Фоторезисторы. Виды и работа. Применение и особенности

В промышленности и бытовой электронике фоторезисторы используются для измерения освещенности, подсчета количества чего-либо, определения препятствий и прочего. Основное его назначение — переводить количество света, попадающего на чувствительную площадь, в полезный электрический сигнал. Сигнал в последствии может обрабатываться аналоговой, цифровой логической схемой или схемой на базе микроконтроллера. В этой статье мы расскажем, как устроен фоторезистор и как меняются его свойства под воздействием света.

Основные понятия и устройство

Фоторезистор – это полупроводниковый прибор, сопротивление которого (если удобно – проводимость) изменяются в зависимости от того, насколько сильно освещена его чувствительная поверхность. Конструктивно встречаются в различных исполнениях. Наиболее распространены элементы такой конструкции, как изображено на рисунке ниже. При этом для работы в специфических условиях можно найти фоторезисторы, заключенные в металлический корпус с окошком, через которое попадает свет на чувствительную поверхность. Ниже вы видите его условное графическое обозначение на схеме.

Обозначение на схемах

Фоторезистор на принципиальной схеме обозначается почти также как и стандартный резистор. Но есть небольшое отличие. Это всё тот же прямоугольник, но в круге, снаружи которого есть изображение двух стрелок под углом в 45°. Эти стрелки — символически показывают падающий на элемент поток излучения.

Такое обозначение принято международной электротехнической комиссией IEC (International Electrotechnical Commission).

В иностранных источниках можно увидеть и другое условное обозначение. Фотоэлемент условно показан в виде ломаной линии. Это устаревшее условное обозначение, но и его можно встретить на схемах довольно часто.

Коды ошибок стиральных машин Самсунг

Определить повреждение гораздо проще, если на панели управления расположен дисплей. В случае возникновения неисправностей на нём отображаются символы, каждый из которых соответствует определённой поломке.

Следует учесть, что перечисленные коды неисправностей периодически видоизменяются и пополняются новыми. Поэтому перед началом ремонтных работ следует свериться со списком ошибок, указанным в инструкции.

Чувствительность и инертность фоторезистора

Чувствительность фоторезистора зависит от длины световой волны. Если длина волны лежит вне рабочего диапазона, то свет не оказывает никакого воздействия на ФР. Можно сказать, что фоторезистор не чувствителен в этом диапазоне длин волн. Эти радио компоненты обладают более низкой чувствительность, чем фототранзисторы и фотодиоды.

Еще одна важная характеристика фоторезистора называется инертность, ее физический смысл состоит в том, что имеется определенная инертность (или проще понять – время задержки) между изменениями в освещении и последующим изменением сопротивления. Для того чтобы сопротивление снизилось до минимально возможного значения при полном освещении требуется около 10 мс, и около одной секунды понадобится для того, чтобы сопротивление возросло до максимума после затемнения этого-же компонента.

Чувствительность и инертность фоторезистора.

Параллельное соединение

Довольно часто требуется подключить несколько диодов к одному источнику. Теоретически, для питания нескольких параллельно соединенных LED, можно применить один токоограничивающий резистор. При этом формулы будут иметь следующий вид:

R = (Uист — Uн) / (n ⋅ Iн)

P = (n ⋅ Iн)2 ⋅ R

Где n – количество параллельно включенных ЛЕДов.

Почему нельзя использовать один резистор для нескольких параллельных диодов

Даже в «китайских» изделиях производители для каждого светодиода устанавливают отдельный токоограничивающий резистор. Дело в том, что в случае общего балласта для нескольких LED многократно возрастает вероятность выхода из строя светоизлучающих диодов.

В случае обрыва одного из полупроводников, его ток перераспределится через оставшиеся LED. Рассеиваемая на них мощность увеличится и они начнут интенсивно нагреваться. Вследствие перегрева следующий диод выйдет из строя и дальше процесс примет лавинообразный характер.

Пример правильного подключения резистора

Принцип работы

Разберем, как работает фоторезистор?

