На этой странице
LDR расшифровывается как фоторезистор (Light-Dependent Resistor). Это пассивный двухвыводной датчик освещенности, электрическое сопротивление которого обычно уменьшается при увеличении интенсивности света, попадающего на его чувствительную поверхность. LDR также называют фоторезистором, фотопроводящей ячейкой, или иногда фотоэлементом.
В отличие от фотодиода или фототранзистора, LDR сам по себе не создает определенный выходной ток. Он работает как переменный резистор, поэтому в практических схемах его обычно комбинируют с постоянным резистором, компаратором, транзистором, реле или входом контроллера.
| Краткий факт о фоторезисторе (LDR) | Ответ |
|---|---|
| Полная форма | Фоторезистор |
| Тип компонента | Пассивный фотопроводящий датчик |
| Терминалы | Два |
| Полярность | Никто |
| Увеличение освещенности обычно приводит к | Снижению сопротивления |
| Уменьшение освещенности обычно приводит к | Повышению сопротивления |
| Типовое назначение в цепи | Один из элементов делителя напряжения |
| Основное ограничение | Нелинейный и относительно медленный отклик по сравнению с полупроводниковыми фотодетекторами |
LDR — одна из аббревиатур, включенных в VIOX Справочник полных форм электрических терминов. В этой статье объясняется электрическое поведение, лежащее в основе этого определения.
Что означает LDR в электротехнике и электронике?
Название напрямую описывает компонент:
- Светозависимый означает, что его сопротивление изменяется в зависимости от падающего на него света.
- Резистор означает, что электрической величиной является сопротивление, измеряемое в омах.
В темноте в фоточувствительном материале доступно относительно небольшое количество носителей заряда, поэтому сопротивление высокое. Когда материал поглощает соответствующий свет, появляются дополнительные носители заряда и проводимость увеличивается. Следовательно, сопротивление падает.
Эта обратная зависимость является определяющей характеристикой:
Более высокая освещенность обычно приводит к более низкому сопротивлению LDR; более низкая освещенность обычно приводит к более высокому сопротивлению LDR.
Слово “обычно” имеет значение. Точное сопротивление зависит от материала устройства, длины волны света, освещенности, температуры, предыдущего воздействия и метода испытаний, указанного производителем.
Является ли LDR тем же самым, что и фоторезистор?
Да. LDR и фоторезистором обычно относятся к одному и тому же классу компонентов. “Фотопроводящая ячейка” — это более описательный технический термин, поскольку устройство работает за счет фотопроводимости.
“Термин ”фотоэлемент“ может также означать фоторезистор (LDR), однако он более широк и может относиться к другим светочувствительным устройствам или комплектным узлам управления. Поэтому в спецификации материалов следует использовать точное наименование компонента и его артикул, а не полагаться только на слово ”фотоэлемент».
Как работает фоторезистор (LDR)?
В фоторезисторе (LDR) используется светочувствительный полупроводниковый канал, сформированный между двумя токопроводящими клеммами. Этот канал часто выполняется в виде змеевидного рисунка, что позволяет обеспечить необходимое сопротивление на компактной чувствительной площадке.
Принцип его работы основан на фотопроводимости:
- При слабом освещении материал содержит мало подвижных носителей заряда и обладает высоким сопротивлением.
- Падающие фотоны передают энергию электронам в светочувствительном материале.
- Фотоны с достаточной энергией увеличивают количество доступных носителей заряда.
- Проводимость растет, поэтому сопротивление падает.
- При устранении света устройство возвращается к своему темновому сопротивлению, но не мгновенно.
Отклик зависит как от интенсивности света, так и от длины волны. Устройство, которое сильно реагирует на видимый зеленый свет, может вести себя иначе при инфракрасном излучении, даже если универсальный люксметр показывает аналогичную освещенность.
Зависимость сопротивления от освещенности является нелинейной
Фоторезистор (LDR) не является прецизионным линейным датчиком освещенности. В определенном диапазоне производители могут описывать его поведение с помощью эмпирической зависимости, такой как:
R = A × E^(-γ)где:
R— сопротивление ячейки;E— освещенность;Aявляется константой, зависящей от устройства;γописывает наклон кривой зависимости сопротивления от освещенности.
Обе константы зависят от модели и условий эксплуатации. Данное уравнение полезно для оценки поведения цепи только в том случае, если оно подобрано в соответствии с кривой из технического паспорта выбранного устройства или результатами измерений образцов. Его не следует рассматривать как универсальную формулу для фоторезистора (LDR).
Символ и полярность LDR
Символ в электрической схеме основан на обозначении резистора с двумя стрелками, направленными на него. Стрелки представляют падающий свет. В зависимости от принятых правил оформления чертежей, резистор и стрелки могут быть заключены в окружность.
