Kattava opas valoresistoreille: määritelmät, tyypit, toimintamekanismit ja sovellukset

Tutkiessaan modernin elektronisen tekniikan kiehtovaa maailmaa fotoresistorien tutkimus ja soveltaminen on epäilemättä loistava luku.Tällä ainutlaatuisella elektronisella komponentilla on tärkeä rooli monilla aloilla sen suuren herkkyyden vuoksi.Automaattisista valaistusjärjestelmistä monimutkaiseen tieteelliseen tutkimukseen valoresistorien käyttö ilmentää elektronisen tekniikan täydellistä fuusiota ja optisia periaatteita.Tämä artikkeli suorittaa perusteellisen analyysin luonteesta ja koostumuksesta, työperiaatteesta, rakenteellisista ominaisuuksista, symbolisesta esityksestä, tyypistä ja valoresistorien sovelluskenttien laajasta soveltamisalueesta, jonka tavoitteena.Tekniikka ja sen soveltaminen nykyaikaisessa tekniikassa.

valoresistori

Valoresistorit, joita joskus kutsutaan valosta riippuvaiseksi vastukseksi (LDR), menestyvät valosähköisen vaikutuksen periaatteessa.Tämä ainutlaatuinen elektroninen komponentti on periaatteessa valmistettu korkean kestävyyden puolijohdemateriaaleista.Tyypillisesti ne koostuvat aineista, kuten kadmiumselenidistä (CDSE), kadmiumsulfidista (CD) tai jopa piista (Si) tai germaniumista (GE).Näiden materiaalien valinta ei ole satunnainen;Heidän kaistan rakenne on avain heidän tehokkaaseen kantoaallon tuottamiseen valossa.Kyse on valinnan tarkkuudesta.

Pohjimmiltaan valoresisorin määrittelevä ominaisuus on sen akuutti herkkyys valolle.Ne ovat erittäin herkkiä valolle, joten kun valon voimakkuus kasvaa, vastusarvo laskee (muutama ohmi katoaa).Siksi valoresistorista tulee alhaisen kestävyyden materiaali, kun siellä on kirkas valo, ja siitä tulee korkea vastustusmateriaali, kun valoa ei ole.

Mielenkiintoisin osa: Tämä vastusmuutos liittyy suoraan valon voimakkuuteen.Valoresistorit tekevät enemmän kuin toimivat valonilmaisimina;Ne ovat myös tarkkoja valon voimakkuuden mittauksia.Lisäksi näiden puolijohteiden kemiallisen koostumuksen ja rakenteen virittäminen voi mukauttaa ne tiettyihin valon aallonpituuksiin erilaisten käyttötarpeiden tyydyttämiseksi.

Kattava opas valoresistoreille määritelmät, tyypit, toimintamekanismit ja sovellukset

Valoresistorien toiminta ulottuu kvanttimekaniikan ja solid-state-fysiikan maailmoihin, jotka ovat sekä monimutkaisia ​​että syvällisiä.Mikroskooppisessa ytimessä todistamme muutosenergiavaltioiden matkaa.Tämä prosessi vaikuttaa materiaalin sähkönjohtavuuteen.

Kun valo kohtaa valoresistisen materiaalin, kuten kadmiumselenidi tai kadmiumsulfidi.Fotonit, ne pienet kevyen energian paketit, yhdistyvät valenssielektronien kanssa.Jokaisella fotonilla on energiaa, ja energian määrä liittyy läheisesti valon aallonpituuteen.Mitä lyhyempi aallonpituus, sitä korkeampi energia.Jos fotonissa on tarpeeksi energiaa (tiettyyn aallonpituuteen tai pienempaan tai pienempaan), se houkuttelee elektroneja valenssikaistalla.Nämä elektronit hyppäävät innoissaan.Ne nousevat johtamiskaistalle atomi -alueelta.Vapaat elektronit tuotetaan.

Kun valenssielektroni jättää atomin, se jättää raon, jota kutsumme "reikään".Kiinteän tilan fysiikan alalla nämä reikät ovat analogisia positiivisten varausten kanssa.

