Co je rezistor závislý na světle (LDR)? Vysvětlení principu činnosti, symbolu a aplikací

Rezistory závislé na světle (LDR), nazývané také fotorezistory, jsou široce používané světelné senzory, které mění odpor podle osvětlení. Tyto levné, pasivní komponenty tvoří podporu světlem aktivovaných obvodů, jako jsou automatické pouliční lampy, solární lampy, alarmy a kamerové měřiče. Tento článek vysvětluje jejich konstrukci, symbol, pracovní princip, specifikace a aplikace a zdůrazňuje, proč LDR zůstávají aktivní v elektronice. C1. Přehled rezistoru závislého na světle (LDR). C2. Symbol rezistoru závislého na světle (LDR) C3. Konstrukce rezistoru závislého na světle (LDR) C4. Princip činnosti rezistoru závislého na světle (LDR) C5. Rezistor závislý na světle (LDR) v obvodech C6. Frekvenční odezva rezistoru závislého na světle (LDR) C7. Technické specifikace rezistoru závislého na světle (LDR) C8. Charakteristika rezistoru závislého na světle (LDR) C9. Typy rezistorů závislých na světle (LDR) Třída C10. Testování rezistoru závislého na světle (LDR) Třída C11. Rezistor závislý na světle (LDR) vs fotodioda Třída C12. Závěr Kapitola 13. Často kladené dotazy [FAQ] 1. Přehled rezistoru závislého na světle (LDR). Rezistor závislý na světle (LDR), známý také jako fotorezistor, je pasivní dvousvorková elektronická součástka, jejíž odpor se mění s intenzitou světla, které na ni dopadá. Na rozdíl od pevných rezistorů není jeho odpor konstantní, ale výrazně se mění v závislosti na osvětlení. Ve tmě může odpor LDR stoupnout na několik megaohmů, což omezuje tok proudu, zatímco při jasném světle jeho odpor klesá na pouhých několik stovek ohmů, což umožňuje snadnější průchod proudu. Díky této široké variabilitě odporu jsou LDR vysoce účinné v aplikacích citlivých na světlo. Běžně se používají v obvodech pro automatické pouliční osvětlení, alarmy proti vloupání, solární sledovací systémy a měřiče světla kamer, kde je odezva obvodu přímo ovlivněna změnami okolních světelných podmínek. 2. Symbol rezistoru závislého na světle (LDR) Ve schématech zapojení je LDR znázorněn jako rezistor se dvěma diagonálními šipkami směřujícími k němu. • Symbol rezistoru označuje odpor vůči proudu. • Šipky představují příchozí světlo. Tato konvence odpovídá jiným zařízením citlivým na světlo, jako jsou fotodiody a fototranzistory. 3. Konstrukce rezistoru závislého na světle (LDR) Rezistor závislý na světle se vyrábí z fotovodivých materiálů, jako je sulfid kademnatý (CdS) nebo selenid kademnatý (CdSe). Tyto materiály mění svou elektrickou vodivost, když jsou vystaveny světlu. Pro maximalizaci citlivosti se fotovodivá fólie obvykle nanáší do klikaté nebo hadovité stopy na keramickou základnu, což zvětšuje povrchovou plochu dostupnou pro zachycení světla. Klíčové části LDR: • Fotovodivá vrstva – film CdS nebo CdSe, který snižuje odpor při osvětlení. • Elektrody – tenké kovové kontakty na obou koncích dráhy pro připojení k externím obvodům. • Substrát – keramická základna, která poskytuje strukturální podporu a tepelnou stabilitu. Zatímco CdS je stále nejběžnějším materiálem, omezení podle předpisů RoHS vás vedla k prozkoumání bezpečnějších alternativ. Novější LDR mohou používat méně toxických polovodičů, díky čemuž jsou šetrnější k životnímu prostředí. 4. Pracovní princip rezistoru závislého na světle (LDR) Činnost LDR je založena na fotovodivosti, kdy se elektrická vodivost materiálu zvyšuje, když absorbuje světlo. Když fotony narazí na fotovodivou vrstvu, jejich energie excituje elektrony z valenčního pásma do vodivého pásma a generuje mobilní nosiče náboje. Se zvyšujícím se osvětlením se vytváří více nosičů, což umožňuje větší tok proudu a snižuje odpor zařízení. Naopak, když hladina světla klesne, generuje se méně nosičů a odpor prudce stoupá. Tento přímý vztah mezi intenzitou světla a odporem dělá z LDR senzor přirozeného světla. Jeho proměnný odpor lze snadno převést na měřitelné změny napětí nebo proudu, což umožňuje jednoduchým obvodům automaticky reagovat na okolní jas bez nutnosti složité elektroniky. 