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LDR signifie Light-Dependent Resistor (photorésistance). Il s'agit d'un capteur de lumière passif à deux bornes dont la résistance électrique diminue normalement à mesure que la lumière atteint sa surface sensible. Une LDR est également appelée photorésistance, cellule photoconductrice, ou parfois cellule photoélectrique.
Contrairement à une photodiode ou à un phototransistor, une LDR ne produit pas de sortie de courant définie par elle-même. Elle se comporte comme une résistance variable ; par conséquent, un circuit pratique l'associe normalement à une résistance fixe, un comparateur, un transistor, un relais ou une entrée de contrôleur.
| Fait rapide sur la LDR | Réponse |
|---|---|
| Forme complète | Photorésistance |
| Type de composant | Capteur photoconducteur passif |
| Terminaux | Deux |
| Polarité | Aucun |
| Plus de lumière provoque normalement | Une résistance plus faible |
| Moins de lumière provoque normalement | Une résistance plus élevée |
| Rôle courant dans le circuit | Un élément d'un diviseur de tension |
| Limitation principale | Réponse non linéaire et relativement lente par rapport aux photodétecteurs à semi-conducteurs |
LDR est l'une des abréviations incluses dans le VIOX Référence des formes complètes en électricité. Cet article explique le comportement électrique derrière cette définition.
Que signifie LDR dans le travail électrique et électronique ?
Le nom décrit directement le composant :
- Dépendant de la lumière signifie que sa résistance change en fonction de la lumière qui tombe dessus.
- Résistance signifie que la variable électrique est la résistance, mesurée en ohms.
Dans l'obscurité, relativement peu de porteurs de charge sont disponibles dans le matériau photosensible, la résistance est donc élevée. Lorsque le matériau absorbe une lumière appropriée, des porteurs de charge supplémentaires deviennent disponibles et la conductivité augmente. La résistance chute par conséquent.
Cette relation inverse est le comportement caractéristique :
Un éclairement plus élevé produit généralement une résistance LDR plus faible ; un éclairement plus faible produit généralement une résistance LDR plus élevée.
Le mot “ généralement ” a son importance. La résistance exacte dépend du matériau du composant, de la longueur d'onde de la lumière, de l'éclairement, de la température, de l'exposition précédente et de la méthode de test indiquée par le fabricant.
Une LDR est-elle la même chose qu'une photorésistance ?
Oui. LDR et photorésistance désignent normalement la même classe de composants. “ Cellule photoconductrice ” est le terme technique le plus descriptif car le dispositif fonctionne par photoconductivité.
“ Cellule photoélectrique ” peut également désigner une LDR, mais le terme est plus large et peut faire référence à d'autres dispositifs photosensibles ou à des ensembles de contrôle complets. Une nomenclature doit donc utiliser le nom précis du composant et la référence de la pièce plutôt que de se fier uniquement au terme “ cellule photoélectrique ”.
Comment fonctionne une LDR ?
Une LDR utilise un chemin semi-conducteur photosensible formé entre deux bornes conductrices. Le chemin est souvent disposé en serpentin pour offrir une résistance utile sur une zone de détection compacte.
Son fonctionnement est basé sur la photoconductivité:
- En faible luminosité, le matériau possède peu de porteurs de charge mobiles et présente une résistance élevée.
- Les photons incidents transfèrent de l'énergie aux électrons dans le matériau photosensible.
- Les photons ayant une énergie suffisante augmentent le nombre de porteurs de charge disponibles.
- La conductivité augmente, donc la résistance diminue.
- Lorsque la lumière est supprimée, le dispositif revient vers sa résistance à l'obscurité, mais pas instantanément.
La réponse dépend à la fois de l'intensité lumineuse et de la longueur d'onde. Un dispositif qui réagit fortement à la lumière verte visible peut se comporter différemment sous une lumière infrarouge, même lorsqu'un luxmètre à usage général indique un éclairement similaire.
La résistance en fonction de l'éclairement est non linéaire
Une LDR n'est pas un capteur de lux linéaire de précision. Sur une plage spécifiée, les fabricants peuvent représenter son comportement à l'aide d'une relation empirique telle que :
R = A × E^(-γ)où :
Rest la résistance de la cellule ;Eest l'éclairement ;Unest une constante dépendante du dispositif ;γdécrit la pente de la courbe résistance-éclairement.
Les deux constantes dépendent du modèle et des conditions. L'équation n'est utile pour estimer le comportement du circuit que lorsqu'elle est ajustée à la courbe de la fiche technique du dispositif sélectionné ou à des échantillons mesurés. Elle ne doit pas être considérée comme une formule LDR universelle.
Symbole et polarité de la LDR
Le symbole du circuit est basé sur un symbole de résistance avec deux flèches pointant vers lui. Les flèches représentent la lumière incidente. Selon la convention de dessin, la résistance et les flèches peuvent apparaître à l'intérieur d'un cercle.
