Fotocelle (fotoresistor): Funktion, virkemåde og anvendelser

Fotocelle (fotoresistor): Lær om funktion, virkemåde og praktiske anvendelser — hvordan lys ændrer ledningsevne, komponenttyper og typiske kredsløbsløsninger.

En fotocelle, også kendt som en fotoresistor, er en elektronisk komponent — en enhed, der ændrer sin elektriske ledningsevne, når lys falder på den. Når der er meget lys, leder den typisk bedre elektrisk strøm; i mørke falder ledningsevnen kraftigt, og der løber næsten ingen strøm. Historisk kan Selen bruges til at lave fotoceller, men der findes i dag flere materialer og typer.

Funktion og virkemåde

De mest almindelige fotoresistorer bygger på fotokonduktivitet i halvledermaterialer. Når fotoner indtræffer materialet, absorberes deres energi og "frigør" elektroner, så de kan bevæge sig frit og dermed øge materialets ledningsevne. Hvor hurtigt og hvor meget ledningsevnen ændres, afhænger af materialet, lysintensiteten, bølgelængden (farven) og temperaturen.

En fotoresistor anvendes ofte i en simpel elektrisk kreds som en del af en spændingsdeler: fotoresistorens modstand ændrer delt spænding, som kan aflæses af en analog indgang (f.eks. en ADC) eller bruges til at styre en komparator, der tænder eller slukker for en belastning (f.eks. gadelamper eller automatisk lysstyring).

Typer og materialer

• CdS (cadmiumsulfid): Meget udbredt i fotoresistorer (LDR – Light Dependent Resistor). Har god følsomhed i synligt lys, men cadmium er giftigt, så anvendelse begrænses i nogle produkter.
• Selen: Brugtes tidligere i lysmålere og tidlige fotoceller.
• Fotodioder og fototransistorer: Andre typer fotodetektorer, som ikke er fotoresistorer, men som ofte bruges i stedet, når hurtig respons eller elektrisk linearitet er ønsket. Disse bygger også på halvlederprincipper, men virker som dioder/transistorer.
• Infrarøde og specialmaterialer: Til IR-sensorer og industrielle applikationer bruges materialer som InGaAs eller PbS.

Anvendelser

• Automatisk tænd/sluk af belysning (f.eks. gadelamper og natlys).
• Fotoceller i legetøj og elektroniske kredsløb til at detektere lysniveau.
• Lyssensorer i kameraer og eksponeringsmåling (historisk og i enklere systemer).
• Alarmsystemer og bevægelsesdetektering i kombination med andre sensorer.
• Industrielle målinger og styring, hvor krav til hastighed og præcision varierer.

Egenskaber og begrænsninger

• Resistansområde: I mørke kan modstanden være meget høj (megaohm-område), i stærkt lys kan den falde til få hundrede ohm afhængig af typen.
• Responstid: Fotoresistorer (f.eks. CdS LDR) er relativt langsomme — typisk titalls til hundreder af millisekunder — og egner sig ikke til hurtige målinger. Fotodioder er meget hurtigere.
• Spektal følsomhed: Mange fotoresistorer er mest følsomme i synligt lys, men forskellige materialer har forskellig følsomhed over bølgelængder.
• Ikke-linearitet: Forholdet mellem lysintensitet og modstand er ofte ikke-lineært, så kalibrering kan være nødvendig for præcise målinger.
• Temperaturafhængighed og aldring: Modstanden påvirkes af temperatur, og materialer kan slide over tid og ændre karakteristika.

Praktiske råd ved brug

• Brug fotoresistoren i en spændingsdeler med en passende fast modstand, så spændingsudgangen ligger i et anvendeligt område for din ADC eller comparator.
• Ved behov for hurtige eller meget præcise målinger bør du overveje fotodioder eller fototransistorer i stedet for en LDR.
• Undgå direkte eksponering for stærke varmekilder eller UV-lys, da det kan ændre sensorens egenskaber over tid.
• Placér sensoren, så den kun modtager det ønskede lys (brug skærmning eller optiske filtre hvis nødvendigt) for at undgå falske målinger fra omgivelseslys.
• Vær opmærksom på miljø- og sikkerhedshensyn ved materialer som cadmium — vælg miljøvenlige alternativer hvis muligt.

Samlet set er fotoresistorer enkle, billige og nyttige sensorer til mange lysrelaterede opgaver, men de har begrænsninger i hastighed, linearitet og stabilitet, som man skal tage højde for ved design af elektroniske systemer.

Søg efter bogstav