Fotorresistor

Um fotorresistor (também chamado de resistência fotogênica ou célula fotocondutora ) é um componente eletrônico cuja resistividade varia de acordo com a quantidade de luz incidente: quanto mais ele é iluminado, mais sua resistividade cai.

Princípio

Um fotorresistor é composto de um semicondutor de alta resistividade de um motor e um resistor. Se a luz incidente for de frequência suficientemente alta (portanto, de um comprimento de onda menor que o comprimento de onda limite), ela carrega uma energia significativa. Além de um certo nível específico para o material, os fótons absorvidos pelo semicondutor darão aos elétrons ligados energia suficiente para passar da banda de valência para a banda de condução. A compreensão desse fenômeno está dentro do escopo da teoria de bandas . Os elétrons livres e os buracos de elétrons assim produzidos diminuem a resistência do material.

Quando o fóton incidente é suficientemente energético, a produção de pares elétron-lacuna é tanto mais importante quanto o fluxo luminoso é intenso. A resistência, portanto, evolui como a iluminação. Esta relação pode ser modelada pela seguinte relação:

${\ displaystyle R (L) = R_ {0} L ^ {- k}}$

Geometria de semicondutor

Princípio de um fotorresistor.
Geometria ideal (fita).

Para manter a condução, é necessário limitar o número de recombinações dos pares elétron-buraco. A superfície receptora do fluxo luminoso é uma fita. Este formato minimiza a largura que separa os eletrodos e os deixa em contato com a fita em uma grande área. É esta configuração que oferece a menor resistência. Apenas os fotoresistores usados em alta tensão são feitos de uma fita larga. Na verdade, a corrente que flui através do fotorresistor é escrita:

${\ displaystyle I = q \ mu n {\ frac {A} {L}} V}$

Nesta expressão:

q é a carga do elétron
μ é a mobilidade do elétron
n é a densidade dos elétrons presentes
A é a área da superfície de contato entre os eletrodos e a zona fotossensível
L é a largura da fita

Pode-se ver que para aumentar esta intensidade é necessário maximizar A e minimizar L. Por isso a fita é a forma mais eficiente.

Circuito de condicionamento

O desenho abaixo é o símbolo de um fotorresistor usado em um grande número de diagramas de circuitos elétricos.

O componente é usado principalmente para distinguir a presença ou ausência de luz. A quantificação do fluxo continua possível, mas é menos utilizada. Os fotorresistores são conectados em ponte divisora de tensão para conjuntos potenciométricos que servem para controlar relés ou diafragma. Para fotômetros elementares, um fotorresistor é colocado em um dos ramos de uma ponte de Wheatstone . O desequilíbrio de corrente introduzido pela variação da resistência deste ramo é medido e trazido de volta para uma medição de fluxo.

Ruídos

Como todos os sensores ópticos, o fotorresistor está sujeito a um certo número de ruídos de diferentes origens.

O ruído de agitação térmica que resulta da agitação térmica de portadores de carga dentro do resistor. Também é chamado de ruído Johnson .
O ruído de tiro ou ruído Schottky que aparece sempre que uma corrente flui através de uma barreira de potencial.
O ruído de geração-recombinação , que é proporcional à largura da banda passante.

O ruído rosa geralmente é negligenciado por causa da área de uso do sensor.

O conhecimento desses ruídos permite calcular o valor do PEB. Para detectores infravermelhos, é necessário levar em consideração o ruído ambiente que limita a detectividade máxima .

Posicionamento na paisagem do sensor óptico

O fotorresistor ou célula fotocondutiva é um sensor resistivo, portanto passivo, da família dos sensores ópticos, cujo princípio físico é a fotocondutividade . Combinado com um condicionador, o fotorresistor é um dos mais sensíveis.

Benefícios

Baixo custo
Amplas faixas espectrais
Facilidade de implementação
Taxa de transferência estática
Alta sensibilidade

Desvantagens

Não linearidade da resposta em função do fluxo.
A taxa de variação de R com iluminação é baixa e não simétrica
Sensibilidade térmica
Resfriamento necessário em alguns casos (sensores térmicos)
Tempo de resposta alto (0,1 µs a 100 ms)
Largura de banda limitada
Instabilidade ao longo do tempo (envelhecimento devido ao aquecimento)

Formulários

Os fotorresistores encontram suas principais aplicações na detecção de uma diferença no fluxo, e não na medição precisa do nível de fluxo recebido (pulsos de luz, variação na iluminação, por exemplo). A medição fotométrica requer determinação precisa e estabilização de características . Essa estabilização e a determinação dessas características passam por uma calibração rigorosa e pela integração do fotorresistor em um condicionador de sensor resistivo. Com base nas considerações anteriores, o tipo de mensurando que os fotoresistores são capazes de detectar foi definido. No entanto, o tipo de radiação detectável depende do tipo de semicondutor que compõe o fotorresistor. Por exemplo, os fotorresistores de CdSe (seleneto de cádmio) permitem detectar a radiação no infravermelho próximo e na faixa do visível, enquanto os de ZnO (óxido de zinco) permitem detectar a radiação UV. O uso deste tipo de detector é muito variado

Detectores de chamas que são fotorresistores de detecção de infravermelho ou UV. Ou seja, apenas fumaça forte causa inibição do sensor de UV e raios ou soldas podem acioná-lo acidentalmente. Para o fotorresistor infravermelho, a presença de vapor d'água reduz bastante sua sensibilidade.
Os detectores de presença estão disponíveis sob dois princípios diferentes. Um primeiro detectando o aumento do fluxo induzido pela presença de um corpo no campo (principalmente sensores infravermelhos), o segundo detectando a diminuição do fluxo induzido pela sombra do corpo presente no campo do sensor que é mais limitado do que o infravermelho (detecção no sensor LDR visível e mais direcional).
Os receptores infravermelhos permitem que dois dispositivos se comuniquem sem contato. Um dos dispositivos possui um emissor infravermelho e o segundo, o fotorresistor.
Detectores de UV que permitem destacar qualquer fonte de UV e assim controlar a fonte ou detectar um vazamento, por exemplo.
O acendimento das luzes quando o brilho diminui (iluminação pública ou doméstica).
Medição de luminosidade externa em câmeras ou computadores.

As aplicações deste componente são, portanto, muito variadas, seja no mundo industrial ou doméstico. Por ser barato, apresenta uma boa relação de qualidade para fabricantes que desejam integrá-lo em seus sistemas.

Notas e referências

“ Photoresistance ” , em ressources.univ-lemans.fr (acessado em 2 de janeiro de 2017 )
comparação com outros sensores, fotodiodos ou fototransistores

Veja também

links externos

Bibliografia

Sensores em instrumentação industrial , Georges Asch et al, EEA, DUNOD. (2006).
Optoeletrônica industrial: desenho e aplicações. Eletrônica , Pierre Mayé ,, DUNOD. (2001).