フォトレジスタ–動作、タイプ、アプリケーション

ライトは電磁放射の一形態です。電磁スペクトルは多くの帯域に分割され、そこから光は通常可視スペクトルを指します。しかし、物理学では、ガンマ線、X線、マイクロ波、電波も光と見なされます。可視光スペクトルの波長は400〜700ナノメートルの範囲で、赤外線スペクトルと紫外線スペクトルの間にあります。光は光子の形でエネルギーを運びます。これらの光子が他の粒子と接触すると、衝突によってエネルギーが移動します。この光の原理を利用することで、フォトダイオード、フォトレジスター、ソーラーパネルなどの多くの有用な製品が発明されました。

フォトレジスタとは何ですか？

光には波動粒子の二重性があります。つまり、光には粒子のような性質と波のような性質の両方があります。光が半導体材料に当たると、光に存在する光子が電子に吸収され、より高いエネルギー帯域に励起されます。

フォトレジスターは、光に依存する抵抗器の一種で、入射する光に基づいて抵抗値を変化させます。これらのフォトレジスターは、入射光の強度が増加すると抵抗値が減少する傾向があります。

フォトレジスターは光伝導性を示します。これらは、フォトダイオードやフォトトランジスタに比べて感光性の低いデバイスです。フォトレジスターの光抵抗率は、周囲温度の変化に応じて変化します。

動作原理

フォトレジスターには、フォトダイオードのようなP-N接合がありません。これは受動部品です。これらは高抵抗の半導体材料で構成されています。

フォトレジスターに光が入射すると、フォトンが半導体材料に吸収されます。光子からのエネルギーは電子によって吸収されます。これらの電子が結合を切断するのに十分なエネルギーを獲得すると、伝導帯に飛び込みます。これにより、フォトレジスタの抵抗が低下します。抵抗が減少すると、導電率が増加します。

フォトレジスターに使用される半導体材料のタイプに応じて、それらの抵抗範囲と感度は異なります。光がない場合、フォトレジスタはメガオーム単位の抵抗値を持つことができます。そして、光が存在する間、その抵抗は数百オームに減少する可能性があります。

フォトレジスタの種類

フォトレジスタの設計に使用される半導体材料の特性に応じて、これらは外因性フォトレジスタと内因性フォトレジスタの2つのタイプに分類されます。これらの半導体は、さまざまな波長条件下でさまざまに反応します。

真性フォトレジスターは、真性半導体材料を使用して設計されています。これらの真性半導体には、独自の電荷キャリアがあります。それらの伝導帯には自由電子は存在しません。それらは価電子帯に穴があります。

したがって、真性半導体に存在する電子を価電子帯から伝導帯まで励起するには、バンドギャップ全体を通過できるように十分なエネルギーを供給する必要があります。したがって、デバイスをトリガーするには、より高いエネルギーの光子が必要です。したがって、固有のフォトレジスタは、より高い周波数の光検出用に設計されています。

一方、外因性半導体は、内因性半導体に不純物をドープすることによって形成されます。これらの不純物は、伝導のための自由電子または正孔を提供します。これらの自由導体は、伝導帯に近いエネルギー帯にあります。したがって、少量のエネルギーがそれらを伝導帯にジャンプさせるきっかけとなる可能性があります。外因性フォトレジスターは、より長い波長とより低い周波数の光を検出するために使用されます。

光の強度が高いほど、フォトレジスタの抵抗降下が大きくなります。フォトレジスターの感度は、適用される光の波長によって異なります。十分な波長がなく、デバイスを十分にトリガーすると、デバイスは光に反応しません。外因性フォトレジスターは赤外線に反応する可能性があります。固有のフォトレジスターは、より高い周波数の光波を検出できます。

フォトレジスタのシンボル

フォトレジスタは、光の有無を示すために使用されます。 LDRとも表記されます。これらは通常、Cds、Pbs、Pbseなどで構成されています。これらのデバイスは温度変化に敏感です。そのため、光の強度を一定に保った場合でも、フォトレジスターに抵抗の変化が見られます。

フォトレジスタのアプリケーション

フォトレジスターの抵抗は、光強度の非線形関数です。フォトレジスタは、フォトダイオードやフォトトランジスタほど光に敏感ではありません。フォトレジスターの用途のいくつかは次のとおりです-

• これらは光センサーとして使用されます。
• これらは光の強度を測定するために使用されます。
• 常夜灯と写真用露出計はフォトレジスターを使用します。
• これらのレイテンシープロパティは、オーディオコンプレッサーと外部センシングで使用されます。
• フォトレジスターは、目覚まし時計、屋外時計、ソーラー街路灯などにも使用されています…
• 赤外線天文学および赤外線分光法も、中赤外線スペクトル領域の測定にフォトレジスターを使用します。

フォトレジスタに基づくプロジェクト

フォトレジスタは、多くの愛好家にとって便利なデバイスです。フォトレジスターに基づく多くの新しい研究論文や電子プロジェクトが利用可能です。フォトレジスターは、医療、組み込み、天文学の分野で新しいアプリケーションを発見しました。フォトレジスターを使用して設計されたプロジェクトの一部は次のとおりです-

• フォトレジスタベースの学生が作成した光度計と、染料の法医学分析への応用。
• ウェアラブルイメージセンシングアプリケーション向けの生体適合性有機抵抗メモリとフォトレジスタの統合。
• スマートフォンでタイミングをフォトゲートします。
• 単純な音響光学二重制御回路の設計と実装。
• 光源位置検出システム。
• 移動ロボットは音でオンになり、外部光源で方向制御されます。
• 建物やシステムの熱力学的分析のためのオープンソース監視システムの設計。
• 過熱保護装置。
• 電磁放射を検出するためのデバイス。
• 農業用の自動2軸太陽光発電芝刈り機。
• 現場監視システムにLEDを使用した水濁度の検知メカニズム。
• 光誘起発光キーボードは、フォトレジスターを使用して設計されています。
• モノのインターネットに基づくモールス信号を使用した新しい電子ロック。
• フォトレジスターを使用したスマートシティ向けの街路灯システム。
• コンピューター制御の離調可能なマーカーを使用したMRI介入装置の追跡。
• これらは光で作動するブラインドで使用されます。
• フォトレジスタは、テレビやスマートフォンのコントラストと明るさの自動制御にも使用されます。
• 近接制御スイッチフォトレジスターの設計に使用されます。

ヨーロッパではカドミウムが禁止されているため、CdsおよびCdseフォトレジスターの使用は制限されています。フォトレジスターは簡単に実装でき、マイクロコントローラーとインターフェースできます。

これらのデバイスは、ICセンサーとして市場で入手できます。それらは、環境光センサー、光からデジタルへのセンサー、LDRなどとして利用できます。一般的に使用される製品には、OPT3002光センサー、LDRパッシブ光センサーなどがあります。OPT3002の電気的特性、仕様などは、次の場所にあります。 texasinstrumentsが提供するデータシート。フォトダイオードの代わりにフォトレジスターを使用できますか？何が違いますか？