Lopuksi ilmaisilla elektroneilla on sähkövirta, kun ne liikkuvat vapaasti.Nämä reiät kuljettavat myös sähkövirtaa ja liikkuvat valenssikaistalla.Prosessi on asteittainen, koska kun valokennon johtimien valo kasvaa, enemmän latauskantajia johtaa sähköä.

Yleisesti ottaen valokennon läpi virtaavan virran määrä riippuu käytettävissä olevien reikien lukumäärästä ja ilmaisista elektronista.Toisin sanoen, mitä suurempi valoenergia, sitä suurempi on vapaiden elektronien ja reikien lukumäärä (varauskantajat).Myöhemmin LDR: n läpi virtaava virta kasvaa.

Valouresistorin rakenteellisilla ominaisuuksilla on avainrooli sen toiminnallisuuden määrittelyssä.Kun fotoresistorit käsitetään, tulevat esiin kaksi keskeistä näkökohtaa: materiaalin optoelektroniset ominaisuudet ja optimoidun valon absorption saavuttaminen tuottaen samalla tehokkaita elektronireiän paria.Fotoresisorin ydin on aktiivinen puolijohde-alue, joka sijaitsee puoliltaavalla substraatilla.Tämä komponentti on upotettu monimutkaisesti energiakaistarakenteeseen ja on perustavanlaatuinen determinantti valoresistorin herkkyydelle tiettyjen aallonpituuksien valolle.

Valoelektrisen vasteen kalibroimiseksi tuotantoprosessissa käytetään huolellista tekniikkaa, jota kutsutaan dopingiksi.Tämä prosessi tuo hivenaineen elementit puolijohteeseen, jolloin elektronipitoisuus ja energiakaistan rakenne voidaan virittää tarkasti.Siksi tämä parantaa valoresisorin valosähköistä suorituskykyä.

Fyysisen suunnittelun suhteen valoresistoreilla on tyypillisesti suuri pinta -ala.Tämä valtava pinta helpottaa optimaalista valon sieppausta.Stoureiden solujen herkät kuviot syövytetään niiden pintoihin laajentaen tehokasta valotusaluetta.Suurempi valotusalue tarkoittaa lisääntynyttä fotonin imeytymistä, mikä johtaa parantuneeseen vasteeseen ja herkkyyteen.

Valoesisorin suunnittelussa strategisesti sijoitetut metallikoskettimet ympäröivät aktiivista aluetta.Nämä kontaktit palvelevat kaksoiskäyttöä: ei vain toimi sähkösilana, vaan auttavat myös minimoimaan vastus valaistulla alueella, ja niiden hoikka suunnittelee vähentäen kosketusvastusta ja varmistaa saumattoman virran virtauksen.

Kansainväliset symbolit (vasen) amerikkalaiset symbolit (oikea)

Elektronisten piirikaavioiden kentällä valoresistorien symbolinen esitys on avaintekijä.Se auttaa insinöörejä ja teknikkoja navigoimaan ja tulkitsemaan piirimalleja.Kansainvälisten standardien, kuten kansainvälisen sähkötekniikan komission (IEC) standardien, ja Yhdysvaltain standardien, kuten American National Standards Institute (ANSI) -standardien, edustamisessa on hienovaraisia ​​eroja.

Kansainvälisissä standardeissa, paremman ymmärryksen ja muistin saavuttamiseksi, fotoresistori on kuvattu perusvastuksen symbolina, joka on koristeltu diagonaalisella nuolella sen keskuksen läpi.Tämä nuoli on enemmän kuin vain rivi, se symboloi valon virtausta.Tämä on vastuksen lähestyvän ulkoisen valon kuittaus.Tavoitteena on selkeys ja monipuolisuus, jotka ovat näiden kansainvälisten symbolien tunnusmerkkejä.

Amerikkalainen standardi käyttää hiukan erilaista merkintää.Täällä fotoresistori lainaa edelleen perusvastuksen symbolin.Se, mikä tekee siitä ainutlaatuisen, on sen nuoli - summa ja osoittaen sivuttain.Tämä kuvaa myös valon vaikutusta vastuksen ominaisuuksiin.Usein näissä Yhdysvaltain kaavioissa löydät läheltä kaiverrettu "LDR" (kevyt riippuvainen vastus), joka on tekstinen muistutus sen toiminnon selventämisestä.

