Photorésistance – Fonctionnement, types et applications

Lumière est une forme de rayonnement électromagnétique. Le spectre électromagnétique est divisé en de nombreuses bandes à partir desquelles la lumière fait généralement référence au spectre visible. Mais en physique, les rayons gamma, les rayons X, les micro-ondes et les ondes radio sont également considérés comme de la lumière. Le spectre de la lumière visible a des longueurs d'onde comprises entre 400 et 700 nanomètres, situées entre le spectre des rayons infrarouges et le spectre ultraviolet. La lumière transporte de l'énergie sous forme de photons. Lorsque ces photons entrent en contact avec d'autres particules, l'énergie est transférée en raison de la collision. En utilisant ce principe de lumière, de nombreux produits utiles tels que les photodiodes, les photorésistances, les panneaux solaires, etc… ont été inventés.

Qu'est-ce qu'une photorésistance ?

La lumière a une nature de dualité onde-particule. Ce qui signifie que la lumière a à la fois une nature particulaire et ondulatoire. Lorsque la lumière tombe sur un matériau semi-conducteur, les photons présents dans la lumière sont absorbés par les électrons et ils sont excités vers des bandes d'énergie plus élevées.

Une photorésistance est un type de résistance dépendant de la lumière qui fait varier ses valeurs de résistance en fonction de la lumière incidente. Ces photorésistances ont tendance à diminuer leurs valeurs de résistance avec une augmentation de l'intensité de la lumière incidente.

Les photorésistances présentent une photoconductivité. Ce sont des dispositifs moins photosensibles que les photodiodes et les phototransistors. La photorésistivité d'une photorésistance varie avec le changement de température ambiante.

Principe de fonctionnement

La photorésistance n'a pas de jonction P-N comme les photodiodes. C'est un composant passif. Ceux-ci sont constitués de matériaux semi-conducteurs à haute résistance.

Lorsque la lumière est incidente sur la photorésistance, les photons sont absorbés par le matériau semi-conducteur. L'énergie du photon est absorbée par les électrons. Lorsque ces électrons acquièrent une énergie suffisante pour rompre la liaison, ils sautent dans la bande de conduction. De ce fait, la résistance de la photorésistance diminue. Avec la diminution de la résistance, la conductivité augmente.

Selon le type de matériau semi-conducteur utilisé pour la photorésistance, leur plage de résistance et leur sensibilité diffèrent. En l'absence de lumière, la photorésistance peut avoir des valeurs de résistance en mégaohms. Et lors de la présence de lumière, sa résistance peut décroître jusqu'à quelques centaines d'ohms.

Types de photorésistances

Selon les propriétés du matériau semi-conducteur utilisé pour la conception d'une photorésistance, celles-ci sont classées en deux types :les photorésistances extrinsèques et intrinsèques. Ces semi-conducteurs réagissent différemment dans différentes conditions de longueur d'onde.

Les photorésistances intrinsèques sont conçues à l'aide d'un matériau semi-conducteur intrinsèque. Ces semi-conducteurs intrinsèques ont leurs propres porteurs de charge. Aucun électron libre n'est présent dans leur bande de conduction. Ils contiennent des trous dans la bande de valence.

Ainsi, pour exciter les électrons présents dans un semi-conducteur intrinsèque, de la bande de valence à la bande de conduction, une énergie suffisante doit être fournie pour qu'ils puissent traverser toute la bande interdite. Par conséquent, nous avons besoin de photons d'énergie plus élevée pour déclencher l'appareil. Par conséquent, les photorésistances intrinsèques sont conçues pour une détection de lumière à plus haute fréquence.

D'autre part, les semi-conducteurs extrinsèques sont formés en dopant des semi-conducteurs intrinsèques avec des impuretés. Ces impuretés fournissent des électrons libres ou des trous pour la conduction. Ces conducteurs libres se situent dans la bande d'énergie la plus proche de la bande de conduction. Ainsi, une petite quantité d'énergie peut les inciter à sauter dans la bande de conduction. Les photorésistances extrinsèques sont utilisées pour détecter la lumière de longueur d'onde plus longue et de fréquence inférieure.

