โดยทั่วไปการควบคุมไฟและเครื่องใช้ในบ้านจะดําเนินการและบํารุงรักษาด้วยตนเองหลายครั้ง แต่กระบวนการควบคุมเครื่องใช้ไฟฟ้าอาจทําให้เกิดการสิ้นเปลืองพลังงานเนื่องจากความประมาทของมนุษย์หรือสถานการณ์ที่ผิดปกติ เพื่อเอาชนะปัญหานี้เราสามารถใช้วงจรตัวต้านทานที่ขึ้นกับแสงเพื่อควบคุมโหลดตามความเข้มของแสง LDR หรือโฟโตรีซิกเตอร์เป็นอุปกรณ์ที่ประกอบด้วยวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ที่มีความต้านทานสูง บทความนี้ให้ภาพรวมของ LDR หรือวงจรตัวต้านทานที่ขึ้นกับแสงและการทํางาน

ตัวต้านทานขึ้นอยู่กับแสงคืออะไร?

ส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์ เช่น LDR หรือตัวต้านทานที่ขึ้นกับแสงจะตอบสนองต่อแสง เมื่อรังสีแสงตกลงมาความต้านทานจะเปลี่ยนไปทันที ค่าความต้านทานของ LDR อาจเปลี่ยนแปลงได้หลายลําดับความสําคัญ ค่าความต้านทานจะลดลงเมื่อระดับแสงเพิ่มขึ้น

ค่าความต้านทานของ LDR ในที่มืดคือหลายเมกะโอห์มในขณะที่ในที่แสงจ้าจะลดลงเหลือร้อยโอห์ม ตัวต้านทานเหล่านี้จึงถูกนํามาใช้อย่างมากในการใช้งานที่แตกต่างกัน ความไวของ LDR ยังเปลี่ยนไปตามความยาวคลื่นของแสงตกกระทบ

การออกแบบ LDR สามารถทําได้โดยใช้วัสดุเซมิคอนดักเตอร์เพื่อให้มีคุณสมบัติไวต่อแสง วัสดุที่มีชื่อเสียงที่ใช้ในตัวต้านทานนี้คือ CdS (แคดเมียมซัลไฟด์) แม้ว่าปัจจุบันการใช้วัสดุนี้จะถูกจํากัดในประเทศแถบยุโรปเนื่องจากปัญหาด้านสิ่งแวดล้อมบางประการในขณะที่ใช้วัสดุนี้ ในทํานองเดียวกัน CdSe (แคดเมียมซีลีไนด์) ก็ถูกจํากัดเช่นกัน และวัสดุเพิ่มเติมที่สามารถใช้ได้ส่วนใหญ่ ได้แก่ PbS (ตะกั่วซัลไฟด์), InS (อินเดียมแอนติโมไนด์)

แม้ว่าสําหรับตัวต้านทานเหล่านี้จะใช้วัสดุเซมิคอนดักเตอร์เนื่องจากเป็นเพียงอุปกรณ์แบบพาสซีฟและไม่มีทางแยก PN สิ่งนี้จะแยกออกจาก LDR อื่น ๆ เช่นโฟโตทรานซิสเตอร์และโฟโตไดโอด

สัญลักษณ์ LDR

ในวงจรอิเล็กทรอนิกส์จะใช้สัญลักษณ์ LDR ซึ่งส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับสัญลักษณ์ตัวต้านทาน อย่างไรก็ตาม มันแสดงให้เห็นถึงรังสีแสงในรูปแบบลูกศร ด้วยวิธีนี้จึงเป็นไปตามหลักการเดียวกันกับที่ใช้สําหรับสัญลักษณ์วงจรโฟโตทรานซิสเตอร์และโฟโตไดโอดทุกที่ที่ใช้ลูกศรเพื่อแสดงให้เห็นถึงแสงที่ตกบนส่วนประกอบประเภทนี้ สัญลักษณ์วงจร LDR แสดงอยู่ด้านล่าง

