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Fotowiderstand aus Cadmiumsulfid

Ein Fotowiderstand, auch Photowiderstand oder LDR von englisch Light Dependent Resistor, ist ein lichtempfindliches elektrisches Bauelement.

Je mehr Licht auf den Fotowiderstand fällt, desto kleiner wird sein elektrischer Widerstand. Die Ursache für diese Funktion ist der innere fotoelektrische Effekt in einer Schicht, die aus einem amorphen Halbleiter besteht. Im Vergleich zu anderen Lichtsensoren reagieren Fotowiderstände sehr langsam.

Inhaltsverzeichnis

AufbauBearbeiten

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.

MaterialienBearbeiten

 
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].

FunktionBearbeiten

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

EigenschaftenBearbeiten

 
Elektrisches Schaltsymbol

Wenige, auch nach langer Abdunkelung verbleibende, freie Ladungsträger verursachen einen Dunkelstrom. Dieser 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)

AnwendungenBearbeiten

CdS-Fotowiderstände werden beispielsweise in Belichtungsmessern von Kameras und in Dämmerungsschaltern oder diskret aufgebauten Optokopplern eingesetzt, wenn keine schnellen Reaktionszeiten gefordert sind oder eine gewisse Trägheit zur Unterdrückung von Netzbrummen sogar erwünscht ist. Da sie für einen Helligkeitsbereich lineare ohmsche Widerstände darstellen, werden Optokoppler mit Fotowiderständen in spannungsgesteuerten Filtern (z. B. Phaser) eingesetzt, wo sie eine bessere Linearität im Vergleich zu Alternativen (z. B. Feldeffekttransistoren) haben.

RoHS-KonformitätBearbeiten

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

Siehe auchBearbeiten

WeblinksBearbeiten

  Commons: Fotowiderstände – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

EinzelnachweiseBearbeiten