Photorésistance - Fonctionnement, types et applications

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La lumière est une forme de rayonnement électromagnétique. Le spectre électromagnétique est divisé en de nombreuses bandes à partir desquelles la lumière se réfère généralement au spectre visible. Mais en physique, les rayons gamma, les rayons X, les micro-ondes et les ondes radio sont également considérés comme de la lumière. Le spectre de la lumière visible a des longueurs d'onde comprises entre 400 et 700 nanomètres, comprises entre le spectre infrarouge et le spectre ultraviolet. La lumière transporte de l'énergie sous forme de photons. Lorsque ces photons entrent en contact avec d'autres particules, l'énergie est transférée en raison de la collision. En utilisant ce principe de lumière, de nombreux produits utiles tels que Photodiodes , Photorésistances, panneaux solaires, etc… ont été inventés.

Qu'est-ce qu'une photorésistance?

Photorésistance

Photorésistance



La lumière a la nature de la dualité onde-particule. Ce qui signifie que la lumière a à la fois la nature de particules et de vagues. Quand la lumière tombe semi-conducteur matériau, les photons présents dans la lumière sont absorbés par les électrons et ils sont excités vers des bandes d'énergie plus élevées.


Une photorésistance est un type de résistance dépendant de la lumière qui fait varier ses valeurs de résistance en fonction de la lumière incidente sur elle. Ces photorésistances ont tendance à diminuer leurs valeurs de résistance avec une augmentation de l'intensité de la lumière incidente.



Exposition de photorésistances photoconductivité . Ce sont des dispositifs moins photo-sensibles que les photodiodes et les phototransistors. La photorésistivité d'une photorésistance varie avec le changement de la température ambiante.

Principe de fonctionnement

La photorésistance n'a pas de jonction P-N comme les photodiodes. C'est un composant passif. Ceux-ci sont constitués de matériaux semi-conducteurs à haute résistance.

Lorsque la lumière est incidente sur la photorésistance, les photons sont absorbés par le matériau semi-conducteur. L'énergie du photon est absorbée par les électrons. Lorsque ces électrons acquièrent suffisamment d'énergie pour rompre la liaison, ils sautent dans la bande de conduction. De ce fait, la résistance de la photorésistance diminue. Avec la diminution de la résistance, la conductivité augmente.


Selon le type de matériau semi-conducteur utilisé pour la photorésistance, leur plage de résistance et leur sensibilité diffèrent. En l'absence de lumière, la photorésistance peut avoir des valeurs de résistance en mégohms. Et en présence de lumière, sa résistance peut diminuer jusqu'à quelques centaines d'ohms.

Types de photorésistances

En fonction des propriétés du matériau semi-conducteur utilisé pour la conception d'une photorésistance, celles-ci sont classées en deux types: les photorésistances extrinsèques et intrinsèques. Ces semi-conducteurs réagissent différemment dans différentes conditions de longueur d'onde.

Les photorésistances intrinsèques sont conçues à l'aide d'un matériau semi-conducteur intrinsèque. Ces semi-conducteurs intrinsèques ont leurs propres porteurs de charge. Aucun électrons libres n'est présent dans leur bande de conduction. Ils contiennent des trous dans la bande de valence.

Ainsi, pour exciter les électrons présents dans un semi-conducteur intrinsèque, de la bande de valence à la bande de conduction, une énergie suffisante doit être fournie pour qu'ils puissent traverser toute la bande interdite. Par conséquent, nous avons besoin de photons d'énergie plus élevée pour déclencher l'appareil. Par conséquent, les photorésistances intrinsèques sont conçues pour une détection de lumière à plus haute fréquence.

D'autre part, les semi-conducteurs extrinsèques sont formés en dopant des semi-conducteurs intrinsèques avec des impuretés. Ces impuretés fournissent des électrons libres ou des trous pour la conduction. Ces conducteurs libres se trouvent dans la bande d'énergie plus proche de la bande de conduction. Ainsi, une petite quantité d'énergie peut les amener à sauter dans la bande de conduction. Les photorésistances extrinsèques sont utilisées pour détecter la lumière de longueur d'onde plus longue et de fréquence inférieure.