5. Rezistor závislý na světle (LDR) v obvodech LDR je obvykle připojen v uspořádání děliče napětí s pevným odporem. Toto nastavení převádí kolísání odporu LDR na napěťový signál, který lze přivádět do jiných komponent. Během denního světla odpor LDR klesá, což snižuje výstupní napětí děliče. Výsledný slabý signál udržuje připojený tranzistor nebo relé ve vypnutém stavu, což zabraňuje zapnutí lampy nebo zátěže. V noci odpor LDR dramaticky stoupá, čímž se zvyšuje napětí děliče. Toto vyšší napětí přepne tranzistor do vodivosti, napájí relé a napájí lampu. Obvod v podstatě převádí okolní jas přímo na spínací signál. Tento jednoduchý, ale účinný přístup je široce používán v automatických pouličních lampách, solárních zahradních lampách a světlem aktivovaných alarmech, kde je dosaženo spolehlivého ovládání zapnutí/vypnutí bez ručního zásahu. 6. Frekvenční odezva rezistoru závislého na světle (LDR) Odezva LDR závisí na spektrální citlivosti jeho materiálu. Každý typ reaguje silněji na určité vlnové délky světla: • CdS (sulfid kademnatý): Špičková citlivost ve viditelném rozsahu, asi 500–700 nm, odpovídající odezvě lidského oka. Díky tomu je vhodný pro obecnou detekci světla, pouliční osvětlení a kamery. • PbS (sulfid olovnatý): Citlivý hlavně na infračervené záření nad 1000 nm, často se používá v plamenových senzorech, tepelných detektorech a dálkově ovládaných přijímačích. Volba materiálu tedy definuje aplikaci: • Měření viditelného světla → LDR na bázi CdS. • Infračervené snímání → LDR na bázi PbS. 7. Technické specifikace rezistoru závislého na světle (LDR) LDR jsou definovány několika elektrickými a optickými parametry, které určují jejich výkon v obvodech. Mezi typické hodnoty patří: | Parametr | Typická hodnota | Poznámky | | ----------------------------- | ------------- | ----------------------------------------------------------------------------------- | | Maximální ztrátový výkon | 200 mW | Kromě toho může přehřátí poškodit materiál. | | Maximální provozní napětí (0 luxů) | 200 V | Maximální napětí je povoleno v úplné tmě, aby se zabránilo poruše. | | Špičková citlivost vlnové délky | \~600 nm | Odpovídá žlutooranžové oblasti viditelného světla, která se blíží citlivosti lidského oka. | | Odpor @ 10 luxů | 1,8–4,5 kΩ | Odpor klesá se zvyšujícím se osvětlením. | | Odpor @ 100 luxů | \~0,7 kΩ | Vhodné pro detekci úrovně osvětlení v interiéru. | | Odolnost proti tmě (po 5 s) | \~250 kΩ | Hodnota odporu, jakmile se senzor ustálí ve tmě. | 8. Charakteristika rezistoru závislého na světle (LDR) LDR vykazuje jedinečné elektrické chování, které jej odlišuje od pevných rezistorů: • Odpor klesá s jasem: Se stoupajícím osvětlením se zvyšuje generace nosičů, což způsobuje prudký pokles odporu. • Vysoký odpor proti tmě: V úplné tmě může odpor dosáhnout stovek kiloohmů až několika megaohmů, což účinně blokuje proud. • Nelineární odezva: Vztah mezi intenzitou světla (lux) a odporem není úměrný. Malé změny při nízkých úrovních osvětlení způsobují velké posuny odporu, zatímco při vysokých úrovních osvětlení se odezva zploští. • Pomalé zotavení: Po odstranění světla odpor nějakou dobu trvá, než se vrátí na svou tmavou hodnotu, což přináší znatelné zpoždění. • Teplotní závislost: Okolní teplota ovlivňuje vodivost, přičemž vyšší teploty snižují odpor i při stejné úrovni světla. 9. Typy rezistorů závislých na světle (LDR) LDR lze klasifikovat na základě použitého materiálu a jejich linearity odezvy: 10.1 Podle materiálu • CdS (sulfid kademnatý) LDR: Nejpoužívanější, s maximální citlivostí ve viditelném spektru. Běžné v expozimetrech, automatickém pouličním osvětlení a kamerových expozičních systémech. • PbS (sulfid olovnatý) LDR: Citlivé na infračervené záření, díky čemuž jsou vhodné pro detekci plamene, tepelné senzory a IR komunikaci. 