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LDR  - Light Dependent Resistor

 
Ein Fotowiderstand (LDR) ist ein lichtabhängiger Halbleiterwiderstand. Je stärker der Widerstand beleuchtet wird, desto geringer wird sein Widerstand.

 

Damit eignet sich der Fotowiderstand für Messungen oder Schaltungen in denen die Beleuchtungsstärke von Interesse ist. (z.B. Lichtschranken, Dämmerungsschalter, Belichtungsmesser)Der Widerstand des LDR  kann zwischen Beleuchtung und absoluter Dunkelheit fünf  Zehnerpotenzen überstreichen.

Der LDR ist ein Halbleiterbauelement das den inneren Fotoeffekt ausnutzt. Ein häufig genutztes Halbleitermaterial ist Silizium (Si). Der Bandabstand bei Silizium beträgt 1,1 eV, d.h. das bereits Photonen mit einer Frequenz von 240 GHz bzw. einer Wellenlänge von 1200 nm den inneren Fotoeffekt auslösen und den Widerstand des LDR beeinflussen. Damit liegt die Absorptionskante dieses LDR bereits im infraroten Spektralbereich. Durch Dotierungen lassen sich die spektralen Empfindlichkeiten des LDR gezielt beeinflussen.

 

Gängige Halbleitermaterialien für LDR´s  sind Legierungen wie CdS oder CdSe.

 

Aufbau

 

Die Abbildung links zeigt den wesentlichen Aufbau eines LDR. An den Anschlüssen des LDR befinden sich beidseitig kammförmige Kupferflächen.  Die Kupferflächen sind voneinander isoliert, auf einer Keramikunterlage aufgebracht.  Zwischen den Kupferflächen (hier hellblau) befindet sich eine Halbleiterschicht.  Das verwendete Halbleitermaterial ist lichtempfindlich.

Ein häufig genutztes Halbleitermaterial ist Silizium (Si). 

 

Warum die kammförmige Anordnung?

Durch die kammförmige Anordnung wird die Fläche, an der Halbleitermaterial und Kupferschicht aufeinander treffen stark vergrößert.  Dadurch steigt die Empfindlichkeit, mit der der LDR auf Lichtveränderung reagiert. 

Das Prinzip der Oberflächenvergrößerung ist ein Erfolgsmodell aus der Natur. Du kannst es z.B. auch bei den Lungenbläschen, Darmzotten, ... beobachten.

 

   
FUNKTION: Das Funktionsprinzip des LDR beruht auf  dem inneren Fotoeffekt.  Das im LDR verwendete Halbleitermaterial ist bei Raumtemperatur schwach leitend. 
   

Im Kristallgitter - Modell:

Fällt Licht auf den LDR, dann wird ein Elektron aus einer Gitterbindung gelöst.  Es bleibt aber im Halbleitermaterial und steht jetzt für den Ladungstransport zur Verfügung.

 

 

Im Bänder - Modell:

Fällt Licht auf den LDR, dann wird ein Elektron aus dem Valenzband in das Leitungsband gehoben.  Die erforderliche Energie erhält das Elektron hier durch das Licht.  Die Frequenz (bzw. Wellenlänge oder Farbe) des Lichtes bestimmt dabei, ob die Bandlücke überwunden werden kann.  Die Intensität des Lichtes ist dafür verantwortlich, wie viele Elektronen in das Leitungsband gehoben werden.  Es gilt also:

 

 

Je größer die Intensität des Lichtes, desto mehr Elektronen  im Leitungsband.

Je größer die Intensität des Lichtes, desto kleiner der Widerstand.