Une LDR ordinaire n'a aucune borne positive ou négative. L'un ou l'autre conducteur peut être connecté vers l'alimentation ou la masse. Ce qui modifie la réponse du circuit n'est pas la polarité de la LDR, mais sa position dans le circuit.
Cette distinction permet d'éviter un malentendu courant : inverser une LDR n'inverse pas son action de détection, mais permuter la LDR et la résistance fixe dans un diviseur de tension inverse le sens de variation de la tension de sortie.
Fonctionnement d'une LDR dans un diviseur de tension
Un contrôleur ne peut normalement pas mesurer directement une résistance sur une entrée de tension standard. La solution courante consiste à associer la LDR à une résistance fixe et à convertir la variation de résistance en une variation de tension.
LDR connectée vers l'alimentation
Si la LDR est connectée entre Vin et le nœud de sortie, et que la résistance fixe est connectée entre la sortie et la masse :
Vout = Vin × Rfixed / (RLDR + Rfixed)À mesure que la luminosité augmente, RLDR chute. Le dénominateur devient plus petit, donc la tension de sortie augmente.
LDR connectée vers la terre
Si la résistance fixe est connectée à Vin et que la LDR est connectée entre la sortie et la terre :
Vout = Vin × RLDR / (Rfixed + RLDR)À mesure que la luminosité augmente, RLDR chute, donc la tension de sortie chute.
| Réponse souhaitée à une augmentation de la luminosité | Montage en diviseur |
|---|---|
| La tension de sortie doit augmenter | LDR vers l'alimentation, résistance fixe vers la masse |
| La tension de sortie doit chuter | Résistance fixe vers l'alimentation, LDR vers la masse |
La résistance fixe détermine la plage de détection utile. Un point de départ pratique est souvent une résistance proche de la valeur attendue de la LDR au seuil de commutation visé, suivi d'une vérification sous le spectre réel de la lampe, la géométrie de montage, la température et les conditions du boîtier.
Comment lire une fiche technique de LDR
Ne sélectionnez pas une LDR uniquement sur la base de son diamètre ou d'une “ résistance à la lumière ” annoncée. Les conditions de test associées à chaque valeur nominale font partie intégrante de la spécification.
| Paramètre de la fiche technique | Ce qu'il vous dit | Pourquoi les conditions de test sont importantes |
|---|---|---|
| Résistance à l'éclairement | Résistance à un éclairement donné | Le niveau de lux, le spectre de la source ou la température de couleur, ainsi que la tolérance, affectent la valeur |
| Résistance à l'obscurité | Résistance après suppression de la lumière | Les fabricants peuvent spécifier une période d'obscurité définie avant la mesure |
| Rapport de résistance ou coefficient de sensibilité | Variation entre deux niveaux d'éclairement indiqués | Utile pour la plage de seuil et la comparaison entre composants |
| Réponse spectrale | Plage de longueurs d'onde et sensibilité maximale | Un appareil peut réagir différemment à la lumière du jour, aux LED et aux sources infrarouges |
| Temps de montée et de descente | Vitesse de réponse de clair à sombre et de sombre à clair | Les deux directions peuvent avoir des temps de réponse différents |
| Tension et puissance maximales | Limites de contrainte électrique | Le dépassement de l'une ou l'autre de ces limites peut endommager la cellule ou entraîner une dérive |
| Température de fonctionnement | Plage de température ambiante ou corporelle autorisée | La résistance et le seuil de commutation peuvent varier en fonction de la température |
Par exemple, le modèle Luna Optoelectronics PDV-P9001 fiche technique spécifie la résistance à l'éclairement sous 10 lux à partir d'une source de 2856 K, la résistance à l'obscurité après un intervalle défini, la réponse spectrale, ainsi que les temps de montée et de descente distincts. Ces chiffres sont utiles pour ce modèle car les conditions sont définies ; il ne s'agit pas de valeurs LDR universelles. Voir la fiche technique du fabricant du PDV-P9001.
Où les LDR sont-elles utilisées ?
Les LDR sont adaptées lorsqu'un circuit nécessite une indication économique de la luminosité ambiante et qu'une mesure optique à haute vitesse ou de précision n'est pas requise.
| Application | Comment la LDR est utilisée | Considération de conception |
|---|---|---|
| Éclairage automatique du crépuscule à l'aube | Détecte lorsque la lumière ambiante franchit un seuil | Ajouter une hystérésis ou un délai pour éviter le battement près du point de commutation |
| Contrôle de la luminosité de l'affichage | Ajuste le rétroéclairage en fonction de l'éclairage de la pièce | Prendre en compte les fenêtres du boîtier et la lumière propre émise par l'affichage |
| Alarmes de lumière et d'obscurité | Change l'état du comparateur lorsque la lumière est bloquée ou introduite | Protégez le capteur des sources lumineuses non désirées |
| Commandes de caméra ou grand public | Fournit une indication large de la lumière ambiante | L'étalonnage et la vitesse de réponse peuvent limiter la précision |
| Circuits de commande pédagogiques | Démontre la détection, les diviseurs, la commutation par transistor ou le contrôle par relais | Maintenez le courant de charge hors de la LDR et utilisez un étage de commande approprié |
Une LDR doit généralement être traitée comme un élément de détection, et non comme le dispositif qui commute directement une lampe, un moteur, une bobine de contacteur ou toute autre charge. La sortie du diviseur peut alimenter un comparateur, un transistor, une entrée de microcontrôleur ou une autre interface sélectionnée pour la charge.
