U N I V E R S I T A T E A D E N O R D D I N B A I A M A R EF A C U L T A T E A D E I N G I N E R I E

S p e c i a l i z a r e a E l e c t r o n i c ă A p l i c a t ă

Fotorezistorul

S t u d e n t Trif Florin Vasile

2010

Argument

Am ales sa fac vorbesc despre această componentă pentru că o consider una dintre cele mai simple şi în acelaş rând se pot folosi în foarte multe aplicaţi de uz caznic sau industrial.

Fotorezistorul este o rezistenţă care îşi modifică valoarea rezistenţei pe care o are în funcţie de lumina care cade pe suprafaţa sensibilă. Adică dacă nu cade deloc lumină pe suprafaţa sensibilă a fotorezistenţei aceasta are o rezistenţă foarte mare şi nu permite trecerea curentului prin ea. Când se luminează suprafaţa fotorezistenţei aceasta începe sa lase să treacă curentul prin ea, cu cât este mai puternică lumina incidentă care cade pe suprafaţa sensibilă cu atât fotorezistenţa îşi scade valoarea rezistenţei permiţând trecerea unei valori mai mari a tensiuni.

Una din utilizările fotorezistenţei este folosirea la aprinderea lumini publice când începe sa se întunece şi oprirea ei la răsăritul soarelui, se poate folosi şi în gospodări la comandarea unei draperi care se închide sau deschide în funcţie de poziţia soarelui sau aprinderea lumini în încăpere. Deci poate fi folosită în foarte multe ipostaze.

Fotorezistorul Page 2

Introducere

Una din formele de manifestare a efectului fotoelectric intern la materialele semiconductoare constă in apariţia purtătorilor de sarcină şi,ca urmare,creşterea conductivitşţii electrice a semiconductorului. Această proprietate se numeşte fotoconductivitate iar dispozitivul optoelectronic care funcţionează pe bază acestui fenomen se numeşte fotorezistor.

Principiul se bazează pe fenomenul internă fotoelectric: lumină (fotoni) hit-uri de electroni de valenţă într-o sferă şi le furnizează energia lor, câştiguri de electroni asigură suficientă energie pentru a depăşi decalajul şi sari din banda de valenţă în banda de conducţă. Acest lucru lasă atom lor şi se mută ca un grilaj de spaţiu liber Electron de cristal. În locul acestuia a fost o gaură (electron defect). De unde rezultă electroni liberi care contribuie la reducerea rezistenţei electrice (creştere în conductivitate electrică). Mai multă lumină cade pe fotorezistor, acesta creează electroni mai liber şi, astfel, creşte conductivitatea electrică.

In funcţie de materialul semiconductor din care este realizat, sensibilitatea lui spectrală poate varia din ultraviolet până în infraroşu.Fotorezistorii se obţin prin depunerea unui strat din material semiconductor pe un suport izolator, prevăzut la capete cu două contacte ohmice pentru lipirea terminalelor.

Structură Simboluri

Figura 1 Structură şi simboluri

Suprafaţa fotosensibilă a fotorezistorului poate varia intre 1mm2 şi câţiva

Fotorezistorul Page 3

centimatri pătraţi.Dispozitivul se încapsulează în plastic,metal,ceramică sau sticlă.

Figura 2 fotorezistenţa

Structura fotorezistenţei

Fotorezistenţa este facută dintr-o structură pe bază de cristal şi utilizează proprietăţi fotoconductive. Cele mai comune cristale sunt Cadmiu - Sulf şi Cadmiu – Seleniu. În timp ce cristalele unice sunt disponibile în comerţ pentru acest scop, cristalel fine sunt folosite pentru a forma straturi pe suprafeţele ceramice sau pe alte materiale. Se face acest lucru pentru a se obţine o arie cat mai mare pentru limina incidentă. Astfel, se remarcă obţinerea unei sensibilităţi foarte marecomparabil cu celulele fotoconductive formate dintr-un singur cristal.

Este o placă sau o peliculă de semiconductor cu două contacte ohmice.Semnalul optic este absorbit şi fotonii generează purtători de sarcină în

rezultatul actelor de tranziţie „bandă-bandă” sau prin intermediul nivelelor energetice ale impurităţilor.

