ماژول مقاومت وابسته به نور
Analog LDR Module

مقاومت نوری LDR چیست

مقاومت وابسته به نور یا LDR که مخفف کلمات Light Dependent Resistor می باشد ، با اسامی مختلفی شناخته می شود از قبیل مقاومت نوری، هادی نوری و سلول حساس به نور که به عنوان فتوسل نیز نام برده می شود.

در اکثر مقاله ها به جای عبارت مقاومت نوری از عبارت فتوسل استفاده می شود، به دلیل اینکه این نام متداول تر است.

اختراع مقاومت نوری

مقاومت نوری یا مقاومت وابسته به نور برای سالیان طولانی مورد استفاده بوده است. مقاومت های نوری اولیه در قرن 19 مشاهده شدند زمانی که قابلیت هدایت نوری در سلنیوم توسط اسمیت در سال 1873 میلادی کشف شد. از آن زمان به بعد انواع مختلفی از هادی های نوری ساخته شدند.

کارهای مفید بسیاری توسط T.W. در سال 1920 انجام شد زمانی که او مقاله اش را تحت عنوان “سلول تالوفید، یک سلول فتو الکتریک جدید” منتشر کرد.

پیل تالوفید پیل نوررسانایی که ماده ی فعال حساس به نور آن اکسید سولفید تالیم در خلا است . بیشینه پاسخ آن در انتهای قرمز طیف مرئی و درناحیه مادون قرمز نزدیک است.

سایر موارد از قبیل PbS, PbSe و PbTe در سال های 1930 و 1940 مورد مطالعه قرار گرفتند تا این که در سال 1952 رولین و سیمون توانستند هادی های نوری را با استفاده از سیلیکون و ژرمانیوم توسعه دهند.

نماد مداری مقاومت وابسته به نور

نماد مداری مورد استفاده برای مقاومت وابسته به نور یا همان مقاومت نوری از عملکرد مقاومتی همراه با نمایش حساسیت آن به نور تشکیل شده است. نماد مداری ابتدایی برای نمایش مقاومت وابسته به نور شامل یک مستطیل است که بیانگر عملکرد مقاومتی می باشد، همچنین دارای دو فلش ورودی است مانند آن چه در نماد مداری فتو-دیودها و فتو-ترانزیستورها وجود دارد و نشان دهنده ی حساسیت عنصر مداری به نور می باشد.

نماد مداری مقاومت وابسته به نور مورد استفاده در دیاگرام های مداری

در بسیاری از کاربردها، نماد مداری مورد استفاده برای مقاومت وابسته به نور به شکل مقاومت همراه با فلش می باشد، اما در برخی موارد کسانی که دیاگرام های مداری را ترسیم می کنند ترجیح می دهند مقاومت را درون یک دایره قرار بدهند. متداول ترین فرم برای نماد مداری مقاومت نوری حالتی است که بدون دایره ترسیم شود.

مکانیزم مقاومت نوری

مقاومت نوری یا فتوسل قطعه ای است که از یک هادی نوری بین دو اتصال استفاده می کند، هنگامی که در معرض نور قرار گیرد تغییری در مقاومت آن ایجاد می شود.

قابلیت هدایت نوری مکانیزمی است که پشت رفتار مقاومت نوری قرار دارد، این قابلیت در نتیجه ی برخورد فوتون های نور و جذب شدن آن ها توسط ماده ی نیمه هادی به کار رفته در هادی نوری و سپس تولید حامل های متحرک می باشد. از آنجایی که مواد مختلفی که در مقاومت های وابسته به نور استفاده می شوند نیمه هادی ها هستند، هنگامی که به عنوان مقاومت نوری استفاده می شوند، تنها یک عنصر مقاومتی محسوب شده و هیچ گونه پیوند PN وجود ندارد. از این رو این قطعه یک المان پسیو می باشد.

هادی های نوری و مقاومت های نوری به دو دسته تقسیم می شوند :

• مقاومت های نوری درونی: این نوع مقاومت نوری از یک ماده ی هادی نوری استفاده می کند که در آن حامل های میدان از نوار ظرفیت به نوار رسانش القا می شوند.
• مقاومت های نوری بیرونی: این نوع مقاومت نوری از یک ماده ی هادی نوری استفاده می کند که در آن حامل های میدان بین یک ناخالصی و نوار ظرفیت یا نوار رسانش القا می شوند. در این حالت میزان ناخالصی باید کم باشد به طوری که در مقابل نور یونیزه نشود.

مقاومت های نوری یا فتوسل ها عموما برای تابش طول موج های بلند، اغلب مادون قرمز طراحی می شوند. ولی برای جلوگیری از تولید حرارت باید در دماهای پائین کار کنند.

ساختار مقاومت نوری

گرچه راه های زیادی برای ساختن مقاومت نوری وجود دارد، ولی به طور طبیعی چندین روش وجود دارد که نسبت به سایر روش ها متداول تر است. مقاومت نوری یا فتوسل ضرور تا شامل یک ماده ی مقاومتی حساس به نور است که در معرض نور قرار می گیرد. عنصر مقاومت نوری در برگیرنده ی بخشی است که در هر دو انتهایش اتصالاتی دارد.

در یک ساختار معمول برای مقاومت نوری از یک لایه نیمه هادی فعال استفاده می شود که روی یک زیر لایه ی عایق قرار می گیرد. به طور عادی نیمه هادی به آهستگی ترکیب می شود تا قادر باشد به اندازه ی مورد نیاز هدایت و رسانش داشته باشد. سپس اتصالات در هر دو بخش در معرض دسترس قرار می گیرند.