Plus l'intensité lumineuse est élevée, plus la chute de résistance de la photorésistance est importante. La sensibilité des photorésistances varie avec la longueur d'onde de la lumière appliquée. Lorsqu'il n'y a pas de longueur d'onde suffisante, assez de déclenchement de l'appareil, l'appareil ne réagit pas à la lumière. Les photorésistances extrinsèques peuvent réagir aux ondes infrarouges. Les photorésistances intrinsèques peuvent détecter des ondes lumineuses à plus haute fréquence.

Symbole de la photorésistance

Les photorésistances sont utilisées pour indiquer la présence ou l'absence de lumière. Il est également écrit en LDR. Ceux-ci sont généralement constitués de Cds, Pbs, Pbse, etc… Ces appareils sont sensibles aux variations de température. Ainsi, même lorsque l'intensité lumineuse est maintenue constante, un changement de résistance peut être observé dans les photorésistances.

Applications de photorésistance

La résistance de la photorésistance est une fonction non linéaire de l'intensité lumineuse. Les photorésistances ne sont pas aussi sensibles à la lumière que les photodiodes ou les phototransistors. Certaines des applications des photorésistances sont les suivantes-

• Ils sont utilisés comme capteurs de lumière.
• Ceux-ci sont utilisés pour mesurer l'intensité de la lumière.
• La lumière nocturne et les photomètres utilisent des photorésistances.
• Leur propriété de latence est utilisée dans les compresseurs audio et la détection extérieure.
• Les photorésistances peuvent également être trouvées dans les réveils, les horloges d'extérieur, les lampadaires solaires, etc…
• L'astronomie infrarouge et la spectroscopie infrarouge utilisent également des photorésistances pour mesurer la région spectrale de l'infrarouge moyen.

Projets basés sur des photorésistances

Les photorésistances ont été un appareil pratique pour de nombreux amateurs. De nombreux nouveaux articles de recherche et projets électroniques basés sur les photorésistances sont disponibles. Les photorésistances ont trouvé de nouvelles applications dans les domaines médical, embarqué et astronomique. Certains des projets conçus à l'aide d'une photorésistance sont les suivants :

• Photomètre basé sur une photorésistance, construit par les étudiants et son application dans l'analyse médico-légale des colorants.
• Intégration d'une mémoire résistive organique biocompatible et d'une photorésistance pour une application de détection d'images portable.
• Moment du photogate avec un smartphone.
• Conception et mise en œuvre d'un circuit de double commande acousto-optique simple.
• Système de détection de l'emplacement des sources lumineuses.
• Le robot mobile activé par le son et contrôlé en direction par une source lumineuse externe.
• Conception d'un système de surveillance open source pour l'analyse thermodynamique des bâtiments et des systèmes.
• Dispositif de protection contre la surchauffe.
• Appareil de détection de rayonnement électromagnétique.
• Tondeuse à gazon solaire automatique à deux axes pour les applications agricoles.
• Mécanisme de détection de la turbidité de l'eau à l'aide de LED pour un système de surveillance in situ.
• Le clavier lumineux induit par la lumière est conçu à l'aide de photorésistances.
• Nouveau verrou électronique utilisant le code morse basé sur l'Internet des objets.
• Système d'éclairage public pour villes intelligentes utilisant des photorésistances.
• Suivi des appareils d'intervention IRM avec des marqueurs désaccordables contrôlés par ordinateur.
• Ceux-ci sont utilisés dans les stores activés par la lumière.
• Les photorésistances sont également utilisées pour le contrôle automatique du contraste et de la luminosité dans les téléviseurs et les smartphones.
• Pour la conception de commutateurs à proximité contrôlée, des photorésistances sont utilisées.

En raison de l'interdiction du cadmium en Europe, l'utilisation des photorésistances Cds et Cdse est restreinte. Les photorésistances peuvent être facilement mises en œuvre et interfacées avec des microcontrôleurs.

Ces appareils sont disponibles sur le marché en tant que capteurs IC. Ils sont disponibles en tant que capteurs de lumière ambiante, capteurs de lumière à numérique, LDR, etc. Certains des produits les plus couramment utilisés sont le capteur de lumière OPT3002, le capteur de lumière passif LDR, etc. Les caractéristiques électriques, les spécifications, etc. de l'OPT3002 peuvent être trouvées dans la fiche technique fournie par Texas Instruments. Peut-on utiliser des photorésistances comme alternative aux photodiodes ? Qu'est-ce qui fait la différence ?