Когда он неактивен это, по сути, диэлектрик. Чтобы устройство начало проводить ток на него должно быть оказано внешнее воздействие. Тепловое или, как в нашем случае, световое.

Фотоны света, попадая на активный слой, насыщают его электронами, и теперь появляется способность пропускать электрический ток. Возникает прямая зависимость, которую можно отобразить на графике.

Из графика хорошо видно, что чем больше образуется электронов, тем меньшее электрическое сопротивление у полупроводника. На этом свойстве фоторезистора и основан принцип его работы.

Причем эффект образования электронов способен вызвать как видимый спектр излучения так и инфракрасный. В последнем варианте они способны создавать значительно большую энергию.

Восприимчивость фоторезистивного слоя можно поднять за счет легирования его различными добавками. После такой обработки уменьшаются фотосопротивления, но повышается фоточувствительность в видимых спектрах света.

Этим элементам характерен процесс старения. Он выражается:

• в снижении омического сопротивления;
• изменяется фототок;
• растет чувствительность.

Этот процесс непродолжительный по времени — до нескольких сотен часов и потом параметры становятся стабильны.

Расчет резистора светодиода (по формулам)

При расчете вычисляют две величины:

• Сопротивление (номинал) резистора;
• рассеиваемую им мощность P.

Источники напряжения, питающие LED, имеют разное выходное напряжение. Для того чтобы выполнить подбор резистора для светодиода нужно знать напряжение источника (Uист), рабочее падение напряжения на диоде и его номинальный ток. Формула для расчета выглядит следующим образом:

R = (Uист — Uн) / Iн

При вычитании из напряжения источника номинальное падение напряжения на светодиоде – мы получаем падение напряжения на резисторе. Разделив получившееся значение на ток мы, по закону Ома, получаем номинал токоограничивающего резистора. Подставляем напряжение, выраженное в вольтах, ток – в амперах и получаем номинал, выраженный в омах.

Электрическую мощность, рассеиваемую на гасящем сопротивлении, вычисляют по следующей формуле:

P = (Iн)2 ⋅ R

Исходя из полученного значения, выбирается мощность балластного резистора. Для надежной работы устройства она должна быть выше расчетного значения. Разберем пример расчета.

Пример расчета резистора для светодиода 12 В

Рассчитаем сопротивление для LED, питающегося от источника постоянного напряжения 12В.

Допустим в нашем распоряжении имеется популярный сверхяркий SMD 2835 (2.8мм x 3.5мм) с рабочим током 150мА и падением напряжения 3,2В. SMD 2835 имеет электрическую мощность 0,5 ватта. Подставим исходные значения в формулу.

R = (12 — 3,2) / 0,15 ≈ 60

Получаем, что подойдет гасящий резистор сопротивлением 60 Ом. Ближайшее значение из стандартного ряда Е24 – 62 ома. Таким образом, для выбранного нами светодиода можно применить балласт сопротивлением 62Ом.

Теперь вычислим рассеиваемую мощность на сопротивлении.

P = (0,15)2 ⋅ 62 ≈ 1,4

На выбранном нами сопротивлении будет рассеиваться почти полтора ватта электрической мощности. Значит, для наших целей можно применить резистор с максимально допустимой рассеиваемой мощностью 2Вт.

Осталось купить резистор с подходящим номиналом. Если же у вас есть старые платы, с которх можно выпаять детали, то по цветовой маркировке можно выполнить подбор резистора. Воспользуйтесь формой ниже.

На заметку! В приведенном выше примере на токоограничительном сопротивлении рассеивается почти в три раза больше энергии, чем на светодиоде. Это означает, что с учетом световой отдачи LED, КПД нашей конструкции меньше 25%.

Чтобы снизить потери энергии лучше применить источник с более низким напряжением. Например, для питания можно применить преобразователь постоянного напряжения AC/AC 12/5 вольт. Даже с учетом КПД преобразователя потери будут значительно меньше.

