さまざまな機会やイベントで、家電製品や照明を手動で操作したり制御したりする必要がある場合があります。 ただし、人間の過失や望ましくない状況により、家電製品の電力が浪費される可能性があります。 したがって、状況を制御するために、エンジニアは制御に代わるより良い代替手段を提供します。

LDR は光依存抵抗を指し、光の強度に基づいて回路の負荷を制御するのに役立ちます。 LDR は、高抵抗の半導体材料を含むフォトレジスタ デバイスとしても機能します。

この記事では、LDR、その機能、動作原理、種類、および利点と欠点について詳しく説明します。

LDR回路（光依存抵抗器）とは何ですか?

LDR は、光に反応する回路の必須の電気コンポーネントを指します。 光線が当たると抵抗が変化します。 LD抵抗の抵抗値は何度も変化します。 ただし、光のレベルが増加すると、抵抗値はすぐに低下します。

LDR抵抗値は暗闇と明るい場所では変化する場合があります。 暗闇では数モームの値が得られますが、明るい光線では数百オームに減少します。 この抵抗の変化により、LDR がさまざまな種類のアプリケーションやデバイスで使用されるようになります。 さらに、LDR の感度は入射光の波長によっても変化します。

半導体材料は感光性を持っています。 したがって、設計者はこの特徴を理由に LDR に半導体材料を使用します。 硫化カドミウムは、LDR の組成に広く使用されている材料です。 同時に、ヨーロッパの一部の国では、環境への懸念から、セレン化カドミウムとともにこの物質の使用を制限しています。 さらに、アンチモン化インジウムや硫化鉛も使用できます。

抵抗器は PN 接合を含まず、受動素子として機能するため、半導体材料を使用します。 したがって、単純な抵抗器は、フォトダイオードやフォトトランジスタのような LDR のカテゴリーには分類されません。

LDR回路記号

LDR シンボルは基本的に電子 PCB の抵抗のシンボルを表します。 ただし、光線を矢印の形で表す場合もあります。 このように、LDR シンボルはフォトダイオードやフォトトランジスタのシンボルと同じ原理に従い、矢印はコンポーネント上の光の滴を示します。

LDR回路の構築

LDR の製造には、絶縁のためにセラミック上に配置される感光性または半導体材料が含まれます。 デザイナーは素材をジグザグ状に配置します。 これにより、望ましい抵抗と電力定格が得られます。 ジグザグの領域は、2 つの別個の空間に配置された金属の領域とは異なります。

表面の両側にオーム接触が形成されます。 ここで、設計者は、抵抗が光の下でのみ変化することを保証するために、抵抗をできる限り低く保ちます。 さらに、カドミウムや鉛の半導体材料は環境に影響を与えるため、使用を避けています。

光依存抵抗器の動作原理

LDR の動作原理は、光学機能を表す光導電率に従います。 材料のコンダクタンスは、光が当たると増加します。

一方、LDR を超えると、物質の価電子帯に存在する電子が伝導帯に向かう傾向が始まります。 しかし、入射光線には、材料のバンドギャップよりも優れたエネルギーを運ぶ光子が含まれています。 これにより、電子が価電子帯から伝導帯にジャンプできるようになります。

さらに、光に十分なエネルギーが含まれている場合、より多くの電子が伝導帯に励起されます。 一方、電流の流れとプロセス効果が増加し始めると、デバイスの抵抗は自動的に減少します。

光依存抵抗回路

LDR回路はLDR、ダイオード、抵抗、ダーリントンペアで構成されます。 この電圧供給では負荷に接続されます。 バッテリまたはブリッジ整流器は、LDR の回路に直流電圧を供給するために使用されます。 さらに、ブリッジ整流器は降圧変圧器を使用して電圧を 230 ボルトから 12 ボルトに降圧します。 ダイオードは交流電圧を直流に変換するブリッジに接続されています。

また、電圧レギュレータも使用しており、DC-DC、12 ～ 6 ボルトの変更に役立ちます。 この電流は回路全体に流れます。 負荷とブリッジ整流器の両方に 230 ボルトの AC 電源を供給します。 また、光センサータイプの回路では必ず一定にしてください。

このセンサーは、日中は約 100 オームの低い抵抗を示します。 したがって、電力は抵抗と可変抵抗を通って LDR とグランドに流れます。 これは LDR が原因で発生します。 日中、LDR に光が当たると、光センサー回路の他の部分と比較して抵抗が減少します。 ご存知のとおり、電流は常に抵抗の少ない経路を流れます。

したがって、実際には十分な電力供給が得られません。 したがって、日中は照明を消します。 同様に、LDR 抵抗は夜間に約 20 メガオーム増加します。 抵抗が大きいため、流れる電流は減少し、ゼロになります。 ここでは、電流が低抵抗の経路を流れ、ダーリントンペアのベース電圧が最大 1.4 ボルトまで増加します。 ダーリントンのペアはリレーに十分な電力を供給し、夜間にライトが点灯します。

LDR回路の周波数依存性

LDR 感度は、デバイスの応答領域に影響を与えるため、光の波長に依存します。 ただし、この影響は、光の波長が所定の範囲外になると簡単に発見され、顕著になります。 この範囲を超えると、効果は確認できなくなります。 デバイス内のさまざまな種類の材料は、光の波長に対して異なる反応を示します。

さらに、外部抵抗タイプは、IR だけでなく光の波長にもより迅速に応答します。 ただし、作業中は、IR から放出される熱を放散するための予防措置を必ず講じてください。

LDR回路のレイテンシ

LDR は、重要な要素であるレイテンシーと深く関連しています。 レイテンシは、コンポーネントの変更に応答するために必要な時間を表します。 したがって、これらの機能を PCB 設計時に考慮することが重要になります。 レイテンシは、人がメモを簡単に見ることができる時間を示します。 この時間は、LDR がある光レベルから別の光レベルに到達する変化を指します。 したがって、LDR は、光の値が急速に変化するデバイスにはあまり適していません。 光変化の発生がかなりの時間続く場合、十分なレベルをパースします。

抵抗回復率は抵抗の変化率を決定します。 一般に、LDR は完全な暗闇の後、数ミリ秒以内に光に反応します。 その後、制限時間は1秒に延長されます。 ただし、コンポーネントのデータシートには、LDR の仕様が一定時間（秒など）後の暗闇への耐性として記載されています。 最もよく使用される引用符付きの値は 1 秒と 5 秒です。 これらの値は、抵抗器のレイテンシを明確に示しています。

LDR回路の種類

LDR には材料の感光性と直線性によりさまざまなタイプがあります。 LDR ではさまざまな種類の素材が使用されます。 これらには、硫化鉛、セレン化カドミウム、硫化タリウム、硫化カドミウムが含まれます。

硫化カドミウムで構成されるLDRは、人間がそのスペクトル内で見ることができるほぼすべての種類の光放射および光線に反応することが証明されています。 ただし、硫酸鉛を含む LDR は赤外線にのみ反応します。

材料の種類とその感光能力に基づいて、LDR は線形 LDR と非線形 LDR の 2 つのタイプに分類されます。

リニア LDR はフォトダイオードも指します。 その線形動作と性能により、いくつかの用途でフォトレジスタとして機能します。 非線形光依存抵抗器は、デバイスでより一般的に見られます。 ただし、極性によってその機能と動作が決まり、それが結合されるわけではありません。