การสร้าง LDR

โครงสร้างของ LDR ประกอบด้วยวัสดุที่ไวต่อแสงซึ่งวางอยู่บนพื้นผิวฉนวน เช่น เซรามิก วัสดุถูกวางในรูปทรงซิกแซกเพื่อให้ได้ระดับพลังงานและความต้านทานที่ต้องการ พื้นที่ของซิกแซกแยกพื้นที่ที่วางโลหะออกเป็นสองส่วน

โดยที่หน้าสัมผัสโอห์มมิกจะทําที่ด้านข้างของพื้นที่ ความต้านทานของหน้าสัมผัสต้องน้อยกว่าเท่าที่จะเป็นไปได้เพื่อให้แน่ใจว่าความต้านทานส่วนใหญ่แตกต่างกันไปเนื่องจากเอฟเฟกต์แสงเท่านั้น หลีกเลี่ยงการใช้วัสดุตะกั่วและแคดเมียมเนื่องจากเป็นอันตรายต่อสิ่งแวดล้อม

หลักการทํางานของตัวต้านทานขึ้นอยู่กับแสง

หลักการทํางานของ LDR คือการนําแสง ซึ่งไม่มีอะไรนอกจากปรากฏการณ์ทางแสง เมื่อแสงถูกดูดซับโดยวัสดุการนําไฟฟ้าของวัสดุจะเพิ่มขึ้น เมื่อแสงตกลงบน LDR อิเล็กตรอนในแถบเวเลนซ์ของวัสดุจะกระตือรือร้นที่จะมีแถบการนําไฟฟ้า แต่โฟตอนในแสงตกกระทบต้องมีพลังงานที่เหนือกว่าแบนด์แกปของวัสดุเพื่อให้อิเล็กตรอนกระโดดจากแถบหนึ่งไปยังอีกแถบหนึ่ง (ค่าการนําไฟฟ้า)

ดังนั้นเมื่อแสงมีพลังงานเพียงพออิเล็กตรอนจํานวนมากจะถูกกระตุ้นไปยังแถบการนําไฟฟ้าซึ่งให้คะแนนในพาหะประจุจํานวนมาก เมื่อผลกระทบของกระบวนการนี้และการไหลของกระแสเริ่มไหลมากขึ้นความต้านทานของอุปกรณ์จะลดลง

วงจรตัวต้านทานขึ้นอยู่กับแสง

วงจรของ LDR เป็นวงจรอิเล็กทรอนิกส์ที่สร้างขึ้นด้วย LDR, รีเลย์, คู่ดาร์ลิงตัน, ไดโอดและตัวต้านทานที่แสดงในแผนภาพวงจรด้านล่าง แรงดันไฟฟ้าถูกมอบให้กับโหลด

แรงดันไฟฟ้ากระแสตรงที่ต้องการของวงจร LDR จ่ายมาจากวงจรเรียงกระแสบริดจ์หรือแบตเตอรี่ วงจรนี้จะเปลี่ยนแหล่งจ่ายไฟ AC เป็น DC วงจรเรียงกระแสบริดจ์ใช้หม้อแปลงแบบสเต็ปดาวน์เพื่อลดแรงดันไฟฟ้าจาก 230v เป็น 12v ไดโอดเชื่อมต่อในรูปแบบของบริดจ์ที่ใช้ในการเปลี่ยนแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับเป็น DC ตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้าใช้เพื่อเปลี่ยน 12v DC-6v DC จากนั้นแรงดันไฟฟ้ากระแสตรงนี้จะถูกส่งไปยังวงจรทั้งหมด แหล่งจ่ายไฟ AC 230v สําหรับทั้งวงจรเรียงกระแสบริดจ์และโหลดจะต้องถูกเก็บไว้อย่างต่อเนื่องเพื่อการทํางานอย่างต่อเนื่องของวงจรเซ็นเซอร์วัดแสง