یک نمونه از ساختار مقاومت نوری

در ساختار اصلی مقاومت نوری یا فتوسل، مقاومت ماده خودش یک مسئله ی اصلی است. جهت اطمینان از این که مقاومت در اثر اعمال نور تغییر می کند، مقاومت در برابر تماس باید به کمترین مقدار برسد. جهت دستیابی به این مسئله، ناحیه ی اطراف اتصالات به شدت غنی سازی شده تا مقاومت در این ناحیه کاهش یابد.

در بسیاری از موارد ناحیه ی بین اتصالات به فرم زیگ زاگ یا بین انگشتی است. این کار ناحیه ای را که در معرض قرار می گیرد بیشتر نموده و با کوچک نگه داشتن فاصله ی بین اتصالات، مقاومت مجازی را کاهش داده و باعث افزایش بهره می شود.

فتوسل یا مقاومت نوری با الگوی اتصال بین انگشتی

این امکان وجود دارد که از یک نیمه هادی چند کریستالی استفاده شود که روی یک زیر لایه ی سرامیکی قرار می گیرد. این کار برای تولید مقاومت نوری بسیار ارزان انجام می شود.

نحوه اتصال فتورزیستور در مدار الکترونیکی

    این قطعه الکترونیکی را می توان هم به صورت سری و هم به صورت موازی استفاده کرد. اگر به شکل سری در مدار قرار گیرد می توان از آن جهت کنترل جریان (مثل : کنترل جریان اعمال شده به پایه بیس ترانزیستور ها) و اگر به شکل موازی استفاده شود. می توان جهت مقسم ولتاژ از آن بهره برد.

انواع LDR

مقاومت های نوری (LDR ها) را می توان بسته به موادی که برای ساخت آن ها استفاده می شود، به دو نوع دسته بندی کرد. دو نوع مقاومت نوری شامل:

• مقاومت نوری درونی (نیمه هادی Undoped): این ها از مواد نیمه رسانای خالص مانند سیلیکون یا ژرمانیوم ساخته شده اند. هنگامی که فوتون های با انرژی کافی روی آن می افتند و تعداد حامل های بار افزایش می یابد، الکترون ها از نوار ظرفیت به نوار هدایت تحریک می شوند.
• مقاومت نوری خارجی: این ها از مواد نیمه هادی ساخته شده اند که با ناخالصی هایی ترکیب شده و دوپانت نامیده می شوند. این دوپانت ها نوارهای انرژی جدیدی را در بالای نوار ظرفیت ایجاد می کنند که با الکترون پر شده است. از این رو این نوار شکاف را کاهش می دهد و برای برانگیختن آن ها انرژی کمتری لازم است. مقاومت های خارجی معمولاً برای طول موج های طولانی مورد استفاده قرار می گیرند.

کاربردهای مقاومت نوری

استفاده از مقاومت نوری در بسیار از طراحی های مدارهای الکترونیکی به دلیل قیمت پائین، ساختار ساده و ویژگی های قوی آن جذاب می باشد. در حالی که بسیاری از ویژگی های فتو-دیود و فتو-ترانزیستور را ندارد ولی برای بسیاری از کاربردها مناسب است.

خواص مقاومت نوری کاملا می تواند بر اساس ماده ی مورد استفاده در آن تغییر کند. برخی از آن ها ثابت زمانی بالایی دارند، بنابراین لازم است که هنگام انتخاب مقاومت نوری برای هر نوع مدار یا کاربرد دقت لازم به عمل بیاید.

بسیاری از سنسورها که در صنعت مورد استفاده قرار می گیرند. سنسور های نوری می باشند. البته سنسور های نوری خود به چندین دسته تقسیم می شوند. برای ساخت این سنسور ها از قطعات الکترونیکی همانند دیود های نورانی IR (مادون قرمز) می باشد. که در چشمی های درب ورودی پارکینگ ها و بسیار موارد دیگر مورد استفاده قرار می گیرند. اما قطعه الکترونیکی دیگری به نام فتورزیستور (مقاومت وابسته به نور) وجود دارد که می توان از آن جهت ساخت سنسور ها بهره برد . در ادامه با بیان کاربرد مقاومت وابسته به نور یا فتورزیستور در مدارهای الکترونیکی با ما همراه باشید.

فتورزیستور یا LDR مقاومت حساس به شدت روشنایی می باشد. این مقاومت همانند مقاومت های معمولی دارای دو پایه جهت اتصال به pcb و یا دیگر قطعات الکترونیکی می باشد. و از سولفیت کادمیم ساخته شده که با افزایش شدت روشنایی اهمش کاهش می یابد. و اهم آن ، با وجود نور به مقدار کمتر از 10 اهم و در تاریکی به بیشتر از 100 کیلو اهم می رسد.

مقاومت نوری یا مقاومت حساس به نور (LDR) به عنوان یک عنصر حساس به نور ارزان قیمت استفاده های زیادی دارد و برای سالهای طولانی از این قطعه الکترونیکی می توان در مدارهای زیر استفاده شده است.

• ساخت مدار الکترونیکی فتوسل
• دستگاه های کارت خوان
• کنترل کننده های نور
• دستگاه های کارت خوان
• نور سنج های عکاسی
• دتکتورهای شعله و دود
• لوکس متر
• کلید نوری
• چشم الکترونیکی
• طیف سنجی
• ستاره شناسی
• ساعت های زنگ دار
• مدار های دزدگیر
• نشان دهنده شدت نور
• می توانید نبود نور یا وجود نور را مانند نور سنج دوربین پیدا کنید.
• مورد استفاده در طراحی روشنایی خیابان (می تواند با یک کیت استارت آردوینو خوب ترکیب شود تا به عنوان کنترل کننده چراغ خیابان عمل کند)
• به عنوان بخشی از سیستم SCADA برای انجام عملکرد هایی مانند شمردن تعداد بسته های تسمه بالابر در حال حرکت استفاده می شود.