Sensori luminosi

Ogni creatura vivente, comprese piante, animali e persino apparecchiature tecnologiche, deve essere in grado di rilevare la luce. I ricercatori di dispositivi hanno lavorato su metodi per il rilevamento della luce e hanno creato gadget che funzionano abbastanza bene. Le onde radio hanno una lunghezza d’onda significativamente più lunga, ma la luce ha una lunghezza d’onda molto più corta e una frequenza più alta. Si manifesta come particelle discrete chiamate fotoni ed è un fenomeno quantomeccanico.

Un sensore di luce è un sensore passivo che misura l’energia radiante presente in una specifica banda di frequenza per determinare la quantità di luce presente. Le frequenze nello spettro delle onde elettromagnetiche che un sensore può rilevare vanno dall’infrarosso al visibile e fino all’ultravioletto.

I fotoni della luce vengono convertiti in elettroni, che sono una sorta di energia elettrica, tramite sensori di luce. Di conseguenza, vengono anche chiamati fotosensori, fotorilevatori o dispositivi fotoelettrici.

A seconda della quantità fisica che viene colpita, i sensori di luce, noti anche come fotosensori, possono essere suddivisi in tre categorie. Fotoresistori, fotovoltaici e fotoemettitori sono le tre categorie di base. Se esposti alla luce, i fotoemettitori producono elettricità. Quando sono accese, le fotoresistenze alterano le loro caratteristiche elettriche. La seguente classificazione dei dispositivi può essere costruita sulla base delle suddette classi.

Quando un fotone con energia sufficiente colpisce uno di questi dispositivi fotografici, fa sì che i materiali sensibili alla luce rilascino elettroni liberi. Il cesio è il materiale fotosensibile più utilizzato. La lunghezza d’onda o la frequenza della luce influisce sull’energia del fotone.

Celle fotoconduttive: quando esposto alla luce, questa categoria di gadget fotografici cambia la sua proprietà elettrica di resistenza. Nelle fotocellule a resistenza dipendente dalla luce viene utilizzato il solfuro di cadmio (CdS), una tipica forma di materiale fotoconduttivo. La fotoconduttività di queste celle è causata dalla luce che colpisce un materiale semiconduttore, che regola la quantità di corrente che lo attraversa. Quando la luminosità della luce aumenta per una certa tensione applicata, la corrente aumenta corrispondentemente.

Queste celle fotovoltaiche producono una tensione o fem che è inversamente proporzionale all’energia della luce radiante. Il selenio è utilizzato come materiale fotovoltaico nelle celle solari, un tipo comune di cella fotovoltaica. Quando l’energia luminosa incide su di essi, vengono fabbricati inserendo insieme due materiali semiconduttori e viene prodotta una tensione di circa 0,5 V. Diodi a giunzione fotografica: questi dispositivi fotografici, che sono tipicamente semiconduttori, controllano il flusso di elettroni o lacune attraverso le giunzioni per mezzo della luce. I due componenti principali di questa categoria sono i fotodiodi e i fototransistor. Sono stati creati appositamente per le applicazioni dei rivelatori.

Un sensore di luce fotoconduttivo subirà un cambiamento fisico se esposto all’energia luminosa ed è noto come resistore dipendente dalla luce (LDR). Un tipo popolare di dispositivo fotoconduttivo è il fotoresistore. Un fotoresistore è un dispositivo a semiconduttore che regola il flusso di corrente utilizzando l’energia della luce per influenzare il flusso di elettroni.

Circuito per il rilevamento della luce tramite LDR

La sensibilità dell’interruttore LDR non è molto alta. È possibile apportare alcune regolazioni per aumentare la sensibilità del sensore di luce. Un potenziometro VR1 viene utilizzato al posto del resistore fisso R1.

Il resistore dipendente dalla luce è incorporato in un ponte di Wheatstone e il transistor viene sostituito con un amplificatore operazionale. Il circuito sottostante, che utilizza un resistore dipendente dalla luce, è nuovo e più sensibile.

Fotodiodo

Un fotodiodo a giunzione PN è un tipo di dispositivo di giunzione foto, che è essenzialmente un sensore di luce. Tipicamente sono costituiti da giunzioni PN a semiconduttore e sono sensibili agli infrarossi e alla luce visibile. Gli elettroni e le lacune in un fotodiodo vengono separati quando la luce lo colpisce, il che consente alla giunzione di condurre.

Caratteristiche dei fotodiodi

La caratteristica corrente-tensione di un fotodiodo è paragonabile a quella di un normale diodo quando non è presente alcuna luce. Quando un fotodiodo è polarizzato in avanti, la corrente aumenta in modo esponenziale, proprio come con un normale diodo. Una minuscola corrente di dispersione nota come corrente di saturazione inversa si svilupperà quando è polarizzata inversa, aumentando la regione di svuotamento.

Phototransistor

I transistor possono essere utilizzati per costruire un sensore di luce oltre ai diodi per i dispositivi di giunzione foto. Un fototransistor potrebbe essere pensato metaforicamente come una fusione di un fotodiodo e un transistor di amplificazione.

In sostanza, i fototransistor sono transistor NPN con un terminale di base grande elettricamente isolato o disconnesso. Alcuni fototransistor consentono il collegamento alla base per regolare la sensibilità. Quando i fotoni colpiscono una connessione di base, viene prodotta una corrente di base, che porta un collettore ad emettere corrente che scorre.

Il collettore ha un potenziale più alto dell’emettitore per ottenere una polarizzazione inversa alla giunzione collettore-base. Una piccola quantità di corrente di dispersione tipica scorre quando non c’è illuminazione. Il numero di coppie elettrone-lacuna in questa regione aumenta quando la luce colpisce il terminale di base e l’azione del transistor amplifica la corrente generata.