشگر کلی نور محیط را فراهم میکند | کالیبراسیون و سرعت پاسخدهی ممکن است دقت را محدود کنند |
| مدارهای کنترل آموزشی | نحوه حسگری، تقسیمکنندهها، سوئیچینگ ترانزیستوری یا کنترل رله را نشان میدهد | جریان بار را از LDR دور نگه دارید و از یک طبقه درایور مناسب استفاده کنید |
یک LDR معمولاً باید به عنوان یک عنصر حسگر در نظر گرفته شود، نه به عنوان دستگاهی که مستقیماً یک لامپ، موتور، بوبین کنتاکتور یا سایر بارها را سوئیچ میکند. خروجی تقسیمکننده میتواند به یک مقایسهگر، ترانزیستور، ورودی میکروکنترلر یا رابط دیگری که برای بار انتخاب شده است، متصل شود.
LDR در مقابل فوتودیود در مقابل فوتوترانزیستور
همه این تجهیزات به نور واکنش نشان میدهند، اما خروجی الکتریکی یکسانی ارائه نمیدهند.
| دستگاه | رفتار خروجی اولیه | سرعت نسبی | بهترین گزینه |
|---|---|---|---|
| LDR / مقاومت نوری | تغییر مقاومت با نور | نسبتاً کند | روشنایی محیط و کنترل آستانه ساده |
| فتودیود | نور جریانی متناسب با ورودی نوری تولید میکند | سریع | اندازهگیری، ارتباطات و تشخیص سریع |
| فوتوترانزیستور | نور جریان ترانزیستور را کنترل میکند | سریعتر از یک LDR معمولی، همراه با بهره | تشخیص اشیاء و سوئیچینگ در مواردی که حساسیت بیشتر مفید است |
| سنسور دیجیتال نور محیط | خروجی دیجیتال کالیبرهشده یا پردازششده | وابسته به دستگاه | سیستمهایی که نیازمند تکرارپذیری، یکپارچهسازی دیجیتال یا دادههای مبتنی بر لوکس هستند |
زمانی که سادگی و تشخیص گسترده نور محیط اهمیت بیشتری نسبت به سرعت، خطی بودن و اندازهگیری کالیبرهشده دارد، یک LDR انتخاب کنید. زمانی که کاربرد نیازمند پاسخ سریع، خوانشهای لوکس تکرارپذیر، تطابق طیفی مشخص یا ارتباط دیجیتال است، حسگر نوری دیگری انتخاب کنید.
محدودیتهای مهم LDR
طراحی LDR باید این محدودیتها را در نظر بگیرد:
- غیرخطی بودن: مقاومت به صورت متناسب با لوکس تغییر نمیکند.
- تأخیر پاسخ: پس از تغییرات روشنایی، زمان میبرد تا مقاومت تثبیت شود.
- تلورانس قطعه: دستگاههای متعلق به یک خانواده میتوانند محدوده مقاومت گستردهای داشته باشند.
- وابستگی به دما: با تغییر دما، آستانه سوئیچینگ ممکن است جابهجا شود.
- وابستگی طیفی: نور روز و فناوریهای مختلف لامپ ممکن است پاسخهای یکسانی ایجاد نکنند.
- اثرات تاریخچه و پیری: شرایط روشنایی و سرویس قبلی میتوانند بر تکرارپذیری تأثیر بگذارند.
- انطباق مواد: بسیاری از مقاومتهای نوری سنتی از سولفید کادمیوم استفاده میکنند. به جای فرض انطباق از روی نام قطعه، اظهارنامه مواد قطعه انتخابشده، وضعیت RoHS (محدودیت استفاده از مواد خطرناک)، معافیتها و الزامات بازار مقصد را بررسی کنید. پایگاه داده معافیتهای RoHS آژانس مواد شیمیایی اروپا نشان میدهد که معافیتهای کادمیوم مختص به کاربرد هستند.
این محدودیتها باعث نامناسب بودن LDR نمیشوند. آنها وظایفی را که این قطعه به خوبی انجام میدهد تعریف میکنند: تشخیص نور/تاریکی کمهزینه و کنترل تقریبی نور محیط با مداری که بر اساس تلورانسهای آن طراحی شده است.
سوالات متداول
شکل کامل LDR چیست؟
LDR مخفف مقاومت وابسته به نور. این قطعه با نامهای مقاومت نوری یا سلول فوتورسانا نیز شناخته میشود.
آیا مقاومت LDR با نور افزایش مییابد یا کاهش؟
در یک LDR معمولی، با افزایش نور تابیده شده، مقاومت کاهش مییابد و با کاهش سطح نور، مقاومت افزایش پیدا میکند.
آیا LDR دارای پلاریته است؟
خیر. یک LDR دو ترمیناله پایه، غیرپلاریزه است، بنابراین هر ترمینال میتواند در هر جهتی متصل شود. موقعیت آن نسبت به مقاومت ثابت تعیین میکند که آیا ولتاژ خروجی تقسیمکننده با نور افزایش مییابد یا کاهش.
آیا LDR یک قطعه فعال است یا غیرفعال؟
LDR یک قطعه غیرفعال است. این قطعه در پاسخ به نور، مقاومت خود را تغییر میدهد اما بهره توان یا خروجی دیجیتال خودتغذیه ارائه نمیدهد.
آیا LDR میتواند لوکس را بهدقت اندازهگیری کند؟
یک LDR میتواند تغییرات نسبی نور را نشان دهد و در یک محدوده محدود کالیبره شود، اما بهطور کلی برای اندازهگیری دقیق لوکس، اولین انتخاب نیست. پاسخ غیرخطی، تلورانس، حساسیت طیفی، وابستگی به دما و زمان پاسخ آن، همگی باید در نظر گرفته شوند.
خلاصه
LDR به معنی مقاومت وابسته به نور. این قطعه از خاصیت رسانش نوری استفاده میکند: نور تابیده مناسبتر، حاملهای بار بیشتری ایجاد کرده، رسانایی را افزایش و مقاومت را کاهش میدهد. این قطعه دارای دو ترمینال غیرقطبی است و معمولاً در یک تقسیمکننده ولتاژ برای تبدیل تغییرات نور به یک ولتاژ قابل اندازهگیری استفاده میشود.
برای طراحی مطمئن، یک LDR را بر اساس مقاومت آن در شرایط نوری مشخص، مقاومت در تاریکی، پاسخ طیفی، زمان پاسخ، محدودیتهای ولتاژ و توان، محدوده دما و مستندات انطباق مواد انتخاب کنید. مقاومت “معمولی” یک مدل را به همه LDRها تعمیم ندهید.