Funcţionarea fotorezitorilor este determinată de trei parametri: Eficienţa cuantică sau de amplificare; Timpul de fotorăspuns;

Fotosensibilitatea sau detectivitateaDispozitivele fotoelectrice sunt sensibile la radiatile electromagnetice

Fotorezistorul Page 4

atunci cand un curent trece prin ele, o alternativa, a absorţiei de radiaţie si convertirea ei in energie electrică masurabilă tensiune, curent sau schimbarea rezistenţei.Prin radiaţie electromagnetică semnifică că energia radiază în spectrul vizibil la fel ca şi în regiunea ultraviolet şi cel infraroşu (0,3 … 15um).Sunt patru tipuri de dispozitive fotoelectrice:

Tipul fotoemisie; Tipul fotovoltaic; Tipul cu joncţiune fotoconductivă; Tipul cu efect de buffer fotoconductiv;

În celula fotoemisie electroni lovesc suprafaţă acoperită cu fosfor care produce luminarea ei. Acest principiu este aplicat în televiziune şi la ecranele osciloscoapelor.

Celula fotovoltaică utilizează radiaţia solară pentru generarea tensiuni electrice. Tensiunea electrică este generată în joncţiunea P-N cu o degajare de lumină pe suprafaţa sensibilă. Acest tip de fotocelulă auto-generatoare este facută din Seleniu sau Siliciu. Efectul fotovolativ este procesul fizic prin care energia radiaţiei luminoase (fotonilor) este transformată direct in energie electrică. Pentru observarea efectului fotovoltaic, se impune ca energia fotonilor incidenti sa fie mai mare sau egala cu largimea benzii interzise a semiconductorului.

Daca suprafaţă activă este iluminată, la bornele celulei fotovoltaice apare o tensiune electrică, contactul regiunii p fiind polul pozitiv, iar contactul regiunii n polul negativ.Conectarea unei rezistenţe in circuit dă naştere la un curent electric,numit fotocurent si este de sens opus curentului ce apare in circuit in cazul polarizarii directe cu o tensiune externa.Când celula fotovoltaică nu este iluminata, ea are o comportare asemanatoare cu o dioda simpla.

Figura 3 Celula fotovoltaica.Simbol si utilizare.

Fotorezistorul Page 5

Pentru o celula fotovoltaică ,esentiala este funcţionarea în condiţiile absenţei polarizarii exterioare.

Celula fotoconductivă cu joncţiune se bazează pe proprietăţile fotoconductive ale joncţiuni P-N. Acestea sunt reprezentate de fotodiodă şi de fototranzistor. Celula fotoconductivă cu joncţiune afişează relavit senzitivitatea în funcţie de puterea fascicului de lumină. Principala problemă este senzitivitatea mică deşi figurează ca având un raspuns rapid.

Celula fotoconducţie cu efect de bulk se bazează pe utilizarea proprietăţilor fotoconductive ale cristalului. Acestea sunt reprezentatea de reyistorul dependent de lumină sau fotorezistenţa.

Caracteristicile fotorezistoarelor

1. Caracteristica curent-tensiuneSunt simetrice în raport cu originea axelor de coordonate, deoarece

rezistenţa lor nu depinde de polaritatea tensiunii aplicate. De obicei, se construiesc fotorezistoare numai pentru o polaritate a tensiunii aplicate.

,unde , , - respectiv curentul total, curentul de întuneric, fotocurentul; , - constante ce sunt determinate de proprietăţile fizice ale semiconductorului la întuneric şi la iluminare; - coeficientul de neliniaritate a caracteristicii energetice;

- tensiunea aplicată.

Fotorezistorul Page 6

2. Caracteristica energetică a fotorezistorilor

Sunt neliniare datorită dependenţei timpului de viaţă al purtătorilor de sarcină de fluxul incident. Forma matematică a caracteristicii este:

, pentru ,unde .

Pentru majoritatea fotorezistorilor caracteristicile energetice posedă două regiuni distincte:

Regiunea liniară ( ) la intensităţi slabe ale radiaţiei incidente; Regiunea subliniară ( ) la intensităţi mari ale radiaţiei incidente.

Fotorezistorul Page 7

3. Caracteristicile spectralePrezintă un maxim pronunţat în regiunea absorbţiei fundamentale, unde .

Caracteristica spectrală este puternic influenţată de prezenţa impurităţilor în semiconductor. Impurităţile se introduc cu scopul sporirii sensibilităţii şi a lărgimii spectrului spre lungimi de undă mai mari.

