ما هو المقاوم المعتمد على الضوء (LDR)؟ شرح مبدأ العمل والرمز والتطبيقات

المقاومات المعتمدة على الضوء (LDRs) ، وتسمى أيضا المقاومات الضوئية ، هي مستشعرات إضاءة مستخدمة على نطاق واسع تغير المقاومة وفقا للإضاءة. تشكل هذه المكونات السلبية غير المكلفة دعما للدوائر التي يتم تنشيطها بالضوء مثل مصابيح الشوارع الأوتوماتيكية والمصابيح الشمسية وأجهزة الإنذار وعدادات الكاميرا. تشرح هذه المقالة بنائها ورموزها ومبدأ عملها ومواصفاتها وتطبيقاتها ، مع تسليط الضوء على سبب بقاء LDRs نشطة في الإلكترونيات. ج 1. نظرة عامة على المقاوم المعتمد على الضوء (LDR) ج 2. رمز المقاوم المعتمد على الضوء (LDR) ج 3. بناء المقاوم المعتمد على الضوء (LDR) ج 4. مبدأ عمل المقاوم المعتمد على الضوء (LDR) ج 5. المقاوم المعتمد على الضوء (LDR) في الدوائر ج 6. استجابة التردد للمقاوم المعتمد على الضوء (LDR) ج 7. المواصفات الفنية للمقاوم المعتمد على الضوء (LDR) ج 8. خصائص المقاوم المعتمد على الضوء (LDR) ج 9. أنواع المقاوم المعتمد على الضوء (LDR) ج 10. اختبار المقاوم المعتمد على الضوء (LDR) ج 11. المقاوم المعتمد على الضوء (LDR) مقابل الصمام الثنائي الضوئي ج 12. استنتاج ج 13. الأسئلة المتكررة [FAQ] 1. نظرة عامة على المقاوم المعتمد على الضوء (LDR) المقاوم المعتمد على الضوء (LDR) ، المعروف أيضا باسم المقاوم الضوئي ، هو مكون إلكتروني سلبي ثنائي الطرفين تتغير مقاومته مع شدة الضوء الساقط عليه. على عكس المقاومات الثابتة ، فإن مقاومتها ليست ثابتة ولكنها تختلف اختلافا كبيرا اعتمادا على الإضاءة. في الظلام ، يمكن أن ترتفع مقاومة LDR إلى عدة ميجا أوم ، مما يحد من تدفق التيار ، بينما في الضوء الساطع تنخفض مقاومته إلى بضع مئات من الأوم فقط ، مما يسمح للتيار بالمرور بسهولة أكبر. هذا التباين الواسع في المقاومة يجعل LDRs فعالة للغاية في التطبيقات الحساسة للضوء. يتم استخدامها بشكل شائع في دوائر مصابيح الشوارع الأوتوماتيكية ، وأجهزة إنذار السرقة ، وأنظمة التتبع الشمسي ، وعدادات إضاءة الكاميرا ، حيث تتأثر استجابة الدائرة بشكل مباشر بالتغيرات في ظروف الإضاءة المحيطة. 2. رمز المقاوم المعتمد على الضوء (LDR) في مخططات الدائرة ، يظهر LDR كمقاوم مع سهمين قطريين يشيران نحوه. • يشير رمز المقاوم إلى معارضة التيار. • تمثل الأسهم الضوء الوارد. يتطابق هذا الاصطلاح مع الأجهزة الأخرى الحساسة للضوء مثل الثنائيات الضوئية والترانزستورات الضوئية. 3. بناء المقاوم المعتمد على الضوء (LDR) يتكون المقاوم المعتمد على الضوء باستخدام مواد موصلة للضوء مثل كبريتيد الكادميوم (CdS) أو سيلينيد الكادميوم (CdSe). تغير هذه المواد موصليتها الكهربائية عند تعرضها للضوء. لزيادة الحساسية إلى أقصى حد ، عادة ما يتم ترسيب الفيلم الموصل للضوء في مسار متعرج أو أفعواني على قاعدة خزفية ، مما يزيد من مساحة السطح المتاحة لالتقاط الضوء. الأجزاء الرئيسية من LDR: • طبقة موصلة للضوء - فيلم CdS أو CdSe الذي يقلل من المقاومة عند الإضاءة. • الأقطاب الكهربائية - ملامسات معدنية رفيعة على طرفي المسار للاتصال بالدوائر الخارجية. • الركيزة - قاعدة خزفية توفر الدعم الهيكلي والاستقرار الحراري. على الرغم من أن CdS لا تزال المادة الأكثر شيوعا ، إلا أن القيود المفروضة بموجب لوائح RoHS قادتك إلى استكشاف بدائل أكثر أمانا. قد تستخدم LDRs الأحدث عددا أقل من أشباه الموصلات السامة ، مما يجعلها أكثر صداقة للبيئة. 