Fotokomórka (fotorezystor) — co to jest, działanie i zastosowania

Fotokomórka (fotorezystor) — co to jest, jak działa i zastosowania: praktyczny przewodnik po budowie, typach i zastosowaniach w automatyce i elektronice.

Fotokomórka, znana również jako fotorezystor (ang. LDR — Light Dependent Resistor), jest elementem elektronicznym, urządzeniem, które zmienia swoje przewodnictwo elektryczne, gdy pada na nie światło. W praktyce oznacza to, że w jasnym oświetleniu rezystancja fotorezystora spada i przez element płynie większy prąd, a w ciemności rezystancja rośnie i prąd się zmniejsza. Selen bywał stosowany do produkcji fotokomórek, choć dziś częściej używa się innych półprzewodników, np. siarczku kadmu (CdS) czy siarczku kadmu z selenem (CdSe).

Jak to działa?

Fotorezystory działają na zasadzie fotoprzewodnictwa. To zjawisko polega na tym, że fotony padające na materiał półprzewodnikowy dostarczają energii elektronowi, dzięki czemu elektrony przechodzą do pasma przewodnictwa i mogą przewodzić prąd. Im więcej światła (więcej fotonów), tym więcej nośników ładunku i tym mniejsza rezystancja elementu.

Materiały i parametry

• Popularne materiały: CdS (siarczek kadmu), CdSe, PbS, dawniej selen. Każdy materiał ma inną czułość spektralną i czas reakcji.
• Rezystancja: w pełnym świetle rzędu kilkudziesięciu–kilku tysięcy omów; w ciemności może sięgać megaomów. Dokładne wartości zależą od typu i producenta.
• Czułość spektralna: fotokomórki na bazie CdS są najczułe w zakresie widzialnym (szczególnie zielonym), mniej w UV i IR.
• Czas reakcji: typowo kilkadziesiąt do kilkuset milisekund — wolniej niż fotodiody i fototranzystory. Czas opadania (odzysku) może być dłuższy niż narastania.
• Temperaturowa zależność: rezystancja zależy od temperatury, co trzeba uwzględnić w dokładnych zastosowaniach.
• Środowisko: niektóre materiały (np. kadm) są toksyczne — brak odpowiedniej utylizacji i ekspozycja mogą być szkodliwe.

Typowe zastosowania

• Automatyczne włączanie oświetlenia (np. lampy uliczne, ogrodowe) — „dusk-to-dawn”.
• Proste czujniki natężenia światła w urządzeniach AGD, zabawkach, zasilaczach.
• Systemy alarmowe wykrywające nagłą zmianę oświetlenia (np. rozbłysk światła).
• Regulatory jasności wyświetlaczy lub lamp.
• Fotometry i układy pomiaru natężenia światła w amatorskich projektach.
• W układach edukacyjnych i prototypach jako tani czujnik światła.

Przykładowe użycie w obwodzie

Najprostszy sposób wykorzystania fotorezystora to połączenie go w dzielniku napięcia z rezystorem stałym, podając wynik na wejście ADC mikrokontrolera lub na wejście wzmacniacza porównawczego (komparatora). Dla dzielnika napięcia możemy zapisać:

Vout = Vin * Rfixed / (Rfixed + R_LDR)

Aby zrealizować punkt załączania np. o określonej jasności, dobiera się Rfixed zbliżony do spodziewanej rezystancji fotorezystora przy tej jasności. Do przełączania bez mikrokontrolera stosuje się prosty komparator (np. LM358) z regulacją progu (potencjometrem).

Zalety i ograniczenia

• Zalety: niska cena, prostota użycia, brak potrzeby zasilania samego czujnika (pasywny element), dobra czułość w widzialnym paśmie.
• Ograniczenia: nieliniowa charakterystyka, wolniejsza odpowiedź niż fotodiody, zależność od temperatury, możliwość zawilgocenia wpływającego na pomiary, toksyczność niektórych materiałów.

Porady praktyczne

• Jeśli potrzebujesz szybkiej i liniowej odpowiedzi, rozważ fotodiodę lub fototranzystor zamiast LDR.
• Chronić fotokomórkę przed wilgocią i bezpośrednim kontaktem z zanieczyszczeniami; czasami stosuje się osłony z przezroczystego tworzywa.
• Kalibruj układ w warunkach rzeczywistych — wpływ oświetlenia zewnętrznego i kąta padania światła może być znaczący.
• Przy projektach wymagających zgodności z przepisami środowiskowymi wybieraj elementy bezkadmowe lub alternatywne czujniki światła.

Fotokomórka (fotorezystor) to prosty, tani i wszechstronny czujnik światła, idealny do wielu zastosowań hobbystycznych i przemysłowych, o ile weźmie się pod uwagę jego ograniczenia i właściwie dobierze układ elektroniczny.

Szukaj według litery