LDR vs Photodiode vs Phototransistor
Ces dispositifs réagissent tous à la lumière, mais ils ne fournissent pas la même sortie électrique.
| Dispositif | Comportement de sortie primaire | Vitesse relative | Meilleure solution |
|---|---|---|---|
| LDR / photorésistance | La résistance change avec la lumière | Relativement lente | Luminosité ambiante et contrôle de seuil simple |
| Photodiode | La lumière produit un courant lié à l'entrée optique | Rapide | Mesure, communication et détection rapide |
| Phototransistor | La lumière contrôle le courant du transistor | Plus rapide qu'une LDR typique, avec gain | Détection d'objet et commutation là où une plus grande sensibilité est utile |
| Capteur de lumière ambiante numérique | Sortie numérique calibrée ou traitée | Dépendant de l'appareil | Systèmes nécessitant une répétabilité, une intégration numérique ou des données basées sur le lux |
Choisissez une LDR lorsque la simplicité et la détection large de la lumière ambiante importent plus que la vitesse, la linéarité et la mesure calibrée. Choisissez un autre capteur optique lorsque l'application nécessite une réponse rapide, des lectures de lux répétables, une correspondance spectrale définie ou une communication numérique.
Limitations importantes des LDR
Une conception basée sur une LDR doit tenir compte de ces contraintes :
- Non-linéarité : la résistance ne change pas proportionnellement au lux.
- Délai de réponse : la résistance met du temps à se stabiliser après des changements d'éclairage.
- Tolérance des composants : les dispositifs d'une même famille peuvent présenter une large plage de résistance.
- Dépendance à la température : le seuil de commutation peut varier en fonction des changements de température.
- Dépendance spectrale : la lumière du jour et les différentes technologies de lampes peuvent ne pas produire de réponses équivalentes.
- Historique et effets du vieillissement : l'éclairage et les conditions de service antérieurs peuvent influencer la répétabilité.
- Conformité des matériaux : de nombreuses photorésistances traditionnelles utilisent du sulfure de cadmium. Vérifiez la déclaration des matériaux, le statut RoHS (Restriction of Hazardous Substances), les exemptions et les exigences du marché de destination de la pièce sélectionnée plutôt que de supposer la conformité à partir du nom du composant. La base de données des exemptions RoHS de l'Agence européenne des produits chimiques montre que les exemptions pour le cadmium sont spécifiques à l'application.
Ces limitations ne rendent pas une LDR inadaptée. Elles définissent les tâches qu'elle accomplit bien : la détection jour/nuit à faible coût et le contrôle approximatif de la lumière ambiante avec un circuit conçu en fonction de ses tolérances.
Foire Aux Questions
Quelle est la signification complète de LDR ?
LDR signifie Photorésistance. Il est également connu sous le nom de photorésistance ou cellule photoconductrice.
La résistance d'une LDR augmente-t-elle ou diminue-t-elle avec la lumière ?
Pour une LDR conventionnelle, la résistance diminue à mesure que la lumière incidente augmente et augmente lorsque le niveau de luminosité baisse.
Une LDR a-t-elle une polarité ?
Non. Une LDR de base à deux bornes est non polarisée, donc n'importe quelle borne peut être connectée dans n'importe quel sens. Sa position par rapport à la résistance fixe détermine si la tension de sortie d'un diviseur augmente ou diminue avec la lumière.
Une LDR est-elle un composant actif ou passif ?
Une LDR est un composant passif. Elle modifie sa résistance en réponse à la lumière mais ne fournit pas de gain de puissance ni de sortie numérique auto-alimentée.
Une LDR peut-elle mesurer le lux avec précision ?
Une LDR peut indiquer des changements relatifs de luminosité et peut être étalonnée sur une plage limitée, mais elle n'est généralement pas le premier choix pour une mesure précise du lux. Sa réponse non linéaire, sa tolérance, sa sensibilité spectrale, sa dépendance à la température et son temps de réponse doivent tous être pris en compte.
Résumé
LDR signifie Photorésistance. Le composant utilise la photoconductivité : une lumière incidente plus importante crée davantage de porteurs de charge, augmentant la conductivité et abaissant la résistance. Il possède deux bornes non polarisées et est couramment utilisé dans un diviseur de tension pour convertir les changements de lumière en une tension mesurable.
Pour une conception fiable, sélectionnez une LDR en fonction de sa résistance à l'éclairement dans des conditions données, de sa résistance à l'obscurité, de sa réponse spectrale, de son temps de réponse, de ses limites de tension et de puissance, de sa plage de température et de la documentation de conformité des matériaux. N'appliquez pas la résistance “ typique ” d'un modèle à toutes les LDR.