ในตอนเช้าเซ็นเซอร์นี้มีความต้านทานต่ําประมาณ 100Ω ดังนั้นแหล่งจ่ายไฟจะไหลผ่าน LDR และกราวด์ผ่านตัวต้านทานและตัวต้านทานแบบแปรผันดังที่แสดงในวงจรเซ็นเซอร์วัดแสงด้านบน นี่เป็นเพราะความต้านทานที่นําเสนอโดยตัวต้านทานที่ขึ้นกับแสงในเวลากลางวันหรือเมื่อแสงตกกระทบ LDR จะน้อยกว่าเมื่อเทียบกับความต้านทานของส่วนที่เหลือของวงจรเซ็นเซอร์ เราตื่นตัวในหลักการของกระแสที่การไหลของกระแสจะไหลไปในเส้นทางของความต้านทานต่ําเสมอ

ดังนั้นขดลวดรีเลย์จึงไม่ได้รับอุปทานเพียงพอที่จะเสริมความแข็งแรง ดังนั้นไฟจึงดับในเวลากลางวัน ในทํานองเดียวกัน ในเวลากลางคืน ความต้านทานของ LDR จะเพิ่มขึ้นเป็นค่าสูง (20MΩ) ดังนั้นเนื่องจากความต้านทานสูงของตัวต้านทานการไหลของกระแสจึงต่ําหรือเกือบเป็นศูนย์ ตอนนี้การไหลของกระแสผ่านเลนความต้านทานต่ําซึ่งจะเพิ่มแรงดันพื้นฐานของคู่ดาร์ลิงตันให้มากกว่า 1.4v เมื่อทรานซิสเตอร์คู่ดาร์ลิงตันถูกกระตุ้นขดลวดรีเลย์จะได้รับอุปทานเพียงพอที่จะรับพลังงานและด้วยเหตุนี้ไฟจะสลับในเวลากลางคืน

การพึ่งพาความถี่ LDR

ความไวของ LDR จะแตกต่างกันไปตามความยาวคลื่นของแสงที่ส่งผลต่อบริเวณที่ตอบสนองของอุปกรณ์ เอฟเฟกต์นี้สังเกตเห็นได้ชัดเจนและพบได้เมื่อความยาวคลื่นของแสงอยู่นอกช่วงที่กําหนดแล้วจะไม่เกิดเอฟเฟกต์ที่เห็นได้ชัดเจน อุปกรณ์ที่ทําจากวัสดุที่แตกต่างกันจะตอบสนองต่อความยาวคลื่นของแสงในลักษณะที่แตกต่างออกไป ซึ่งหมายความว่าส่วนประกอบต่างๆ สามารถนําไปใช้กับการใช้งานที่หลากหลายได้

นอกจากนี้ยังพบว่าตัวต้านทานชนิดภายนอกมีแนวโน้มที่จะตอบสนองต่อความยาวคลื่นของแสงได้มากกว่า และสามารถใช้กับอินฟราเรดได้ แต่เมื่อทํางานกับ IR แล้ว เราควรระมัดระวังเพื่อหลีกเลี่ยงการสะสมความร้อนที่เกิดจากผลกระทบจากความร้อนของรังสี

เวลาแฝงของตัวต้านทานขึ้นอยู่กับแสง

เวลาแฝงเป็นสิ่งสําคัญที่เกี่ยวข้องกับ LDR ซึ่งหมายถึงเวลาที่ใช้ในการตอบสนองต่อส่วนประกอบสําหรับการเปลี่ยนแปลงใดๆ ดังนั้นคุณลักษณะนี้จึงมีความสําคัญอย่างยิ่งสําหรับการออกแบบวงจร ต้องใช้เวลาที่มองเห็นได้จากการเปลี่ยนแปลงใดๆ ภายในระดับแสงก่อนที่ LDR จะถึงค่าสุดท้ายสําหรับระดับแสงใหม่ ด้วยเหตุนี้ตัวต้านทานที่ขึ้นกับแสงจึงไม่ใช่ตัวเลือกที่ดีกว่าเมื่อใดก็ตามที่มีการเปลี่ยนแปลงค่าแสงอย่างรวดเร็วพอสมควร เมื่อการเปลี่ยนแปลงของแสงเกิดขึ้นในช่วงเวลาหนึ่งแสดงว่าเกินพอ