Пример скетча датчика освещенности на фоторезисторе

Мы подключили схему с фоторезистором к ардуино, убедились, что все сделали правильно. Теперь осталось запрограммировать контроллер.

Написать скетч для датчика освещенности довольно просто. Нам нужно только снять текущее значение напряжения с того аналогового пина, к которому подключен датчик. Делается это с помощью известной нам всем функции analogRead(). Затем мы можем выполнять какие-то действия, в зависимости от уровня освещенности.

Давайте напишем скетч для датчика освещенности, включающего или выключающего светодиод, подключенный по следующей схеме.

Алгоритм работы таков:

• Определяем уровень сигнала с аналогового пина.
• Сравниваем уровень с пороговым значением. Максимально значение будет соответствовать темноте, минимальное – максимальной освещенности. Пороговое значение выберем равное 300.
• Если уровень меньше порогового – темно, нужно включать светодиод.
• Иначе – выключаем светодиод.

#define PIN_LED 13 #define PIN_PHOTO_SENSOR A0 void setup() { Serial.begin(9600); pinMode(PIN_LED, OUTPUT); } void loop() { int val = analogRead(PIN_PHOTO_SENSOR); Serial.println(val); if (val < 300) { digitalWrite(PIN_LED, LOW); } else { digitalWrite(PIN_LED, HIGH); } } Прикрывая фоторезистор (руками или светонепроницаемым предметом), можем наблюдать включение и выключение светодиода. Изменяя в коде пороговый параметр, можем заставлять включать/выключать лампочку при разном уровне освещения.

При монтаже постарайтесь расположить фоторезистор и светодиод максимально далеко друг от друга, чтобы на датчик освещенности попадало меньше света от яркого светодиода.

Подключение фоторезистора к ардуино

В проектах arduino фоторезистор используется как датчик освещения. Получая от него информацию, плата может включать или выключать реле, запускать двигатели, отсылать сообщения. Естественно, при этом мы должны правильно подключить датчик.

Схема подключения датчика освещенности к ардуино довольна проста. Если мы используем фоторезистор, то в схеме подключения датчик реализован как делитель напряжения. Одно плечо меняется от уровня освещённости, второе – подаёт напряжение на аналоговый вход. В микросхеме контроллера это напряжение преобразуется в цифровые данные через АЦП. Т.к. сопротивление датчика при попадании на него света уменьшается, то и значение падающего на нем напряжения будет уменьшаться.

В зависимости от того, в каком плече делителя мы поставили фоторезистор, на аналоговый вход будет подаваться или повышенное или уменьшенное напряжение. В том случае, если одна нога фоторезистора подключена к земле, то максимальное значение напряжения будет соответствовать темноте (сопротивление фоторезистора максимальное, почти все напряжение падает на нем), а минимальное – хорошему освещению (сопротивление близко к нулю, напряжение минимальное). Если мы подключим плечо фоторезистора к питанию, то поведение будет противоположным.

Сам монтаж платы не должен вызывать трудностей. Так как фоторезистор не имеет полярности, подключить можно любой стороной, к плате его можно припаять, подсоединить проводами с помощью монтажной платы или использовать обычные клипсы (крокодилы) для соединения. Источником питания в схеме является сам ардуино. Фоторезистор подсоединяется одной ногой к земле, другая подключается к АЦП платы (в нашем примере – АО). К этой же ноге подключаем резистор 10 кОм. Естественно, подключать фоторезистор можно не только на аналоговый пин A0, но и на любой другой.

Несколько слов относительно дополнительного резистора на 10 К. У него в нашей схеме две функции: ограничивать ток в цепи и формировать нужное напряжение в схеме с делителем. Ограничение тока нужно в ситуации, когда полностью освещенный фоторезистор резко уменьшает свое сопротивление. А формирование напряжения – для предсказуемых значений на аналоговом порту. На самом деле для нормальной работы с нашими фоторезисторами хватит и сопротивления 1К.

Меняя значение резистора мы можем “сдвигать” уровень чувствительности в “темную” и “светлую” сторону. Так, 10 К даст быстрое переключение наступления света. В случае 1К датчик света будет более точно определять высокий уровень освещенности.