Fotorezistorul Page 8

4. Dependenţa sensibilităţii de frecvenţă

- este constantă de creştere a fotocurentului sau timpul în care fotocurentul creşte până la valoarea ; - valoarea staţionară a fotocurentului; - constanta de timp a descreşterii fotocurentului, în care fotocurentul creşte până la valoarea .

Pentru majoritatea fotorezistoarelor , unde - este constanta de timp a fotorezistorului.

Dacă radiaţia incidentă este modulată după o lege sinusoidală atunci funcţia de generare a purtătorilor de sarcină se poate scrie sub forma:

, - frecvenţa pulsaţiilor radiaţiei incidente.Atunci componenta variabilă a fotocurentului este:

, unde - este defazajul dintre radiaţia incidentă şi fotorăspuns.Amplitudinea fotocurentului va fi:

.

Odată cu creşterea frecvenţei fluxului luminos, amplitudinea componentei

Fotorezistorul Page 9

variabile a fotocurentului scade. Constanta de timp este o măsură a inerţiei fotorezistorilor la acţiunea radiaţiei incidente. Cu cât sensibilitatea este mai mare cu atât constanta de timp este mai mică.

Pentru: CdS, CdSe avem , iar pentru PbS, PbSe avem .

Parametrii unui fotorezistor sunt : -valoarea rezistenţei electrice la întuneric ; -tensiunea maximă admisă la borne ; -puterea maximă disipată ; -sensibilitatea la lumină - reprezintă raportul dintre variaţia curentului şi variaţia

iluminarii, la o tensiune constantă.Se măsoară în mA/lx. -sensibilitatea spectrală-depinde de natura materialului semiconductor utilizat şi

reprezintă dependenţa sensibilităţii S de lungimea de undă a radiaţiei incidente.

Funcţionarea fotorezistoarelor nu depinde de semnul tensiunii aplicate. Valoarea curentului,la o tensiune data, depinde de nivelul de iluminare conform caracteristicii curent-tensiune din figura 4.

Figura 4 Caracteristica curent-tensiune pentru un fotorezistor

Fotorezistorul Page 10

Prin răspuns la lumină ne referim la lumina alba care este un amestec de raze combinate. Fiecare din aceste raze are propria lungime de undă şi din cauza variaţiei de undă se produc culorile curcubeului.Lumina, la fel ca şi sunetul, este o combinaţie de tonuri care variază într-o scara largă de frecvenţe. Fiecare ton are propria frecvenţă. În acelaşi fel putem descrie şi lumina ca un amestec de culori, tonuri, deoarece fiecare poate fi definit de propria lungime de undă.Comparând două surse de lumină, de exemplu:

-o lampa cu incandescenţă-şi o lampa fluorescentă

vedem ca lumina emisă de ele nu este la fel. Explicaţia acestui rezultat este ca combinaţia de culori a fiecărei surse diferă, un anumit ton de culori domină. În loc de ton de culori o sa folosim lungimea de undă a lumini sau frecvenţa lumini.Lungimea de undă este specificată ca şi o funcţie de frecvenţă, în concordanţă vitezei lumini şi este dat de ecuaţia urmatoare:λ = c/fλ = lungimea de undă a lumini;c = viteza lumini (300,000 Km/secundă);f = frecvenţa lumini;

Lumina poate fi împarţită în funcţie de lungimea de undă în trei categori:1. Lumina ultravioletă – sub 0,4µm (4000Aº);2. Lumină vizibilă – între 0,4µm şi 0,7µm (4000 ÷ 7000Aº);3. Lumina infraroşie – peste 0,7µm (7000Aº);

Rezele de lumina vizibile de la unde scurte (4000Aº) la unde lungi (7000Aº) apar pentru ochiul uman asftel:

Violet – 0,46µm (4600Aº); Albastru – 0,5µm (5000Aº); Verde – 0,56µm (5600Aº); Galben – 0,59µm (5900Aº); Portocaliu – 0,61µm (6100Aº); Roşu – 0,66µm (6600Aº);

Notaţi: 1µm – 10-6 metri;1Aº - 10-10 metri;1,0 µm – 10000Aº;