อัตราการฟื้นตัวของความต้านทานไม่มีอะไรนอกจากอัตราที่แนวต้านเปลี่ยนไป โดยปกติ LDR จะตอบสนองในไม่กี่สิบมิลลิวินาทีเมื่อได้รับแสงหลังจากความมืดสนิทอย่างไรก็ตามเมื่อแสงถูกลบออกอาจใช้เวลาถึงหนึ่งวินาที ในแผ่นข้อมูลของส่วนประกอบ โดยปกติข้อมูลจําเพาะของ LDR จะถูกอ้างถึงเป็นความต้านทานความมืดหลังจากเวลาที่กําหนด เช่น เป็นวินาที ค่าที่อ้างบ่อยคือค่าหนึ่งเป็นเวลา 1 วินาที และอีกค่าหนึ่งเป็นเวลา 5 วินาที ค่าเหล่านี้บ่งชี้ถึงเวลาแฝงของตัวต้านทาน

ข้อมูลจําเพาะของตัวต้านทานขึ้นอยู่กับแสง

ข้อมูลจําเพาะของ LDR ส่วนใหญ่รวมถึงการกระจายพลังงานสูงสุดแรงดันไฟฟ้าในการทํางานสูงสุดความยาวคลื่นสูงสุดความต้านทานมืด ฯลฯ ค่าของข้อมูลจําเพาะเหล่านี้ที่กล่าวถึงด้านล่าง

• การกระจายพลังงานสูงสุดคือ 200mW
• แรงดันไฟฟ้าสูงสุดที่ 0 ลักซ์คือ 200V
• ความยาวคลื่นสูงสุดคือ 600nm
• ความต้านทานขั้นต่ําที่ 10lux คือ 1.8kΩ
• ความต้านทานสูงสุดที่ 10lux คือ 4.5kΩ
• ความต้านทานทั่วไปที่ 100lux คือ 0.7kΩ
• ความต้านทานความมืดหลังจาก 1 วินาทีคือ 0.03MΩ
• ความต้านทานความมืดหลังจาก 5 วินาทีคือ 0.25MΩ

ลักษณะของ LDR

ตัวต้านทานที่ขึ้นกับแสงตอบสนองต่อแสงได้มาก เมื่อแสงแรงขึ้น ความต้านทานจะลดลง ซึ่งหมายความว่า เมื่อความเข้มของแสงเพิ่มขึ้น ค่าความต้านทานสําหรับ LDR จะลดลงอย่างมากเหลือต่ํากว่า 1K

เมื่อแสงลดลงใน LDR ความต้านทานจะลดลงและเมื่อวางตัวต้านทานไว้ในที่มืดความต้านทานจะเพิ่มขึ้นซึ่งเรียกว่าความต้านทานที่มืด หากอุปกรณ์ใดดูดซับแสงความต้านทานจะลดลงอย่างมาก หากได้รับแรงดันไฟฟ้าที่เสถียรความเข้มของแสงจะเพิ่มขึ้นและการไหลของกระแสจะเริ่มเพิ่มขึ้น ดังนั้นแผนภาพต่อไปนี้แสดงถึงลักษณะระหว่างความต้านทานและการส่องสว่างสําหรับ LDR เฉพาะ

LDR ไม่ใช่อุปกรณ์เชิงเส้นและความไวของพวกมันจะเปลี่ยนไปตามความยาวคลื่นของแสงที่ตกลงมา โฟโตเซลล์บางชนิดไม่ไวต่อช่วงความยาวคลื่นเฉพาะเลย เนื่องจากขึ้นอยู่กับวัสดุที่ใช้