Если вы используете готовый модуль датчика света, то подключение будет еще более простым. Соединяем выход модуля VCC с разъемом 5В на плате, GND – c землей. Оставшиеся выводы соединяем с разъемами ардуино.

Если на плате представлен цифровой выход, то отправляем его на цифровые пины. Если аналоговый – то на аналоговые. В первом случае мы получим сигнал срабатывания – превышения уровня освещенности (порог срабатывания может быть настроен с помощью резистора подстройки). С аналоговых же пинов мы сможем получать величину напряжения, пропорциональную реальному уровню освещенности.

Принцип действия фоторезисторов

С помощью фоторезисторов определяется наличие или отсутствие света, можно проверить и измерить интенсивность светового потока. В полной темноте их сопротивление существенно возрастает и может достигнуть 1 МОм. Под влиянием света сопротивление, наоборот, начинает резко падать, а его значение будет полностью зависеть от интенсивности света.

В зависимости от материалов, применяемых для изготовления фоторезисторов, эти устройства разделяются на две группы, основными признаками которых являются внутренний и внешний фотоэффект.

Элементы с внутренним фотоэффектом производятся из нелегированных материалов – германия или кремния. Принцип действия их довольно простой. Попадая на поверхность устройства, фотоны приводят в движение электроны. В результате, начинается их перемещение из валентной области в зону проводимости. Далее, в материале в большом количестве появляются свободные электроны, способствуя улучшению проводимости и соответствующему уменьшению сопротивления. Это в общих чертах объясняет, как работает фоторезистор.

Достижение внешнего фотоэффекта становится возможным за счет материалов, из которых изготавливается фоторезистор. Для придания нужных свойств в них добавляются специальные примеси, известные как легирующие добавки. Они изменяют параметры в нужную сторону и способствуют созданию новой энергетической зоны, насыщенной электронами, поверх имеющейся валентной области. Такие электроны требуют гораздо меньшее количество энергии для перехода в зону проводимости. Результатом этого становится повышенная чувствительность фоторезисторов к разной длине световых волн.

Проверка резистора мультиметром

В разъем COM вставляется черный щуп, а в VΩ красный. VΩ — это измерение напряжения и сопротивления.

Единица обозначает две ситуации. Если у резистора сопротивление выше, чем выбранный предел, мультиметр покажет зашкаливающее значение. Так же единица обозначает, что прибор не видит радиодеталь или есть плохой контакт между щупами и деталью.

Точка на экране показывает предел измерения. Здесь выбран предел 20 кОм.

Мультиметр показывает 2,7 кОм. При измерениях нельзя касаться одновременно двух металлических оснований щупов. Ваше тело может шунтировать измеряемую деталь, и показания пробора будут ложными.

Тоже самое с резисторами, чьи номиналы сопротивления выше, чем у измеряемого прибора. Можно его проверить и с помощью диодной прозвонки. При исправном резисторе диодная прозвонка не будет пищать, она покажет падение напряжения. Но и тут проблема.

Принцип работы фоторезистора

Принцип работы фоторезистора основан на таком явлении, как фотопроводимость (фоторезистивный эффект), которое относится к внутреннему фотоэффекту, то есть изменению электропроводности вещества при воздействии на него электромагнитного излучения.

Основой любого фоторезистора служит полупроводник. Под воздействием электромагнитного излучения (видимого света или инфракрасного) в веществе полупроводника возрастает количество носителей тока. Поэтому, в результате освещения полупроводника его сопротивление падает, а при затемнении, наоборот, растёт.

Наглядно увидеть изменение сопротивления фоторезистора можно при помощи мультиметра.

Подключаем выводы фоторезистора к щупам мультиметра, включенного в режим омметра.

Световое сопротивление фоторезисторов серии GM (GM35**, GM45**, GM55**, GM75**, GM125**, GM205**, GM255**) лежит в интервале 5…200 кОм (в зависимости от конкретного изделия) при освещённости в 10 люкс (lux). Поэтому предел измерения можно выставить в несколько килоом (2k, 20k или 200k).

