Φωτοαντίσταση

Μια φωτογραφία του πάνω μέρους ενός φωτοαντιστάτη.

Οι φωτοαντιστάσεις (ή φωτοαντιστάτες) είναι μεταβλητοί αντιστάτες των οποίων η αντίσταση μεταβάλλεται ανάλογα με την φωτεινότητα. Όσο μεγαλύτερη είναι η φωτεινότητα τόσο μικρότερη είναι η αντίσταση. Με το να τους συνδέσουμε με τάση και γείωση και μετά να παρεμβάλουμε ένα καλώδιο για να παίρνουμε τιμές, μπορούμε να βρούμε την φωτεινότητα. Ουσιαστικά η φωτοαντίσταση μεταφράζει την ποσότητα φωτός που πέφτει σε μια ευαίσθητη περιοχή σε ένα χρήσιμο ηλεκτρικό σήμα. Στη συνέχεια, το σήμα μπορεί να υποβληθεί σε επεξεργασία με κύκλωμα αναλογικής, ψηφιακής λογικής ή μικροελεγκτή.

Δομή

Ένα λεπτό στρώμα του φωτοευαίσθητου υλικού ημιαγωγού εφαρμόζεται σε μια κεραμική βάση με σύντηξη σκόνης σε αυτό. Οι ημιαγωγοί που χρησιμοποιούνται είναι οι ημιαγωγοί σεληνίου (Se), θειούχου καδμίου (CdS), ενώσεων του μόλυβδου και θείου κ.α. Οι ηλεκτρικές συνδέσεις αποτελούνται από δύο μεταλλικές επιφάνειες που μοιάζουν με χτένα που στη συνέχεια συνδέονται και αντιμετωπίζουν η μία την άλλη. Ως αποτέλεσμα, η δομή του ευαίσθητου στο φως στρώματος έχει σχήμα μαιάνδρου μέσω του οποίου το ρεύμα φωτογραφίας ρέει κατά μήκος της πορείας.

Ολόκληρη η διάταξη είναι εφοδιασμένη με καλώδια σύνδεσης και επικαλυμμένα ή σε δοχείο με διαφανή συνθετική ρητίνη. Επίσης είναι συνηθισμένα ερμητικά σφραγισμένα μεταλλικά πακέτα με γυάλινα παράθυρα και γυάλινες σφραγίδες.

Τρόπος λειτουργίας

Ο συμβολισμός του φωτοαντιστάτη.

Άλλος συμβολισμός για τον φωτοαντιστάτη.

Τα ηλεκτρόνια, όταν λάβουν φωτόνια, πηγαίνουν σε πιο εξωτερικές τροχιές του ατόμου (αλλιώς ενεργειακές στάθμες) από αυτές που είναι ήδη και μετά επιστρέφουν ξανά στην αρχική τους τροχιά επειδή έχουν λιγότερη ενέργεια διότι ένα μέρος της ενέργειας υποβαθμίζεται σε θερμότητα ή μετατρέπεται σε φωτεινή ενέργεια. Όταν τα ηλεκτρόνια λάβουν τα φωτόνια και δίπλα από το άτομο κινούνται ελεύθερα ηλεκτρόνια, τα ηλεκτρόνια πηγαίνουν σε πιο εξωτερική ενεργειακή στάθμη και μετά αντί να επιστρέψουν στην αρχική τους στάθμη, γίνονται ελεύθερα ηλεκτρόνια καθώς μπορούν να παρασυρθούν από την ηλεκτρική ροή. Με αυτόν τον τρόπο μειώνεται η αντίσταση.

Πλεονεκτήματα και Μειονεκτήματα

Τα πλεονεκτήματα της φωτοαντίστασης είναι η χαμηλή τιμή και η αξιοπιστία, και το μειονέκτημά της είναι η αργή αντίδραση. Χρειάζονται συνήθως λίγα δευτερόλεπτα για μια πλήρη αλλαγή αντίστασης κατά τη διάρκεια μιας γρήγορης αλλαγής φωτισμού. Για το λόγο αυτό, φωτοτρανζίστορ και φωτοδίοδοι χρησιμοποιούνται για εφαρμογές που εξαρτώνται από τον ρυθμό αντίδρασης του στοιχείου .

Φωτογραφία φωτοαντίστασης

Πλεονεκτήματα:

• Χαμηλό κόστος
• Ευρύ φάσμα φάσματος
• Ευκολία εφαρμογής
• Αναλογία στατικής μεταφοράς
• Υψηλή ευαισθησία

Μειονεκτήματα:

• Μη γραμμικότητα της απόκρισης ως συνάρτηση της ροής.
• Ο ρυθμός διακύμανσης του R με φωτισμό είναι χαμηλός και όχι συμμετρικός
• Θερμική ευαισθησία
• Απαιτείται ψύξη σε ορισμένες περιπτώσεις (θερμικοί αισθητήρες)
• Χρόνος υψηλής απόκρισης  (0,1 μs έως 100 ms)
• Περιορισμένο εύρος ζώνης
• Αστάθεια με την πάροδο του χρόνου (λόγω θέρμανσης)

Κύκλωμα με φωτοαντιστάτη στο Arduino

Στο παρακάτω κύκλωμα, το Arduino τυπώνει την φωτεινότητα στην σειριακή οθόνη με τη βοήθεια του φωτοαντιστάτη.

Ο κώδικας:

int a0;
void setup()
{
  Serial.begin(9600);
}

void loop()
{
  a0=analogRead(A0);

  Serial.println(a0);

}

Οι συνδέσεις

Το ένα άκρο του φωτοαντιστάτη συνδέεται με την τάση ή τη γείωση, το άλλο άκρο συνδέεται με μια αντιστάτη και το άλλο άκρο του αντιστάτη στην τάση η στη γείωση ανάλογα. Ανάμεσα στον φωτοαντιστάτη και τον αντιστάτη παρεμβάλλεται ένα καλώδιο το οποίο συνδέεται στη θύρα A0 για να παίρνουμε τιμές.

Δείτε επίσης

• Αισθητήρας
• Arduino
• Αισθητήρας θερμοκρασίας
• Αισθητήρας απόλυτης πίεσης

Εξωτερικοί σύνδεσμοι

• Πολυμέσα σχετικά με το θέμα Photoresistors στο Wikimedia Commons