Fotorezistorul Page 11

Undele de lumina mai mici decât unda de lumină violeta sau mai mari decât unde de lumină roşie nu sunt percepute de ochiul uman. Sunt diferitele tipuri de fotorezistenţe utilizate cele mai senzitive la lumina vizibilă de ochiul uman sunt cele din Sulfat de Cadmiu – CdS, fotoconductive.Materialul , eV , µmGeSiCdSeCdTeCdSGaAsInPPbSPbSe

0,671,111,741,52,421,431,280,290,15

1,851,120,710,830,510,870,974,288,27

Varierea rezistenţei în funcţie de iluminare şi dopaj

Cristalul este tratat sau dopat cu impurităţi. Fotoconductanţa este obţinută ca o funcţie a transferului de electroni pus in miscare de lumina care cade pe suprafaţa senzitivăa fotorezistenţei.

La întuneric, fără lumina care să cadă pe suprafaţa fotorezistenţei, electroni nu sunt puşi în mişcare ceea ce înseamnă rezistenşă foarte mare. La iluminare electroni sunt puşi în mişcare ceea ce înseamnă rezistenţă mică.Ca şi rezultat rezistenţa variază în funcţie de lumina care cade pe suprafaţa senzitivă. În funcţie de materialele folosite rezistenţa fotorezistenţei poate varia de le 50 KΩ până la caţiva MΩ, la întuneric şi de la 50Ω până la 1KΩ sub influenţa lumini.Rezistenţa poate varia de la material la material, dar în general, forma curbei rămâne la fel, ca şi în figura prezentată în figura 1.

Factori ce determină rezistenţa fotorezistenţeiCu intensitatea lumini la un nivel constant, rezistenţa internă depinde de urmatori factori:

o Materialul fotoconductiv;

o Aria recepţiei fasciculului de lumină;

o Forma electrodului;

o Distribuţia lungimi de undă lumini incidente;

o Nivelul de impuritate;

Fotorezistorul Page 12

Figura 5. Caracteristica intensităţi luminoase a unei fotorezistenţe.

Materialele fotoconductiveFiecare material are propria influenţă asupra rezistenţei şi sensibilităţi fotorezistenţei. Cum am mai spus cele mai folosite materiale sunt CdS - Sulfat de Cadmiu) şi CdSe - Cadmiu Seleniu.

Aria recepţiei fasciculului de luminăCu cat aria de recepţie este mai mare cu atat o să crească sensibilitatea fotorezistenţei.

Forma electroduluiStructura formei electrodului poate creşte senzitivitatea fotorezistenţei. Astfel că, chiar şi o mică schimbare a intensităţi luminoase face ca fotorezistenţa să işi modifice rezistenţa internă.

Fotorezistorul Page 13

Distribuţia lungimi de undă lumini incidenteCum am spus mai sus lungimea de undă a lumini incidente afectează senzitivitatea fotorezistenţei. Astfel că, senzitivitatea fotorezistenţei este în funcţie de lungimea de undă (culoarea) care luminează dispozitivul. Fiecare fotorezistor are propria senzitivitate maximăpentru o lungime de undă specifică (între 0,4µm şi 0,7µm). Abaterea, sus sau jos, de la faptul că anumite lungimi de undă, descresc senzitivitatea fotorezistenţelor.Figura 2 arata un răspuns spectral general, specific tuturor tipurilor de fotorezistenţe. Senzitivitatea maximă se obţine pentru culoare verde şi senzitivitatea minimă se obţine pentru culoarea roşu şi cea violet.

Figura 6. Răspuns, relativ, spectral pentru fotorezistor

La fel ca şi ochiul uman, sensibilitatea relativă a unei celule fotoconductive este dependentă de lungime de undă (color) a luminii incidentului. Fiecare fotoconductor tipic de material are propria sa curbă unică de răspuns spectral sau teren de răspuns relativ al fotocelulei copmaratic cu lungimea de undă a lumini.

Fotorezistorul Page 14

Figura 7. Răspuns în spectrul lungimi de undă

Forma spectrului este aproximativ la fel pentru toate fotorezistori existente, totuşi, senzitivitatea maximă apare la diferite lungimi de undă pentru diferite tipuri de fotorezistenţe.De exemplu în figura 2. senzitivitatea maximă se obţine la lungimea de undă de 0,56µm (5600Aº). Pentru un alt fotorezistor senzitivitatea maximă o sa fie la alta lungime de undă, forma curbei o sa rămână la fel.