На фото показано сопротивление импортного фоторезистора GM55** (предположительно GM5516, он же GL5516) в освещённом состоянии. Как видим, оно составляет 1,1 килоОм.

Если фоторезистор накрыть тёмной тканью или просто прикрыть ладонью, то его сопротивление резко увеличится. При этом, чтобы увидеть результат измерения, скорее всего, придётся переключить предел измерения на мультиметре в сторону больших пределов, как правило, мегаомных.

При затемнении сопротивление нашего фоторезистора увеличилось до 121 килоОма.

Стоит понимать, что фоторезисторы изготавливают из полупроводников имеющих один тип проводимости, поэтому никаких p-n переходов в своей структуре они не имеют. Благодаря этому фоторезистор неполярен и может включаться в схему без её соблюдения, в отличие, например, от фотодиода или фототранзистора.

Термин

Фоторезистор по своей сути это полупроводниковый приборчик, который под воздействием света способен изменять свою проводимость или сопротивление.

Их отличает отсутствие p-n перехода, который свободно употребляется в солнечных фотопластинках.

А раз нет p-n перехода, то такой элемент обладает свойством пропускать ток несмотря от его направленности. Эта отличительная черта дает возможность использовать их в электрических цепях переменного или постоянного тока.

Виды

Несмотря на разнообразие фотодатчиков их можно разделить всего на два вида:

1. Фоторезисторы с внутренним фотоэффектом;
2. Датчики с внешним фотоэффектом.

Они отличаются лишь по технологии производства, а точнее, по составу фоторезистивного слоя. Первые – это фоторезисторы, в которых полупроводник изготавливается из чистых химических элементов, без примесей. Они малочувствительны к видимому свету, однако хорошо реагируют на тепловые лучи (инфракрасный свет).

Фоторезисторы с внешним эффектом содержат примеси, которыми легируют основной состав полупроводникового вещества. Спектр чувствительности у этих датчиков гораздо шире и перемещается в зону видимого спектра и даже в зону УФ излучения.

По принципу действия эти два вида фоторезисторов не отличаются. Их внутреннее сопротивление нелинейно уменьшается с ростом интенсивности светового потока в зоне чувствительности.

Преимущества и недостатки

У этих элементов есть существенный недостаток — граничная частота. Она задает максимальную частоту синусоидального сигнала, которым регулируется световой поток.

В результате существенным образом снижается чувствительность прибора. Соответственно снижается и быстродействие приборов, где требуется на реагирование порядка десятка микросекунд — 10^(−5) с.

Также проявляется некоторая инерционность датчиков на базе фоторезисторов. Происходит запаздывание сигнала, а это негативным образом влияет на быстродействие устройств.

Но есть и положительные стороны.

При низком пороге чувствительности фоторезистор недорогой и его подключение оправдано высокой надежностью. Зачастую, даже полезно, что срабатывание фотоэлемента происходит не мгновенно, а по нарастающей, постепенно. Эта особенность дает возможность применения этих деталей в приборах аналогово типа — разнообразные датчики и измерители освещенности.

Типичные неисправности фотореле

Неудачи в применении фотореле чаще всего вызваны с их неправильным выбором и/или эксплуатацией. Наиболее распространены отказы, превышение ресурса, однако можно перечислить ещё ряд причин:

1. Превышение значения допустимого тока и/или напряжения.
2. Сбои, связанные с длительностью рабочего цикла (особенно, когда реле переключает очень низкие уровни сигнала или, когда реле не срабатывает очень часто, из-за чего контакты окисляются).
3. Загрязнение рабочей поверхности фотодатчиков (особо характерно для фотореле, которые обслуживают промышленное оборудование).
4. Неудовлетворительная вентиляция релейных панелей, что вызывает, перегрев MOSFEТ-транзисторов.