Kasvaten syvemmälle menneisyyteen, vanhat piirikaaviot esittävät toisen kuvan.Valoresistoreita kuvataan joskus vastuksina, joilla on siksak -linjat.Tämä esitys on nykyään vähemmän yleistä, se on menneisyyden kuiskaus ja on edelleen olemassa joissain vanhemmissa elektroniikkakirjallisuudessa ja oppaita.

Fotoresistorien esitys nykyajan piirikaavioissa on kehittynyt kohti yhtenäisempää muotoa.Tunnettu suorakulmio on yleisen vastuksen yleinen symboli sekä nuoli, joka edustaa valaistusta.Tämä moderni ilmaus on sekä intuitiivinen että helppo ymmärtää ja siitä on tullut standardi kansainväliselle viestinnälle.

Valoresistorityyppi

Fotoresistoreilla on mielenkiintoisia toimintoja, ja ne luokitellaan pääasiassa käyttämänsä puolijohdemateriaalin tyypin mukaan.Materiaalien valinta määrittää niiden valorahoituksen ja tehokkuuden.Yleisesti ottaen ne on jaettu kahteen eri luokkaan: sisäiset fotoresistorit ja epitaksiaaliset fotoresistorit.Jokainen tyyppi määritetään sen ainutlaatuisten materiaaliominaisuuksien avulla, jotka veistävät oman kapeansa levitysalueilla ja suorituskykyominaisuuksilla.

Luonnollinen fotoresistori:

Luonnollisten valoresistorien maailmassa puhtaus on avainasemassa.Nämä laitteet koostuvat puhtaista puolijohdemateriaaleista, kuten germanium (GE) ja pii (SI).Niiden puhdas tila ylläpitää kiinteää määrää valenssielektroneja.Mutta heidän toimintansa erottaa heidät: ne toimivat ilman dopingia.Pimeässä valenssi- ja johtavuuskaistan välinen suuri energiakuilu antaa näille materiaaleille korkean vastuskyvyn, joka estää vapaan varauksen kantajien, kuten elektronien ja reikien, aaltoa.Valo ne ja kohtaus muuttuu.Fotonienergia työntää valenssielektronit johtamiskaistalle vapauttaen elektroneja ja reikiä.Myös luontaisilla valoresistoreilla on myös rajoituksia.Puhtaiden puolijohteiden rajoitetun elektronialtaan johtuen valossa syntyneiden kantajien lukumäärä on edelleen rajoitettu.Tämä rajoitus tarkoittaa vähemmän valonkeskeisyyttä.Niiden korkea stabiilisuus ja erityinen aallonpituusvaste tekevät niistä kuitenkin ihanteellisia tiettyihin tarkkuussovelluksiin.

Epitaksiaalinen fotoresistori:

Sitä vastoin epitaksiaaliset fotoresistorit ovat monimutkaisempia.Ne uskaltaavat puhtauden ulkopuolella ja lisäävät seostetut puolijohdemateriaalit.Täällä puolijohteeseen viedään hivenaineita, kuten fosforia tai booria, mikä muuttaa sen elektronisia ominaisuuksia dramaattisesti.Dopingia on kahta tyyppiä: N-tyyppi, runsaasti ylimääräisiä ilmaisia ​​elektroneja tai P-tyyppiä, runsaasti ylimääräisiä reikiä.Tämä prosessi lisää käytettävissä olevien ilmaisten maksujen kantajien määrää, mikä parantaa johtavuutta jopa ilman ulkoista energian syöttöä.Valon läsnä ollessa nämä seostetut materiaalit eivät luota vain luontaisiin kantaja -aineiden muodostumismekanismeihin, vaan myös hyötyvät doping -atomien aiheuttamisesta, mikä lisää ilmaisia ​​ilmaisia ​​elektroneja tai reikiä.Tämä synergistinen vaikutus lisää merkittävästi kokonaiskantajia valaistuksessa, mikä johtaa merkittävään vastustuskyvyn vähentymiseen, etenkin pienemmissä valaistusolosuhteissa.Epitaksiaaliset fotoresistorit loistavat poikkeuksellisella fotoresponsitiivisuudellaan ja herkkyydellä.Ne ovat parempana sovelluksille, jotka vaativat suurta reagointia ja hämärän havaitsemisominaisuuksia, kuten turvajärjestelmiä ja yövalaistuksen hallintaa.