Обычный LDR имеет отсутствие положительной или отрицательной клеммы. Любой из выводов может быть подключен к источнику питания или к земле. На реакцию цепи влияет не полярность LDR, а его положение в схеме.
Это различие предотвращает распространенное заблуждение: изменение полярности подключения LDR не меняет принцип его работы, однако перестановка LDR и постоянного резистора в делителе напряжения меняет направление изменения выходного напряжения.
Принцип работы LDR в делителе напряжения
Контроллер обычно не может измерять сопротивление напрямую через стандартный вход напряжения. Распространенным решением является использование LDR в паре с постоянным резистором для преобразования изменения сопротивления в изменение напряжения.
LDR, подключенный со стороны питания
Если LDR подключен между Vin и выходным узлом, а постоянный резистор подключен между выходом и землей:
Vout = Vin × Rfixed / (RLDR + Rfixed)По мере увеличения освещенности, RLDR падает. Знаменатель становится меньше, поэтому выходное напряжение растет.
Фоторезистор (LDR), подключенный к земле
Если постоянный резистор подключен к Vin а фоторезистор (LDR) подключен между выходом и землей:
Vout = Vin × RLDR / (Rfixed + RLDR)По мере увеличения освещенности, RLDR падает, поэтому выходное напряжение падает.
| Желаемая реакция на увеличение освещенности | Схема делителя |
|---|---|
| Выходное напряжение должно возрастать | фоторезистор (LDR) к источнику питания, постоянный резистор к земле |
| Выходное напряжение должно падать | постоянный резистор к источнику питания, фоторезистор (LDR) к земле |
Фиксированный резистор определяет полезный диапазон чувствительности. Практической отправной точкой часто является сопротивление, близкое к ожидаемому значению LDR при заданном пороге переключения, с последующей проверкой в условиях реального спектра лампы, геометрии монтажа, температуры и характеристик корпуса.
Как читать технический паспорт LDR
Не выбирайте LDR, основываясь только на диаметре или заявленном “сопротивлении при освещении”. Условия испытаний, прилагаемые к каждому номиналу, являются частью спецификации.
| Параметр технического паспорта | Что он вам говорит | Почему важны условия испытаний |
|---|---|---|
| Сопротивление при освещении | Сопротивление при заданной освещенности | Уровень освещенности в люксах, спектр источника или цветовая температура, а также допуск влияют на значение |
| Темновое сопротивление | Сопротивление после устранения освещения | Производители могут указывать определенный период темноты перед измерением |
| Коэффициент сопротивления или коэффициент чувствительности | Изменение между двумя заданными уровнями освещенности | Полезно для порогового диапазона и сравнения компонентов между собой |
| Спектральная характеристика | Диапазон длин волн и пиковая чувствительность | Устройство может по-разному реагировать на дневной свет, светодиоды и источники инфракрасного излучения |
| Время нарастания и спада | Скорость срабатывания при переходе от света к темноте и от темноты к свету | Эти два направления могут иметь разное время отклика |
| Максимальное напряжение и мощность | Пределы электрических нагрузок | Превышение любого из этих пределов может привести к повреждению или дрейфу характеристик ячейки |
| Рабочая температура | Допустимый диапазон температуры окружающей среды или корпуса | Сопротивление и порог переключения могут изменяться в зависимости от температуры |
Например, компания Luna Optoelectronics PDV-P9001 в техническом паспорте указывает сопротивление при освещенности 10 люкс от источника с цветовой температурой 2856 K, темновое сопротивление по истечении заданного интервала, спектральную характеристику, а также раздельное время нарастания и спада сигнала. Эти показатели полезны для данной модели, поскольку условия их измерения определены; они не являются универсальными значениями для фоторезисторов. См. технический паспорт производителя PDV-P9001.
Где используются фоторезисторы?
Фоторезисторы подходят для случаев, когда в электрической системе требуется экономичный индикатор уровня внешней освещенности и не требуется высокоскоростное или прецизионное оптическое измерение.
| Приложение | Как используется фоторезистор | Проектные соображения |
|---|---|---|
| Автоматическое освещение от заката до рассвета | Определяет момент, когда уровень окружающего освещения пересекает пороговое значение | Добавьте гистерезис или задержку для предотвращения дребезга вблизи точки переключения |
| Регулировка яркости дисплея | Регулирует подсветку в соответствии с освещенностью помещения | Учитывайте окна корпуса и собственный свет, излучаемый дисплеем |
| Световые и звуковые сигналы тревоги | Изменяет состояние компаратора при перекрытии или появлении света | Защитите датчик от воздействия посторонних источников света |
| Камера или потребительские элементы управления | Обеспечивает общую индикацию уровня окружающего освещения | Калибровка и скорость отклика могут ограничивать точность |
| Учебные цепи управления | Демонстрирует работу датчиков, делителей, транзисторных ключей или релейного управления | Исключите протекание тока нагрузки через LDR и используйте подходящий каскад драйвера |
Фоторезистор (LDR) обычно следует рассматривать как чувствительный элемент, а не как устройство, напрямую коммутирующее лампу, двигатель, катушку контактора или другую нагрузку. Выход делителя может подаваться на компаратор, транзистор, вход микроконтроллера или другой интерфейс, выбранный для данной нагрузки.