При надлежащем регламентном облуживании все эти проблемы можно предотвратить. Сроки службы реле и его номинальная мощность всегда указываются производителем. Эти параметры определяются для работы фотореле в условиях переключения низкого уровня и соответствуют минимальному количеству операций, которое можно ожидать без механического отказа из-за износа контактов.

Гораздо информативнее, когда разработчик указывает в инструкции по эксплуатации срок службы реле в условиях горячего переключения нагрузки, когда значения тока и напряжения максимальны (при номинальной мощности устройства). В этих случаях реле выходит из строя по факту загрязнения материала контактов, когда для срабатывания приходится увеличивать ток и напряжение: это сопровождается резким возрастанием сопротивления при прохождении управляющего сигнала. Поэтому световоспринимающие поверхности следует очищать возможно чаще, используя для этих целей химически нейтральные очистители.

При интенсивном применении датчик фотореле никогда не работают дольше, чем указано в их технической характеристике. Даже в приложениях с низким уровнем сигнала неисправности в проверяющих устройствах могут вызывать сбои устройства. В результате пусковые токи, вызванные ёмкостными нагрузками, горячим переключением и скачками напряжения ускоряют их старение.

Как определить исправность СМД-резисторов

SMD-резисторы являются компонентами поверхностного монтажа, основным отличием которых, является отсутствие отверстий в плате. Компоненты устанавливаются на токоведущие контакты печатной платы. Преимуществом СМД-компонентов являются их малые габариты, что даёт возможность уменьшить вес и размеры печатных плат.
Проверка SMD-резисторов мультиметром усложняется из-за мелкого размера компонентов и их надписей. Величина сопротивления на СМД-компонентах указывается в виде кода в специальных таблицах, например обозначение 100 или 10R0 соответствует 10 Ом, 102 указывает 1 кОм. Могут встречаться четырёхзначные обозначения, например 7920, где 792 является значением, а 0 — это множитель, что соответствует 792 Ом.

Область применения

В современном мире область применения этих радиодеталей значительно расширена.

Применение разнообразных фоторезисторов, работающих в видимом спектре довольно обширно. Это могут быть:

1. Системы автоматических выключателей света.
2. Счетные устройства.
3. Датчики обрыва полотна или бумаги.
4. Датчики проникновения.
5. В приборах оснащенных экспонометрами. Например, такие элементы могли использоваться в типовых фотоаппаратах-мыльницах.

Сами по себе они только элемент сложных фотоприёмных устройств, в которых помимо фотодетектора может быть входить:

• интегральный усилитель;
• микросхема, отвечающая за автоматическую регулировку освещения;
• схемы цепей питания, дополненные системой охлаждения на элементах Пельтье.

Всё это многообразие элементов для фотодекторов, заключается в небольшой герметичный корпус.

Если эти приборы работают в ИК-диапазоне, их область применения немного другая. Они используются как часть сложных устройств, таких как:

• датчики обнаружения пламени;

• системы бесконтактного измерения температуры;
• системы отслеживания уровня влажности;
• применяются для обнаружения углекислых газов;
• в приборах инфракрасных анализаторах газов;

• используется в датчиках обрыва бумажной ленты в типографии или в бумажной промышленности;

• в промышленной электронике подключение фоторезистора может применяться для автоматического подсчета изделий, которые двигаются по транспортерной ленте.

Соответственно, исходя из того что будет управляться таким резистором, рассчитываются и его параметры.

Для примера, как на практике используется этот элемент, посмотрим на схему фотореле, управляющую уличным освещением.

Автоматика уличного освещения

Автоматы, включающие уличное освещение, способны обнаружить наличие/отсутствие солнечного света.

Вот типичная схема реализации подключения фоторезистора для автоматической активации ночного осветительного прибора.

В общих чертах принцип действия схемы.

С наступлением сумерек и в ночное время сопротивление LDR повышается, что вызывает понижение напряжения на переменном резисторе R2. Транзистор VT1 закрыт, а VT2 открывается и таким образом подается напряжение на реле включающее лампу.