10.2 Podle linearity • Lineární LDR: Poskytují téměř přímou odezvu mezi intenzitou světla a odporem. Jsou méně běžné a používají se hlavně v laboratorních nebo přesných optických přístrojích. • Nelineární LDR: Ukazují křivku logaritmického typu, kde odpor prudce klesá při nízkých luxech, ale vyrovnává se při vysokých luxech. Ty jsou široce používány v každodenních aplikacích řízení světla kvůli jejich nákladové efektivitě a dostupnosti. 10. Testování rezistoru závislého na světle (LDR) Rychlým způsobem, jak ověřit LDR, je zkontrolovat jeho odpor za různých světelných podmínek pomocí multimetru nastaveného na ohmy: • Test tmy: LDR zcela zakryjte nebo jej otestujte v tmavé místnosti. Odpor by měl vzrůst na stovky kiloohmů nebo dokonce několik megaohmů, v závislosti na zařízení. • Test světla: Vystavte LDR jasnému zdroji světla, jako je baterka nebo sluneční světlo. Odpor by měl výrazně klesnout, často až na několik stovek ohmů až několik kiloohmů. Velký posun odporu mezi tmavým a osvětleným stavem potvrzuje, že LDR funguje správně. Tento jednoduchý test je užitečný pro odstraňování problémů se senzory v obvodech, jako jsou automatické lampy nebo alarmy. 11. Rezistor závislý na světle (LDR) vs. fotodioda | Funkce | LDR (fotorezistor) | Fotodioda | | ----------------- | ----------------------------------------------------- | ---------------------------------------------------------------- | | Typ zařízení | Pasivní odporový snímač vyrobený z fotovodivé fólie | Aktivní polovodič s PN přechodem | | Rychlost odezvy | Pomalé (ms až sekundy) – nevhodné pro rychlé signály | Extrémně rychlé (ns až μs) – ideální pro přenos dat | | Rozsah světla | Nejlepší pro viditelné světlo (CdS: \~600 nm) | Může být navržen pro viditelné, IR nebo UV rozsahy | | Linearita | Nelineární odpor vs světelná křivka | Více lineární proud vs intenzita světla | | Náklady a složitost | Velmi nízké náklady, jednoduché použití | Vyšší náklady, vyžaduje předpětí a obvody | | Nejlepší využití | Detekce okolního světla, automatické lampy, alarmy | Vysokorychlostní optická komunikace, čtečky čárových kódů, optická vlákna | 12. Závěr LDR kombinují jednoduchost, cenovou dostupnost a spolehlivost, což z nich dělá jeden z nejoblíbenějších světelných senzorů v elektronice. I když jsou omezeny pomalejší dobou odezvy ve srovnání s fotodiodami, jejich všestrannost v pouličním osvětlení, alarmech, displejích a solárních zařízeních zajišťuje trvalou relevanci. Od hobby obvodů po průmyslovou automatizaci zůstávají fotorezistory užitečné pro nákladově efektivní systémy detekce světla a automatického řízení. 13. Často kladené otázky [FAQ] 13.1 Jaká je životnost LDR? LDR mohou vydržet několik let, pokud jsou používány v rámci svých limitů jmenovitého napětí a výkonu. Jejich životnost závisí především na vystavení vysoce intenzivnímu světlu, teplu a vlhkosti, které mohou časem degradovat fotovodivý materiál. 13.2 Může LDR fungovat v úplné tmě? Ano, ale ve tmě odpor LDR stoupá na několik megaohmů, což účinně blokuje proud. Díky tomu se chová jako otevřený obvod, dokud není přítomno světlo. 13.3 Jak přesné jsou senzory LDR ve srovnání s fotodiodami? LDR jsou méně přesné a pomalejší než fotodiody. Jsou ideální pro obecnou detekci světla, ale nejsou vhodné pro přesná nebo vysokorychlostní měření, kde fotodiody nabízejí lepší výkon. 13.4 Jsou LDR ovlivněny změnami teploty? Ano. Vyšší teploty snižují odpor LDR i při stejné úrovni světla, což může způsobit malé nepřesnosti v obvodech, které vyžadují přesné snímání světla. 13.5 Mohu použít LDR venku? Ano, LDR lze použít venku v aplikacích, jako jsou pouliční osvětlení a solární lampy, ale musí být chráněny kryty odolnými proti povětrnostním vlivům, aby se zabránilo vlhkosti a UV degradaci materiálu senzoru.