เมื่อรังสีแสงตกลงบนตาแมวความต้านทานจะเปลี่ยนใน 8 ms เป็น 12 ในขณะที่ใช้เวลาอีกไม่กี่วินาทีในการเพิ่มความต้านทานกลับสู่ค่าเริ่มต้นอีกครั้งเมื่อแสงถูกลบออก ดังนั้นสิ่งนี้จึงเรียกว่าอัตราการฟื้นตัวของความต้านทาน ในคอมเพรสเซอร์เสียง คุณสมบัตินี้สามารถใช้ได้

นอกจากนี้ตัวต้านทานเหล่านี้ยังตอบสนองต่อโฟโตทรานซิสเตอร์และโฟโตไดโอดต่ํา โฟโตไดโอดเป็นอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ทางแยก PN ซึ่งใช้ในการเปลี่ยนแสงเป็นไฟฟ้าในขณะที่ตาแมวเป็นอุปกรณ์แบบพาสซีฟและไม่มีทางแยก PN แต่ใช้เพื่อแปลงแสงเป็นไฟฟ้า แต่ไม่ใช่

ประเภทของ LDR

การจําแนกประเภทของ LDR สามารถทําได้ตามความเป็นเส้นตรงหรือวัสดุไวแสง วัสดุที่ใช้บ่อยที่สุดในขณะที่ออกแบบ LDR ส่วนใหญ่ ได้แก่ แคดเมียมซัลไฟด์ แทลเลียมซัลไฟด์ แคดเมียมซีลีไนด์ และตะกั่วซัลไฟด์

• LDR ที่สร้างขึ้นด้วยสารเคมีแคดเมียมซัลไฟด์นี้ตอบสนองต่อรังสีแสงทุกชนิดที่สังเกตเห็นได้ชัดเจนภายในสเปกตรัมของมนุษย์
• LDR ที่ทําจากสารเคมีตะกั่วซัลเฟตตอบสนองต่อรังสีอินฟราเรดเป็นพิเศษ

การจําแนกประเภท LDR ที่พบบ่อยที่สุดคือเชิงเส้นและไม่เชิงเส้น

• LDR ประเภทซับเรียกว่าโฟโตไดโอดอย่างไรก็ตามในบางพื้นที่การใช้งานจะใช้เป็นโฟโตรีซิสเตอร์เนื่องจากประสิทธิภาพเชิงเส้นที่พวกเขานําเสนอและการทํางาน
• LDR แบบไม่เชิงเส้นมักใช้ แต่พฤติกรรมของพวกมันไม่ได้ขึ้นอยู่กับขั้วที่รวมกัน

ข้อดีของ LDR

ข้อดีของ LDR มีดังต่อไปนี้

• ความไวสูง
• อุปกรณ์ที่เรียบง่ายและขนาดเล็ก
• ใช้ง่าย
• ราคาไม่แพง
• ไม่มีศักยภาพในการรวมตัวกัน
• อัตราส่วนความต้านทานแสง-มืดสูง
• การเชื่อมต่อนั้นง่าย

ข้อเสียของ LDR

ข้อเสียของ LDR มีดังต่อไปนี้

• การตอบสนองสเปกตรัมแคบ
• เอฟเฟกต์ฮิสเทรีซิส
• ความเสถียรของอุณหภูมิต่ําสําหรับวัสดุที่ดีที่สุด
• ในวัสดุที่มีความเสถียรจะตอบสนองช้ามาก
• การใช้ LDR มีจํากัดเมื่อสัญญาณแสงเปลี่ยนเร็วมาก
• มันไม่ใช่อุปกรณ์ที่ตอบสนองมากนัก
• ให้ผลลัพธ์ที่ไม่ถูกต้องเมื่ออุณหภูมิในการทํางานเปลี่ยนแปลง