Nivelul de impuritateNivelul de impuritatea determină fotoconductivitatea fotorezistenţei. Aceasta înseamnă că multitudinea de electroni care sunt puşi în mişcare de o lumină specifică care schimbă rezistenţa interna a fotorezistorului.

Rezistenţa scade în funcţie de intensitatea de iluminare aproximativ exponenţial (de obicei, se încadrează în câteva ordine de mărime), dar într-o anumită măsură, aceastea poate fi foarte bine linearizate. Graficul de dependenţă a mărimi rezistenţei electrice de iluminat pe o scală logaritmică într-o linie dreaptă.

Fotorezistorul Page 15

Figura 8. Răspuns în spectrul lungimi de undă

Poate fi în funcţie de tipul de material folosit pentru fotorezistor pentru a detecta vizibil şi raze ultraviolete şi cele de lumină în infraroşu. În funcţie de sursa de radiaţii este necesar pentru a selecta tipul corect de fotoresistor. În funcţie de este dat de sensibilitate. Sensibilitate este, în general, relaţia dintre intensitatea radiaţiei incidente optice şi semnalului de ieşire. Sensibilitate spectrală exprimă dependenţa de sensibilitatea a fotorezistorului şi lungimea de undă a radiaţiilor optice. fotorezistorul este puternic dependente de temperatură, la dimensiuni mai mici de iluminare este mai mare dependenţa de temperatură, dependenţa de temperatură este mai mare, de asemenea, la lungime de undă mai mare. Ca şi în cazul rezistori convenţionale cauze de zgomot de temperatură.

Viteza de reacţie Viteza de reacţie depinde de material. Cel mai lent material folosit la fotorezistenţă este de sulfură de cadmiu - CdS , precum şi cel mai rapid Antimoniu de Indiu (InSb). CdS are un răspuns aproximativ 100 ms şi InSb are un răspuns aproximativ 10 ms. Măsurarea momentului de timp, este timpul de la momentul de începere a iluminări pe suprafaţa fotorezistorului, după care valoarea rezistenţei atinge dimensiunea specificată şi măsurarea timpului la dispariţia lumini de pe suprafaţa incidenta a fotorezistorului, până când rezistenţa fotorezistorului creşte în valoare. Efectul de memorie a fotorezistorului este reflectat în schimbarea iluminari. Fenomen de memorie, care constă în faptul că el îşi aminteşte valoarea care a fost la momentul de depozitare. Fenomenul de memorie poate fi minimizat dacă vom folosi stocarea de lumină în fotorezistor. Raza de operare a temperaturii setează temperatura limită la care fotorezistorul funcţionează corect.

Avantaje Sensibilitate semnificativă;

Fotorezistorul Page 16

Uşor de utilizat si la costuri reduse; Utilizarea în circuite DC şi AC (lucrează în mod independent de

direcţia de curentului);Dezavantaje

Timp de răspuns mare, care creşte în cazul în care lumina intensă este urmată rapid de întuneric;

Dependenţa semnificativă de temperatură, de rezistenţă; Fotorezistenţe operaţionale în funcţie de vârstă; Poate fi utilizată numai pentru sute de Hertzi; Pentru o sensibilitate mare suprafaţa sensibilă la lumină ajunge până

la câteva zeci de milimetri pătraţi;

Fotorezistenţe sunt utilizate pentru indicarea şi măsurare în aplicaţi analogice şi digitale.

Aplicaţii analogic: Control timpului de expunere al camerei; Focalizare automată – cu dublă celulă; Xerox şi copiatoare – reglează densitatea de toner Echipamente de test colorimetric; Densitometru Cantare electronice – cu dublă celulă; Controlul automat al porţii – sursă de lumină modulată;

Aplicaţii digital: Control automat al luminozităţi farurilor; Control al lumini pe timp de noapte; Detector de flacără; Controlul lumini pentru iluminatul public; Absenţă / Prezenţă (întrerupător de întâlnire); Senzor de poziţie;

Fotorezistorul Page 17

Aplicaţi cu fotoreziostor

Există două circuite de bază, folosind fotorezistori - primul este activat de întuneric, iar al doilea este activat de lumină. Cele două circuite sunt foarte asemănătoare şi au nevoie de un fotorezistor, unele rezistoare etalon, o rezistenţă variabilă (potenţiometru), precum şi orice tranzistorul desemnal mic.