4. مبدأ عمل المقاوم المعتمد على الضوء (LDR) يعتمد تشغيل LDR على الموصلية الضوئية ، حيث تزداد الموصلية الكهربائية للمادة عندما تمتص الضوء. عندما تضرب الفوتونات الطبقة الموصلة للضوء ، فإن طاقتها تثير الإلكترونات من نطاق التكافؤ إلى نطاق التوصيل ، مما يولد ناقلات شحن متنقلة. مع زيادة الإضاءة ، يتم إنشاء المزيد من الناقلات ، مما يسمح بتدفق تيار أكبر ويقلل من مقاومة الجهاز. على العكس من ذلك ، عندما ينخفض مستوى الضوء ، يتم إنشاء عدد أقل من الناقلات ، وترتفع المقاومة بشكل حاد. هذه العلاقة المباشرة بين شدة الضوء والمقاومة تجعل LDR مستشعر ضوء طبيعي. يمكن ترجمة مقاومته المتغيرة بسهولة إلى جهد قابل للقياس أو تغيرات في التيار ، مما يسمح للدوائر البسيطة بالاستجابة تلقائيا للسطوع المحيط دون الحاجة إلى إلكترونيات معقدة. 5. المقاوم المعتمد على الضوء (LDR) في الدوائر عادة ما يتم توصيل LDR بترتيب مقسم الجهد بمقاوم ثابت. يحول هذا الإعداد تباين مقاومة LDR إلى إشارة جهد يمكن إدخالها إلى مكونات أخرى. أثناء النهار ، تنخفض مقاومة LDR ، مما يقلل من جهد خرج المقسم. تحافظ الإشارة المنخفضة الناتجة على ترانزستور أو مرحل متصل في حالة إيقاف التشغيل ، مما يمنع المصباح أو الحمل من التشغيل. في الليل ، ترتفع مقاومة LDR بشكل كبير ، مما يرفع جهد المقسم. هذا الجهد العالي يتحيز الترانزستور إلى التوصيل ، مما ينشط المرحل ويشغل المصباح. في جوهرها ، تترجم الدائرة السطوع المحيط مباشرة إلى إشارة تبديل. يستخدم هذا النهج البسيط والفعال على نطاق واسع في مصابيح الشوارع الأوتوماتيكية ، ومصابيح الحدائق الشمسية ، وأجهزة الإنذار التي يتم تنشيطها بالضوء ، حيث يتم تحقيق تحكم موثوق به في التشغيل / الإيقاف دون تدخل يدوي. 6. استجابة التردد للمقاوم المعتمد على الضوء (LDR) تعتمد استجابة LDR على الحساسية الطيفية لمادته. يتفاعل كل نوع بقوة أكبر مع أطوال موجية معينة من الضوء: • CdS (كبريتيد الكادميوم): حساسية الذروة في النطاق المرئي ، حوالي 500-700 نانومتر ، مطابقة لاستجابة العين البشرية. هذا يجعلها مناسبة للكشف عن الضوء العام ومصابيح الشوارع والكاميرات. • PbS (كبريتيد الرصاص): حساس بشكل أساسي للأشعة تحت الحمراء فوق 1000 نانومتر ، وغالبا ما يستخدم في مستشعرات اللهب وأجهزة الكشف عن الحرارة وأجهزة استقبال التحكم عن بعد. وبالتالي ، فإن اختيار المواد يحدد التطبيق: • قياس الضوء المرئي → LDRs المستندة إلى CdS. • الاستشعار بالأشعة تحت الحمراء → LDRs المستندة إلى PbS. 7. المواصفات الفنية للمقاوم المعتمد على الضوء (LDR) يتم تعريف LDRs من خلال العديد من المعلمات الكهربائية والبصرية التي تحدد أدائها في الدوائر. تشمل القيم النموذجية ما يلي: | المعلمة | القيمة النموذجية | ملاحظات | | ----------------------------- | ------------- | ----------------------------------------------------------------------------------- | | الحد