การประยุกต์ใช้ LDR

ตัวต้านทานที่ขึ้นกับแสงเป็นอุปกรณ์ที่เรียบง่ายและต้นทุนต่ํา อุปกรณ์เหล่านี้ใช้ในกรณีที่จําเป็นต้องรับรู้ถึงการมีอยู่และไม่มีแสงเป็นสิ่งจําเป็น ตัวต้านทานเหล่านี้ใช้เป็นเซ็นเซอร์วัดแสงและการใช้งานของ LDR ส่วนใหญ่รวมถึงนาฬิกาปลุกไฟถนนเครื่องวัดความเข้มของแสงวงจรสัญญาณกันขโมย เพื่อความเข้าใจที่ดีขึ้นเกี่ยวกับแนวคิดนี้เราได้อธิบายโครงการหนึ่งคือ; การประหยัดพลังงานของไฟถนนที่ควบคุมความเข้มโดยใช้ LDR

การประหยัดพลังงานของไฟถนนที่ควบคุมความเข้มโดยใช้ LDR

ปัจจุบันการทําให้ทางหลวงสว่างขึ้นทําได้โดยใช้หลอดไฟ HID แต่การใช้พลังงานของไฟเหล่านี้สูงและไม่มีกลไกเฉพาะในการเปิด/ปิดไฟตั้งแต่พระอาทิตย์ขึ้นถึงพระอาทิตย์ตก เพื่อเอาชนะปัญหานี้ ต่อไปนี้เป็นวิธีอื่นที่ใช้ไฟ LED เช่น การประหยัดพลังงานของไฟถนนที่ควบคุมความเข้มโดยใช้ LDR

ระบบที่เสนอสร้างขึ้นเพื่อเอาชนะข้อเสียเปรียบของหลอดไฟ HID ในปัจจุบัน ระบบที่เสนอจะกําหนดการใช้ไดโอดเปล่งแสงเป็นแหล่งกําเนิดแสงและการควบคุมความเข้มที่ปรับได้ตามความต้องการ ไฟเหล่านี้ใช้พลังงานน้อยกว่า เช่นเดียวกับอายุการใช้งานของไฟเหล่านี้ ซึ่งมากกว่าเมื่อเทียบกับหลอดไฟ HID ทั่วไป

คุณสมบัติที่สําคัญที่สุดของโครงการนี้คือสามารถควบคุมความเข้มของแสงได้ตามความจําเป็นในเวลากลางคืนซึ่งไม่สามารถทําได้ในหลอด HID LDR ใช้เพื่อตรวจจับแสงและความต้านทานของ LDR จะลดลงอย่างมากตามแสงในเวลากลางวัน ซึ่งก่อตัวเป็นสัญญาณ i/p ไปยังคอนโทรลเลอร์

ไฟ LED จํานวนมากถูกนํามาใช้เพื่อสร้างไฟถนน และไมโครคอนโทรลเลอร์ที่ใช้ในโครงการได้รับการตั้งโปรแกรมไว้ล่วงหน้าด้วยคําแนะนําที่ควบคุมความเข้มของแสงตามสัญญาณการมอดูเลตความกว้างพัลส์ที่สร้างขึ้น ความเข้มของแสงจะอยู่ในระดับสูงในเวลากลางคืน และเนื่องจากการจราจรบนท้องถนนมีแนวโน้มที่จะลดลงในชั่วโมงเร่งด่วน ความเข้มยังค่อยๆ ลดลงจนถึงเช้า ในที่สุด ไฟ LED จะดับในตอนเช้าเวลา 6 น. และดําเนินต่อไปอีกครั้งในเวลา 6 น. ในตอนเย็น กระบวนการนี้จะดําเนินต่อไป

นอกจากนี้ โครงการนี้ยังสามารถพัฒนาได้โดยการผสมกับแผงโซลาร์เซลล์ ซึ่งจะเปลี่ยนความเข้มของแสงอาทิตย์เป็นแรงดันไฟฟ้าที่เทียบเท่ากัน และใช้พลังงานแสงอาทิตย์ในการป้อนไฟบนทางหลวง

ดังนั้นนี่คือทั้งหมดที่เกี่ยวกับหลักการทํางานของตัวต้านทานที่ขึ้นกับแสงแผนภาพวงจรและการใช้งานและเป็นโฟโตรีซิสต์เตอร์ชนิดหนึ่ง