În diagrama circuitului de mai sus, LED-ul până LDR ori de câte ori este în întuneric. Resistorul de 10K variabil este folosit pentru a ajusta nivelul de tensiune la întuneric necesară pentru LED. Resistor 10K standard, poate fi schimbat când este necesar pentru a obţine efectul dorit, cu toate că orice înlocuire a lui trebuie să fie de cel puţin 1K pentru a proteja tranzistorul de deteriorări, un curent excesiv.

Fotorezistorul Page 18

Prin schimbarea fotorezistorului cu rezistenţele de 10K şi 10K variabilă (cum este arătat mai sus), circuitul va fi activat la lumină. Ori de câte ori cade suficientă lumină pe fotorezistor , LED-ul se va aprinde.

Fotorezistor o schema simplă, descriere

Folosim un fotorezistor şi un divizor de tensiune, este folosit pentru a aplica tensiune în baza tranzistorului. Avem două moduri unul cu potenţiometru şi unul în care acţionează fotorezistorul, aşa cum modificăm valoarea potenţiometrului aşa se schimbări şi rezistenţa fotorezistorului, schimbare în potenţial este detectat de circuit şi releu este activat. PCB-montat comuta doar noduri trimpot & Fotorezistor în ceea ce priveşte circuitul de detecţie care este în cauză. Deci, un comutator inchis activat devine un comutator de lumină activat sau invers.

LED-ul cu rezistenţa de limitare a curentului este în paralel cu releu pentru a da o indicaţie vizuală a releului atunci când este pornit. Rele (5A/250VAC) poate fi conectat la un bec electric o sursă de alimentare, care se va porni sau opri atunci când mediul este luminos sau invers.

Fotorezistorul Page 19

Acest circuit este satisfăcător în cazul în care schimbări în nivelul de lumina sunt mari şi pot fi detectate, tranziţia este rapidă. O problemă inerentă a circuitului este trăncănitul releului, acesta se produce prin schimbare nivelurile de lumină doar la punctul de tranziţie. Acest lucru duce la trăncănitul releului care se transformă rapid din on în off şi invers. Această problemă poate fi depăşită printr-un circuit de histerezis folosind un Amplificator operaţional sau un Trigger Schmit.

Lumina care acţionează asupra fotorezisotrului acţionează ca şi un comutator activ, este un circuit care va măsura nivelul de lumina si se va activa sau a dezactiva un releu. Vom utiliza fotorezistor pentru măsurarea nivelul de lumina. Vom analiza trei tipuri de circuite, doar ultimul va fi analizat în detaliu. Fiecare dintre ele va avea caracteristici diferite, dar operaţia va fi aceeaşi.

Primul circuit - Senzor “orb”Circuitul este un comutator simplu, un fotorezistor acţionează baza tranzistorului, care este conectată la un divizor de tensiune. Primul “rezistor” este potenţiometru de 100K legat în serie cu un rezistor de protecţie de 1KΩ, rezistenţă a doua este rezistenţa fotorezistorului. Schema circuitului:

Fotorezistorul Page 20

La caderea lumini pe suprafaţa fotorezistorului el îşi modificările rezistenţa fotorezistenţei, cu cat creşte lumina cu atat scade rezistenţe având o cădere de tensiune mai mică pe el. Se poate regla căderea de tensiune prin intermediul potenţiometru, în acest fel se poate regla ca la o cădere minimă de lumină pe fotorezistor acesta să este suficient să acţioneze releu.

Cantitatea de lumina necesare pentru a acţiona releu poate fi schimbat prin schimbarea potentiometru 100K. Practic, orice modificare a potentiometru va avea un efect la căderea de tensiune din fotorezistor, deoarece aceştia sunt membri ai divizorului de tensiune descrise mai sus.

Diodă 1N4001 este folosit pentru a elimina fluctuaţile de tensiune care apar la releu, atunci când este armează/dezarmează. Este foarte important să avem această diodă, deoarece fără ea, tranzistorul poate fi deteriorat.

