Fotowiderstand

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Fotowiderstand aus Cadmiumsulfid

Ein Fotowiderstand (englisch Light Dependent Resistor, LDR) ist ein lichtabhängiger Widerstand aus einer amorphen Halbleiter-Schicht.

Je höher der Lichteinfall, desto kleiner wird aufgrund des inneren fotoelektrischen Effekts sein elektrischer Widerstand. Fotowiderstände werden hinsichtlich ihrer Empfindlichkeit nur vom Fotomultiplier übertroffen, reagieren jedoch sehr langsam (Bereich 1 ms bis einige Sekunden).

Aufbau[Bearbeiten]

Auf eine Isolierstoff-Unterlage (üblich ist Keramik) wird eine dünne Schicht aus dem fotosensitiven Halbleitermaterial aufgebracht. Die elektrischen Anschlüsse bestehen aus zwei anschließend aufgebrachten kammartigen Metallflächen, die sich gegenüberstehen. Dadurch hat die Struktur der lichtempfindlichen Schicht die Form eines Mäanders.

Die gesamte Anordnung wird mit Anschlussdrähten versehen und mit transparentem Kunstharz beschichtet oder vergossen. Auch hermetisch dichte Metallgehäuse mit Glasfenster und Glasdurchführungen sind gebräuchlich.

Materialien[Bearbeiten]

Fotowiderstand aus Cadmiumselenid

Fotowiderstände bestehen oft aus einer Cadmiumsulfid- (CdS) oder Cadmiumselenid-Schicht (CdSe), die etwa die gleiche Farbempfindlichkeitskurve wie das menschliche Auge oder Fotofilme hat.

Cadmiumsulfid weist bei einer Wellenlänge von 520 nm, Cadmiumselenid bei 730 nm die maximale Empfindlichkeit auf.

Für Infrarot werden Materialien wie Bleisulfid (spektrale Empfindlichkeit bei Wellenlängen von 0,3 bis 3,5 µm) und Indiumantimonid (Wellenlänge 4,5 bis 6,5 µm) verwendet[1].

Funktion[Bearbeiten]

Bei Halbleitern, die für LDRs geeignet sind, wird nicht der normale innere Fotoelektrische Effekt genutzt, sondern es werden Übergänge zu Störstellen genutzt. Wenn durch das Licht eine Störstelle ionisiert wird, wirkt die für eine Zeit im Bereich einiger Millisekunden wie eine Dotierung und erhöht die elektrische Leitfähigkeit. Durch die relativ lange Zeit die es braucht die Störstelle wieder zu neutralisieren erhält man eine hohe Empfindlichkeit, aber auch die langsame Reaktion. Wegen der Beteiligung der Störstellen ist die Fotoleitung auch nicht nur vom Basismaterial, sondern auch der Mikrostruktur und Verunreinigungen abhängig. Der Halbleiter muss nicht amorph sein. Das übliche CdS wird auch eher ein Vielkristall sein.

Eigenschaften[Bearbeiten]

elektrisches Schaltsymbol

Wenige auch nach langer Abdunkelung verbleibende freie Ladungsträger verursachen einen Dunkelstrom. Der Dunkelstrom kann durch niedrigere Temperatur verringert werden.

Fotowiderstände werden durch folgende Parameter gekennzeichnet:

  • Dunkelwiderstand (Widerstandswert des Fotowiderstands bei Dunkelheit), typisch 1 MΩ bis 100 MΩ; wird erst nach mehreren Sekunden Dunkelheit erreicht
  • Hellwiderstand (Widerstandswert des Fotowiderstands bei 1000 lx), typisch 100 Ω bis 2 kΩ
  • Ansprechzeit (Zeit, die nach Einschalten einer Beleuchtungsstärke von 1000 Lux nach Dunkelheit vergeht, bis der Strom 65 % seines spezifizierten Wertes erreicht hat), typischer Wert 1 bis 3 ms
  • Spektralbereich (materialabhängige spektrale Empfindlichkeitskurve)

Anwendungen[Bearbeiten]

CdS-Fotowiderstände werden beispielsweise in Belichtungsmessern von Kameras und in Dämmerungsschaltern oder diskret aufgebauten Optokopplern eingesetzt, wenn keine schnellen Reaktionszeiten gefordert sind.

RoHS Compliance[Bearbeiten]

Die EG-Richtlinie 2011/65/EU (RoHS 2) [2] schränkt die Verwendung von Gefahrenstoffen in Elektro- und Elektronikgeräten ein. Der Einsatz von Fotowiderständen in Produkten ist aufgrund der vorhandenen Cadmiumverbindungen laut der geltenden Richtlinie in der EU nicht mehr erlaubt. Ausnahmen sind am 31. Dezember 2009 ausgelaufen.[3]

Siehe auch[Bearbeiten]

Weblinks[Bearbeiten]

 Commons: Fotowiderstände – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

Einzelnachweise[Bearbeiten]

  1. VALVO-Taschenbuch 1965
  2. Amtsblatt der Europäischen Union: RICHTLINIE 2011/65/EU DES EUROPÄISCHEN PARLAMENTS UND DES RATES vom 8. Juni 2011 zur Beschränkung der Verwendung bestimmter gefährlicher Stoffe in Elektro- und Elektronikgeräten (PDF; 905 kB)
  3. Amtsblatt der Europäischen Union: ENTSCHEIDUNG DER KOMMISSION vom 10. Juni 2009 zur Änderung des Anhangs der Richtlinie 2002/95/EG des Europäischen Parlaments und des Rates hinsichtlich der ausgenommenen Verwendungen von Blei, Cadmium und Quecksilber zwecks Anpassung an den technischen Fortschritt (PDF; 703 kB)