الأقصى لتبديد الطاقة | 200 ميجاوات | علاوة على ذلك ، قد يؤدي ارتفاع درجة الحرارة إلى إتلاف المادة. | | أقصى جهد تشغيل (0 لوكس) | 200 فولت | الحد الأقصى للجهد المسموح به في الظلام الدامس لمنع الانهيار. | | ذروة الطول الموجي للحساسية | \~600 نانومتر | يطابق المنطقة الصفراء والبرتقالية للضوء المرئي ، بالقرب من حساسية العين البشرية. | | المقاومة @ 10 لوكس | 1.8-4.5 كيلو أوم | تنخفض المقاومة مع زيادة الإضاءة. | | المقاومة @ 100 لوكس | \~0.7 كيلو أوم | مناسب للكشف عن مستوى الضوء الداخلي. | | مقاومة الظلام (بعد 5 ثوان) | \~250 كيلو أوم | قيمة المقاومة بمجرد استقرار المستشعر في الظلام. | 8. خصائص المقاوم المعتمد على الضوء (LDR) يظهر LDR سلوكا كهربائيا فريدا يجعله متميزا عن المقاومات الثابتة: • تقل المقاومة مع السطوع: مع ارتفاع الإضاءة ، يزداد توليد الناقل ، مما يؤدي إلى انخفاض المقاومة بشكل حاد. • مقاومة عالية للظلام: في الظلام الدامس ، يمكن أن تصل المقاومة إلى مئات الكيلو أوم إلى عدة ميغاأوم ، مما يحجب التيار بشكل فعال. • الاستجابة غير الخطية: العلاقة بين شدة الضوء (لوكس) والمقاومة غير متناسبة. تتسبب التغييرات الصغيرة عند مستويات الإضاءة المنخفضة في تحولات مقاومة كبيرة ، بينما تتسطح الاستجابة عند مستويات الإضاءة العالية. • الاسترداد البطيء: بعد إزالة الضوء ، تستغرق المقاومة وقتا للعودة إلى قيمتها المظلمة ، مما يؤدي إلى تأخير ملحوظ. • الاعتماد على درجة الحرارة: تؤثر درجة الحرارة المحيطة على الموصلية ، حيث تؤدي درجات الحرارة المرتفعة إلى خفض المقاومة حتى عند نفس مستوى الضوء. 9. أنواع المقاوم المعتمد على الضوء (LDR) يمكن تصنيف LDRs بناء على المواد المستخدمة وخطية استجابتها: 10.1 حسب المادة • CdS (كبريتيد الكادميوم) LDRs: الأكثر استخداما ، مع ذروة الحساسية في الطيف المرئي. شائع في عدادات الضوء وأضواء الشوارع الأوتوماتيكية وأنظمة التعرض للكاميرا. • PbS (كبريتيد الرصاص) LDRs: حساسة للأشعة تحت الحمراء ، مما يجعلها مناسبة للكشف عن اللهب وأجهزة الاستشعار الحرارية واتصالات الأشعة تحت الحمراء. 10.2 عن طريق الخطية • LDRs الخطية: توفر استجابة شبه مستقيمة بين شدة الضوء والمقاومة. هذه أقل شيوعا وتستخدم بشكل أساسي في الأدوات المختبرية أو البصرية الدقيقة. • LDRs غير الخطية: اعرض منحنى من النوع اللوغاريتمي حيث تنخفض المقاومة بشكل حاد عند لوكس منخفض ولكنها تنخفض عند لوكس عالي. تستخدم هذه على نطاق واسع في تطبيقات التحكم في الضوء اليومية بسبب فعاليتها من حيث التكلفة وتوافرها. 10. اختبار المقاوم المعتمد على الضوء (LDR) تتمثل إحدى الطرق السريعة للتحقق من LDR في التحقق من مقاومته في ظل ظروف الإضاءة المختلفة باستخدام مقياس متعدد تم ضبطه على أوم: • اختبار الظلام: قم بتغطية LDR بالكامل أو اختبره في غرفة مظلمة. يجب أن ترتفع المقاومة إلى مئات الكيلو أوم أو حتى عدة ميغاأوم ، اعتمادا على الجهاز. • اختبار الضوء: قم بتعريض LDR لمصدر ضوء ساطع مثل المصباح اليدوي أو ضوء الشمس. يجب أن تنخفض المقاومة بشكل كبير ، وغالبا ما تنخفض إلى بضع مئات من الأوم إلى بضعة كيلو أوم. يؤكد التحول الكبير في المقاومة بين الحالات المظلمة والمضيئة أن LDR يعمل بشكل صحيح. هذا الاختبار البسيط مفيد لاستكشاف أخطاء المستشعرات وإصلاحها في الدوائر مثل المصابيح الأوتوماتيكية أو أجهزة الإنذار. 