Circuitul doi - sensibilitate crescutăCircuitul de mai sus funcţionează bine, pentru activitatea în cauză. Nu va fi nici o problemă pentru detectarea întunericului sau a lumini şi să acţioneze releul, dar va fi o problemă atunci când vrem sa acţionăm releul din nou. În acest moment, circuitul are un histerezis mare. Prin urmare, avem nevoie de mai mult pentru a amplifica semnalul înainte de al aplica la tranzistorul de comutaţie.

Vom folosi BC517 NPN Darlington tranzistor pereche. Îl vom monta între 2N2222 şi fotorezistor, ca şi în figura de jos:

Fotorezistorul Page 21

Cu acest plus sensibilitatea circuitului este crescută. Fereastra histerezis este scăzut în mod semnificativ, deşi există încă o regiune, atunci când releu este activat, acesta nu va fi dezactivat cu aceeaşi cantitate de lumină, care a existat chiar înainte de activare este. Circuitele de mai sus pot lucra cu tensiune diferită. De exemplu, puteţi modifica tensiunea la 5 volţi, dar ar trebui să se ia în considerare, atunci schimbarea rezistorul 1K în 560 Ohm şi a potenţiometru în 10K şi releul, desigur, trebuie să dispună de tensiune corespunzătoare bobina. Se poate folosi orice fel de tranzistor NPN pentru comutarea releu, atât timp cât aceasta este capabil de a lucra sub tensiune aleasă, de asemenea, să aibă posibilitatea de a furniza suficient de curent pentru releu.

Doar o singură ajustare trebuie să fie făcută, aceasta ar fi potentiometru. Scopul tau este de a face circuitul cu releu să acţioneze atunci când o cantiate mică de lumină pentru a pre-definite valoare.

Fotorezistorul fi luminat cu cantitatea de lumina minimă se roteşte potenţiometru la valoare minimă după care se roteşte încet până se aude cuplarea releului.

Circuitele de mai sus funcţionează ca detectoar de întuneric. Acest lucru înseamnă că, atunci când nivelul de lumina cade sub o valoare presetată releu este acţionat. În cazul în care doriţi un detector de lumina care va acţiona releu, atunci când a crescut nivelul de lumina care este mai mare decât valoarea presetată, doar elimina rezistorul de 1K de după care se reajustează.

Circuitul trei - sensibilitate la niveluri mai mari

Fotorezistorul Page 22

Circuitul următoare nu are nimic de-a face cu cele de mai sus. Acesta foloseşte un amplificator operaţional 741 pentru a obţine sensibilitate maximă. Acest circuit poate sesiza modificări de lumină foarte uşoare şi pot fi foarte bine ajustate. Schema circuitul:

741 este conectat la un comparator de tensiune. Două divizoare de tensiune, primul dintre ele este fotorezistenţa si rezistenţa de 100K, iar al doilea este compus de către cele două rezistenţe 470 Ohmi şi potenţiometru de 10K.

Divizorul al doilea va soluţiona tensiunea de referinţă. Avem un comparator de tensiune care conţine o fotorezistenţă, tensiune se va schimba este în funcţie de nivelul de lumină. În cazul în care tensiunea de intrare este pe teritoriul negativ al comparator, este mai mică decât tensiunea de intrare pozitive ale comparator, producţia este scăzut. În cazul în care tensiunea de intrare creşte la intrare negativă, va exista un timp ca aceasta să devină mai mare sau egală cu cea pozitivă , şi apoi tensiunea de ieşire devine mare şi se acţionează releu prin 2N2222.

În ceea ce priveşte fotorezistenţa, aceasta trebuie să fie pereche cu rezistenta de 100K. Acest lucru înseamnă că valoarea fotorezistorului este aproape la fel ca cea a rezistorului de 100K. Circuitul este proiectat să funcţioneze cu 12V, dar poate funcţiona în tensiuni mai mici. Acest circuit activ la întuneric. Pentru a îl face activ la lumina se schimbă locurile între rezistor 100K şi fotorezistor.