Это вполне рабочая схема фотореле, но ее основной недостаток — отсутствие гистерезиса. Это вызывает кратковременное дребезжание реле в сумеречное время, когда присутствует незначительные изменения в освещенности.

Эта электронная деталь помогает отследить степень освещенности окружающей среды.

Датчики наличия других условий

В полиграфической промышленности конструкции на специальном фоторезисторе отслеживают обрыв бумажного рулона. Так же с их помощью можно вести подсчет бумажных листов на конвейере.

Подключение фоторезистора к ардуино

Датчики освещенности, которые могут использовать фоторезисторы могут быть реализованы своими руками на базе плат ардуино.

Такие схемы довольно просты, не возникает вопроса «где взять», так как они доступны в интернет-магазинах, а их цена не отпугивает клиентов.

Самодельный модуль дает возможность держать под контролем уровень освещенности и прореагировать на его изменение.

Имея на руках такую плату Arduino, легко реализовать такие проекты как:

• датчик освещения;
• для включения/выключения реле;
• запускает двигатели и так далее.

Перед вами типичный пример применения детектора освещенности на базе платы Arduino.

Типы фоторезисторов

Фоторезисторы делятся на два типа в зависимости от материала, из которого они изготовлены:

• Внутренний фотоэффект
• Внешний фотоэффект

Фоторезистор с внутренним фотоэффектом

Собственные фоторезисторы изготавливаются из чистых полупроводниковых материалов, таких как кремний или германий. Внешняя оболочка любого атома способна содержать до восьми валентных электронов. Однако в кремнии или германии каждый атом состоит только из четырех валентных электронов. Эти четыре валентных электрона каждого атома образуют четыре ковалентных связей с соседними четырьмя атомами, чтобы полностью заполнить внешнюю оболочку. В результате ни один электрон не остается свободным.

Когда мы применяем световую энергию к фоторезистору с внутренним эффектом, только небольшое количество валентных электронов получает достаточно энергии и освобождается от родительского атома. Следовательно, генерируется небольшое количество носителей заряда. В результате через внутренний фоторезистор протекает только небольшой электрический ток.

Внутренние фоторезисторы менее чувствительны к свету, поэтому они не надежны для практического применения.

Фоторезистор с внешним фотоэффектом

Фоторезисторы с внешним фотоэффектом изготовлены из внешних полупроводниковых материалов. Рассмотрим пример внешнего фоторезистора, изготовленного из комбинации атомов кремния и примеси фосфора.

Каждый атом кремния состоит из четырех валентных электронов, а каждый атом фосфора состоит из пяти валентных электронов.

Четыре валентных электрона атома фосфора образуют четыре ковалентные связи с соседними четырьмя атомами кремния. Однако пятый валентный электрон атома фосфора не может образовывать ковалентную связь с атомом кремния, поскольку атом кремния имеет только четыре валентных электрона. Следовательно, пятый валентный электрон каждого атома фосфора освобождается от атома. Таким образом, каждый атом фосфора генерирует свободный электрон.

Свободный электрон, который генерируется, сталкивается с валентными электронами других атомов и делает их свободными. Аналогичным образом, один свободный электрон генерирует несколько свободных электронов. Следовательно, добавление небольшого количества примесных (фосфорных) атомов генерирует миллионы свободных электронов.

Во внешних фоторезисторах уже есть большое количество носителей заряда. Следовательно, обеспечение небольшого количества световой энергии генерирует еще большее количество носителей заряда. Таким образом, электрический ток быстро увеличивается.

Увеличение электрического тока означает снижение сопротивления. Сопротивление внешнего фоторезистора быстро уменьшается с небольшим увеличением приложенной световой энергии. Внешние фоторезисторы надежны для практического применения.

Универсальная таблица цветов

Существует универсальная таблица цветов, которая позволяет проводить быстрый расчет номиналов каждого резистора при необходимости.