11. المقاوم المعتمد على الضوء (LDR) مقابل الصمام الثنائي الضوئي | ميزة | LDR (مقاوم ضوئي) | الصمام الثنائي الضوئي | | ----------------- | ----------------------------------------------------- | ---------------------------------------------------------------- | | نوع الجهاز | مستشعر مقاوم سلبي مصنوع من فيلم موصل ضوئي | أشباه الموصلات النشطة PN-junction | | سرعة الاستجابة | بطيء (مللي ثانية إلى ثواني) - غير مناسب للإشارات السريعة | سريع للغاية (ns إلى μs) - مثالي لنقل البيانات | | نطاق الضوء | الأفضل للضوء المرئي (CdS: \ ~ 600 نانومتر) | يمكن تصميمها لنطاقات المرئية أو الأشعة تحت الحمراء أو الأشعة فوق البنفسجية | | الخطية | المقاومة غير الخطية مقابل منحنى الضوء | المزيد من التيار الخطي مقابل شدة الضوء | | التكلفة والتعقيد | تكلفة منخفضة جدا وسهلة الاستخدام | تكلفة أعلى ، تتطلب التحيز والدوائر | | أفضل استخدام | الكشف عن الإضاءة المحيطة ، المصابيح الأوتوماتيكية ، أجهزة الإنذار | اتصالات بصرية عالية السرعة ، ماسحات الباركود ، الألياف الضوئية | 12. الخلاصة تجمع LDRs بين البساطة والقدرة على تحمل التكاليف والموثوقية ، مما يجعلها واحدة من أكثر مستشعرات الضوء شيوعا في الإلكترونيات. على الرغم من محدوديتها بوقت استجابة أبطأ مقارنة بالثنائيات الضوئية ، إلا أن تعدد استخداماتها في مصابيح الشوارع وأجهزة الإنذار والشاشات والأجهزة الشمسية يضمن استمرار الملاءمة. من دوائر الهوايات إلى الأتمتة الصناعية ، تظل المقاومات الضوئية مفيدة للكشف عن الضوء وأنظمة التحكم الآلي الفعالة من حيث التكلفة. 13. الأسئلة المتكررة [التعليمات] 13.1 ما هو عمر LDR؟ يمكن أن تستمر LDRs لعدة سنوات إذا تم استخدامها ضمن حدود الجهد والطاقة المقدرة. يعتمد عمرها الافتراضي بشكل أساسي على التعرض للضوء عالي الكثافة والحرارة والرطوبة ، مما قد يؤدي إلى تدهور المواد الموصلة للضوء بمرور الوقت. 13.2 هل يمكن أن يعمل LDR في الظلام الدامس؟ نعم ، ولكن في الظلام ، ترتفع مقاومة LDR إلى عدة ميغاأوم ، مما يحجب التيار بشكل فعال. هذا يجعلها تعمل كدائرة مفتوحة حتى يتوفر الضوء. 13.3 ما مدى دقة مستشعرات LDR مقارنة بالثنائيات الضوئية؟ LDRs أقل دقة وأبطأ من الثنائيات الضوئية. إنها مثالية للكشف العام عن الضوء ولكنها غير مناسبة للقياسات الدقيقة أو عالية السرعة ، حيث توفر الثنائيات الضوئية أداء أفضل. 13.4 هل تتأثر LDRs بالتغيرات في درجات الحرارة؟ نعم. تقلل درجات الحرارة المرتفعة من مقاومة LDR حتى في ظل نفس مستوى الضوء ، مما قد يتسبب في حدوث أخطاء صغيرة في الدوائر التي تتطلب استشعارا دقيقا للضوء. 13.5 هل يمكنني استخدام LDR في الهواء الطلق؟ نعم ، يمكن استخدام LDRs في الهواء الطلق في تطبيقات مثل مصابيح الشوارع والمصابيح الشمسية ، ولكن يجب حمايتها بحاويات مقاومة للعوامل الجوية لمنع الرطوبة وتدهور الأشعة فوق البنفسجية لمواد المستشعر.