Primul circuit este un circuit foarte uşor şi ieftin. Acest circuit este adecvat pentru a detecta schimbarile de lumina mare. S-ar folosi pentru a detecta lumina în camera sau într-o sală. Schimbări mici precum umbra persoanelor nu afectează

Fotorezistorul Page 23

această circuit.Al doilea circuit este mult mai sensibile la schimbări. Perechea tranzistor

Darlington va creşte semnificativ schimbări mici ale curentul de la fotorezistor. Încă nu există o fereastra mare între activarea şi dezactivarea releu. Acest lucru face ideal pentru utilizări în aer liber pentru a detecta dacă există sau nu lumină ambientală. Ar putea fi perfect, de exemplu, pentru a controla luminile automat. Acesta nu va fi afectată de umbră de la o pasăre sau o pisică se trece pe langa de senzor sau chiar umbre mai mari. Cu toate acestea, acesta va fi corecte în ceea ce priveşte nivelul de iluminare. Luminile trebuie sa fie oprite automat atunci când soarele străluceşte.

Al treilea circuit este cele mai exact şi cele mai sensibil. Dacă, de exemplu o umbra cade şi acoperă 2 / 5 din fotorezistor este posibil să nu acţioneze releu, dar dacă se referă la umbra 3 / 5 acesta poate acţiona releul. Mici schimbări de lumină poate avea drept rezultat în schimbări în stările releu. Pentru alte aplicaţii, ar trebui să ia în considerare adăugarea un circuit de întârziere, la ieşirea din 741. Dacă nivelul de lumina este foarte aproape de valoarea preselectată, releu nu sa şti ce să facă pentru că lumina este aproape de zero. Acesta va funcţiona foarte bine ca receptor de semnal luminos.

Bibliografie

http://www.mec.upt.ro/~dolga/senzor_8.pdf

http://www.physics.pub.ro/Referate/BN031B/FOTOREZISTENTA.pdf

http://archilochus.netfirms.com/

Fotorezistorul Page 24

http://www.instructables.com/id/Laser_Beam_Alarm_System_with_Rechargeable_Battery_/step5/First-Half-of-the-Large-Schematic-the-LDR-Sensor/

http://www.afiata.com/schematic-diagram-sensors-and-ldr/#high_1

http://www.electronics-project-design.com/LightDependentResistor.html

http://www.reuk.co.uk/Light-Dependent-Resistor.htm

http://www.reuk.co.uk/print.php?article=LM741-Light-Dark-Sensor-Circuit.htm

http://www.reuk.co.uk/LM741-Light-Dark-Sensor-Circuit.htm

http://in.answers.yahoo.com/question/index?qid=20080705071659AA12DDy

http://www.emant.com/316002.page

http://soft-circuit.com/2010/01/light-sensor-circuit/

http://webzone.k3.mah.se/projects/arduino-workshop/projects/arduino_meets_processing/instructions/ldr.html

http://www.technologystudent.com/elec1/ldr1.htm

http://news.jeelabs.org/2009/03/

http://pcbheaven.com/circuitpages/Light_Dark_Activated_Relay/

http://en.wikipedia.org/wiki/Photoresistor

http://cs.wikipedia.org/wiki/Fotorezistor

http://www.4mtec.com/Images/ProduitsDistribues/TeslaBlatna/Doc/cell.pdf

http://facultate.regielive.ro/laboratoare/electronica/dispozitive_optoelectronice-23166.html

www.skola.sk/bratislava/zbornik/09Kundracik. doc

nika.informacie.sk/teoria/teoria_suc44.doc

robotika.yweb.sk/.../!%20Senzorovy%20subsystem%203%20-%20Fotoelektricky%20snimac%20(Fotorezistor).doc

sdelovacka.kbx.cz/data/statnice/BEST/02_1.doc

Fotorezistorul Page 25

Cuprins

Argument … pagina 2Introducere … pagina 3Structura fotorezistenţei … pagina 4Caracteristicile fotorezistoarelor ... pagina 6

Caracteristica curent-tensiune ... pagina 6 Caracteristica energetică a fotorezistorilor ... pagina 7 Caracteristicile spectrale ... pagina 8 Dependenţa sensibilităţii de frecvenţă ... pagina 9

Varierea rezistenţei în funcţie de iluminare şi dopaj … pagina 12Avantaje şi dejavantaje … pagina 17Aplicaţi cu fotoreziostor … pagina 18

Primul circuit - Senzor “orb” … pagina 20 Circuitul doi - sensibilitate crescută … pagina 21

Fotorezistorul Page 26

Circuitul trei - sensibilitate la niveluri mai mari … pagina 23Bibliografie … pagina 25

Fotorezistorul Page 27