Plus l'intensité lumineuse est élevée, plus la chute de résistance de la photorésistance est élevée. La sensibilité des photorésistances varie avec la longueur d'onde de la lumière appliquée. Lorsqu'il n'y a pas de longueur d'onde suffisante, suffisamment de déclenchement de l'appareil, l'appareil ne réagit pas à la lumière. Les photorésistances extrinsèques peuvent réagir aux ondes infrarouges. Les photorésistances intrinsèques peuvent détecter des ondes lumineuses de fréquence plus élevée.

Symbole de la photorésistance

Symbole de photorésistance

Les photorésistances sont utilisées pour indiquer la présence ou l'absence de lumière. Il est également écrit comme LDR. Ceux-ci sont généralement constitués de Cds, Pbs, Pbse, etc… Ces appareils sont sensibles aux changements de température. Ainsi, même lorsque l'intensité lumineuse est maintenue constante, un changement de résistance peut être observé dans les photorésistances.

Applications de la photorésistance

La résistance de la photorésistance est une fonction non linéaire de l'intensité lumineuse. Les photorésistances ne sont pas aussi sensibles à la lumière que les photodiodes ou les phototransistors. Certaines des applications des photorésistances sont les suivantes:

  • Ceux-ci sont utilisés comme capteurs de lumière.
  • Ceux-ci sont utilisés pour mesurer l'intensité de la lumière.
  • La lumière nocturne et les photomètres utilisent des photorésistances.
  • Leur propriété de latence est utilisée dans les compresseurs audio et la détection extérieure.
  • Les photorésistances peuvent également être trouvées dans les réveils, les horloges d'extérieur, les lampadaires solaires, etc.
  • L'astronomie infrarouge et la spectroscopie infrarouge utilisent également des photorésistances pour mesurer la région spectrale de l'infrarouge moyen.

Projets basés sur des photorésistances

Les photorésistances sont un appareil pratique pour de nombreux amateurs. De nombreux nouveaux documents de recherche et projets électroniques basés sur des photorésistances sont disponibles. Les photorésistances ont trouvé de nouvelles applications dans les domaines médicaux, embarqués et astronomiques. Certains des projets conçus en utilisant la photorésistance sont les suivants:

  • Photomètre à base de photorésistance, construit par les étudiants et son application dans l'analyse médico-légale des colorants.
  • Intégration d'une mémoire résistive organique biocompatible et d'une photorésistance pour une application de détection d'image portable.
  • Photogatez la synchronisation avec un smartphone.
  • Conception et mise en œuvre d'un circuit double contrôle acousto optique simple.
  • Système de détection de l'emplacement de la source lumineuse.
  • Le robot mobile est allumé par le son et contrôlé de manière directionnelle par une source lumineuse externe.
  • Conception d'un système de surveillance open source pour l'analyse thermodynamique des bâtiments et des systèmes.
  • Dispositif de protection contre la surchauffe.
  • Dispositif de détection du rayonnement électromagnétique.
  • Tondeuse à gazon solaire automatique à deux axes pour application agricole.
  • Mécanisme de détection de la turbidité de l'eau à l'aide de LED pour un système de surveillance in situ.
  • Le clavier lumineux induit par la lumière est conçu à l'aide de photorésistances.
  • Nouvelle serrure électronique utilisant le code morse basé sur l'Internet des objets.
  • Système d'éclairage public pour les villes intelligentes utilisant des photorésistances.
  • Suivi des dispositifs d'intervention IRM avec des marqueurs détunables contrôlés par ordinateur.
  • Ceux-ci sont utilisés dans les stores activés par la lumière.
  • Les photorésistances sont également utilisées pour le contrôle automatique du contraste et de la luminosité des téléviseurs et des smartphones.
  • Pour la conception de photorésistances à interrupteur contrôlé par proximité, on utilise.

En raison de l'interdiction du cadmium en Europe, l'utilisation des photorésistances Cds et Cdse est restreinte. Les photorésistances peuvent être facilement mises en œuvre et interfacées avec des microcontrôleurs.

Ces dispositifs sont disponibles sur le marché sous forme de capteurs IC. Ils sont disponibles en tant que capteurs de lumière ambiante, capteurs de lumière à numérique, LDR, etc. Certains des produits couramment utilisés sont le capteur de lumière OPT3002, le capteur de lumière passif LDR, etc. la fiche technique fournie par Texas Instruments. Peut-on utiliser des photorésistances comme alternative aux photodiodes? Qu'est-ce qui fait la différence?