katuvalot yöllä

Valoherkkyydestään ja yksinkertaisesta suunnittelustaan ​​tunnettu valoresistorit ovat löytäneet paikkansa lukuisissa sovelluksissa.Kaivataan tietyn käyttötarkoituksen teknisiä monimutkaisuuksia.
Automaattisten ohjausvalaistusjärjestelmien alalla valoresistorit ovat välttämättömiä.Harkitse automaattista katuvalaistusta: Kun hämärän putoukset ja ympäröivä valo himmentää, valoresistorin vastus.Tämä muutos laukaisee ohjauspiirin ja kehottaa katuvaloja valaisemaan yötä.

Solar Street Lights ja Solar Road -taput luottavat myös valoresistoreihin.Ne mittaavat auringonvalon ja hienosäätövaraus- ja purkaussyklien voimakkuutta optimaalisen energian käytön saavuttamiseksi.Valokuvassa nämä komponentit ovat ratkaisevan tärkeitä kameran mittausjärjestelmässä.Ne kalibroivat valotusasetuksia (kuten aukko ja suljinopeus) varmistaakseen, että jokainen valokuva on valaistu täydellisesti valaistusolosuhteista riippumatta.

Fotoresistoreilla on myös rooli elokuva- ja videotuotannossa.Ne säätävät erilaisten valaistusvalaisimien kirkkautta, mikä on välttämätöntä halutun visuaalisen vaikutuksen saavuttamiseksi.

Kotiautomaatiojärjestelmissä valoresistorit löytyvät automaattisista verhoista ja yövaloista laitteen toiminnan säätämiseksi ympäröivän valon perusteella.Kaupallisella sektorilla he hallitsevat mainostaulun valaistusta, ulkokelloja ja kelloradioita säätämällä kirkkautta ja näyttömuotoja ympäröivän valon muutosten mukaan.

Turvajärjestelmät käyttävät myös savu- ja murtohälytysten valoresistoreita epätavallisten muutosten havaitsemiseksi.Savuhälytyksissä ne havaitsevat savun aiheuttaman valon sironnan tai estämisen muutokset.Kulunvalvontajärjestelmät ja liikkeenilmaisimet käyttävät niitä ihmisen liikkeen johtuen valon muutoksista.

Infrapuna -tähtitieteen kenttää ei myöskään jätetä pois.Tässä fotoresistorit, etenkin ne, jotka ovat herkkiä kaukaisille aallonpituuksille, toimivat ilmaisimina, tarkkailemalla taivaankappaleiden infrapunasäteilyä.

Teollisuusasetuksissa valoresistorit seuraavat liekkejä tunnistaen tiettyjen aallonpituuksien päästöt.Antureina ne auttavat polun suunnittelussa, esteiden välttämisessä ja ympäristön havaitsemisessa.Automatisoidut tehtaat luottavat niihin kokoonpanolinjan valaistuksen hallitsemiseksi, säätämällä dynaamisesti valaistusolosuhteita työn tehokkuuden parantamiseksi.

Fouresistorit ovat elektroninen laite, joka hyödyttää valaistustekniikkaa, koska ne ovat kompakteja, laajalti saatavana elektronisilta komponenttien jakelijoilta ja kustannustehokkaita.Ne saattavat olla vähemmän tarkkoja, mutta ovat silti tarpeeksi hyviä palvelemaan sähkölaitteita.Jokaisella valoresistorin iteraatiolla on ainutlaatuisia etuja, ja se voidaan räätälöidä huolellisesti erilaisille sovellusskenaarioille.Yhteenvetona voidaan todeta, että fotoresistorit eivät ole vain välttämätön komponentti elektronisessa tekniikassa, vaan myös avaintyökalu valonergian monimutkaisuuden paljastamisessa ja hyödyntämisessä, varmistaen sen kestävän merkityksen teknologisessa etenemissuunnassa.

Yllä oleva on tämän artikkelin koko sisältö, toivon, että siitä on hyötyä projektillesi.Jos sinulla on kysyttävää tai kommentteja, voit ottaa meihin yhteyttä milloin tahansa.