LDR против фотодиода против фототранзистора
Все эти устройства реагируют на свет, но они не обеспечивают одинаковый электрический выходной сигнал.
| Устройство | Характер основного выходного сигнала | Относительная скорость | Лучше всего подходит |
|---|---|---|---|
| LDR / фоторезистор | Сопротивление изменяется в зависимости от освещенности | Относительно низкая | Управление по уровню внешней освещенности и простому порогу срабатывания |
| Фотодиод | Свет генерирует ток, пропорциональный оптическому входному сигналу | Быстро | Измерение, передача данных и быстрое обнаружение |
| Фототранзистор | Свет управляет током транзистора | Быстрее, чем стандартный фоторезистор (LDR), с коэффициентом усиления | Обнаружение объектов и коммутация в случаях, когда требуется повышенная чувствительность |
| Цифровой датчик внешней освещенности | Калиброванный цифровой или обработанный выходной сигнал | Зависит от устройства | Системы, требующие повторяемости, цифровой интеграции или данных, ориентированных на люксы |
Выбирайте LDR, если простота и обнаружение широкого спектра окружающего освещения важнее скорости, линейности и калиброванных измерений. Выбирайте другой оптический датчик, если для применения требуется быстрый отклик, повторяемые показания в люксах, определенное спектральное соответствие или цифровая связь.
Важные ограничения LDR
При проектировании с использованием LDR следует учитывать следующие ограничения:
- Нелинейность: сопротивление не изменяется пропорционально люксам.
- Задержка отклика: сопротивлению требуется время для стабилизации после изменения освещенности.
- Допуск компонента: устройства одного семейства могут иметь широкий диапазон сопротивления.
- Температурная зависимость: порог срабатывания может смещаться при изменении температуры.
- Спектральная зависимость: дневной свет и различные технологии ламп могут вызывать неодинаковые отклики.
- История эксплуатации и эффекты старения: предыдущие условия освещенности и эксплуатации могут влиять на повторяемость характеристик.
- Соответствие материалов требованиям: во многих традиционных фоторезисторах используется сульфид кадмия. Проверяйте декларацию о материалах выбранного компонента, статус соответствия директиве RoHS (Restriction of Hazardous Substances), исключения и требования рынка сбыта, а не полагайтесь на соответствие требованиям, исходя только из названия компонента. В базе данных исключений RoHS Европейского химического агентства указано, что исключения для кадмия зависят от конкретного применения.
Эти ограничения не делают фоторезистор (LDR) непригодным к использованию. Они определяют задачи, с которыми он хорошо справляется: недорогое обнаружение света/темноты и приблизительное управление освещенностью с помощью схемы, разработанной с учетом его допусков.
Вопросы и ответы
Как расшифровывается LDR?
LDR расшифровывается как Фоторезистор. Он также известен как фоторезистор или фотопроводящая ячейка.
Увеличивается или уменьшается сопротивление LDR при освещении?
У обычного LDR сопротивление уменьшается при увеличении падающего света и возрастает при снижении уровня освещенности.
Имеет ли LDR полярность?
Нет. Базовый двухвыводной LDR не является поляризованным, поэтому любую клемму можно подключать в любом направлении. Его положение относительно постоянного резистора определяет, будет ли выходное напряжение делителя расти или падать в зависимости от освещенности.
Является ли LDR активным или пассивным компонентом?
LDR — это пассивный компонент. Он изменяет сопротивление в ответ на свет, но не обеспечивает усиление мощности или автономный цифровой выход.
Может ли фоторезистор (LDR) точно измерять освещенность в люксах?
Фоторезистор может указывать на относительные изменения освещенности и может быть откалиброван в ограниченном диапазоне, но, как правило, он не является лучшим выбором для точного измерения освещенности в люксах. Необходимо учитывать его нелинейную характеристику, допуски, спектральную чувствительность, температурную зависимость и время отклика.
Резюме
LDR означает Фоторезистор. Компонент использует фотопроводимость: большее количество падающего света создает больше носителей заряда, увеличивая проводимость и снижая сопротивление. Он имеет две неполяризованные клеммы и обычно используется в делителе напряжения для преобразования изменений освещенности в измеряемое напряжение.
Для надежного проектирования выбирайте фоторезистор на основе его сопротивления при освещении в заданных условиях, темнового сопротивления, спектральной характеристики, времени отклика, предельных значений напряжения и мощности, температурного диапазона и документации о соответствии материалов. Не применяйте “типовое” сопротивление одной модели ко всем фоторезисторам.