При создании подобной таблицы выделяют следующие поля:

1. Цвет кольца или нанесенной точки. При этом, указывается как название, так и приводится пример.
2. В зависимости от того, каким по счету стоит цвет, есть возможность перевести цветовую кодировку в числовое значение. Это необходимо при создании схемы для условного обозначения номиналов.
3. Множитель позволяет провести математическое вычисление того, какое сопротивление имеет рассматриваемый вариант исполнения.
4. Также, практически для каждого цвета имеется поле, которое обозначает максимально отклонение от номинала.

Стоит помнить, что каждый цвет может обозначать цифру в маркировке, значение множителя или максимальное отклонение.

Примеры

Пример 1:

Использование подобной таблицы рассмотрим на следующем примере: коричневый, черный, красный, серебристый. Чтение колец проводим слева на право, получаемое значение всегда кодируется в Омах.

Согласно данным из таблицы, проводим следующую расшифровку:

1. Коричневый цвет в первом положении обозначает как цифру, так и множитель. В этом случае, цифра будет равна «1», а множитель «10». Стоит отметить, что в первой позиции не могут использоваться следующие цвета: черный, золотистый или белый.
2. Второй цвет означает номер второй цифры. Черный означает «0» и он не используется при расчетах. Имея подобные данные, можно сделать вывод, что резистор имеет буквенно-числовую маркировку 1К0.
3. Третий цвет определяет множитель. В нашем случае он красный, множитель у этого цвета «100».
4. Последний цвет означает максимальный допуск по отклонению, и серебристый цвет соответствует 10%.

Используя таблицу, можно сказать, что рассматриваемый резистор имеет маркировку 1К0 и значение сопротивления 1000 Ом (10*100) или 1 кОм, а также допуск 10%.

Пример 2:

Еще одним более сложным примером назовем расчет номинальных значений следующего резистора: красный, синий, фиолетовый, зеленый, коричневый, коричневый. Данная маркировка состоит из 6 колец.

При расшифровке отмечаем следующее:

1 кольцо, красное – число «2».

2 кольцо, синее – число «6».

3 кольцо, фиолетовое – число «7».

Все числа выбираем из таблицы. При их сочетании получаем число «267».

4 кольцо имеет зеленый цвет

В данном случае обращаем внимание не на числовой значение, а множитель. Зеленый цвет соответствует множителю 105. Проводим расчет: 267*105=2,67 МОм.

5 кольцо имеет коричневый цвет и ему соответствует значение максимального отклонения в обе стороны 1%.

6 линия коричневая, что соответствует температурному коэффициенту в значении 100 ppm/°C.

Из вышеприведенного примера можно сказать, что провести расшифровку маркировки не сложно, и количество колец практически не оказывает влияние на то, насколько сложными будут расчеты. В рассматриваемом случае, резистор имеет сопротивление 2,67 МОм с отклонением в обе стороны 1% при температурном коэффициенте 100 ppm/°C.

Процедуру можно упростить, воспользовавшись специальными калькуляторами. Однако, не многие проводят вычисление 6 колец, что стоит учитывать.

Номинальные ряды резисторов можно назвать результатом проведения стандартизации номинальных значений. Постоянные резисторы имеют 6 подобных рядов. Также, введен один ряд для переменных номиналов и специальный ряд Е3.

На примере приведенного номинала проведем расшифровку:

1. Буква «Е» обозначает то, что проводится маркировка по ряду номинала. Эта бука всегда идет в обозначении.
2. Цифры после буквы означает число номинальных значений сопротивления в каждом десятичном интервале.

Существуют специальные таблицы с отображение номинальных рядов.

Для выявления стандартных рядов, был принят ГОСТ 2825-67. При этом, можно выделить несколько наиболее популярных стандартных рядов:

1. Ряд Е6 имеет отклонение в обе стороны 20%.
2. Ряд Е 12 имеет допустимое отклонение 10%.
3. Ряд Е24 обладает показателем максимально допустимого отклонения в обе стороны 5%.

Последующие ряды Е48 и Е96, Е192 обладают показателем отклонения 2%, 1%, 0,5% соответственно.