Cours 06 Photorésistance [PDF]

Zitiervorschau

Faculté de technologie Département Ingénierie des systèmes électriques Dr. KAOUANE Mohamed

Module : Dispositifs Optoélectroniques

Licence – Electronique S6 2019/2020

Cours 06 : Photorésistance I. Photorésistance LDR Les photorésistances, également appelées résistances dépendantes de la lumière (LDR), sont des dispositifs photosensibles le plus souvent utilisés pour indiquer la présence ou l'absence de lumière, ou pour mesurer l'intensité lumineuse. Dans l'obscurité, leur résistance est très élevée, parfois jusqu'à 1 MΩ, mais lorsque le capteur LDR est exposé à la lumière, la résistance chute considérablement, même jusqu'à quelques ohms, selon l'intensité lumineuse. Les LDR ont une sensibilité qui varie avec la longueur d'onde de la lumière appliquée et sont des dispositifs non linéaires. Ils sont utilisés dans de nombreuses applications mais sont parfois rendus obsolètes par d'autres dispositifs tels que les photodiodes et les phototransistors. Certains pays ont interdit les LDR en plomb ou en cadmium pour des raisons de sécurité environnementale.

Photorésistance typique

Définition LDR Les photorésistances sont des résistances photosensibles dont la résistance diminue à mesure que l'intensité de la lumière à laquelle elles sont exposées augmente.

Il existe de nombreux symboles différents utilisés pour indiquer la photorésistance dans un circuit, les deux symboles les plus couramment utilisés sont illustrés dans la figure ci-dessous.

Symboles de la Photorésistance

1/5

II. Fonctionnement des LDR Les photorésistances fonctionnent selon le principe de la photoconductivité. (La photoconductivité est un phénomène optique dans lequel la conductivité du matériau augmente lorsque la lumière est absorbée par le matériau). Lorsque la lumière tombe, c'est-à-dire lorsque les photons tombent sur le dispositif, les électrons dans la bande de valence du matériau semi-conducteur sont excités vers la bande de conduction. Ces photons dans la lumière incidente devraient avoir une énergie supérieure à la bande interdite du matériau semi-conducteur pour faire sauter les électrons de la bande de valence à la bande de conduction. Par conséquent, lorsque la lumière ayant suffisamment d'énergie frappe le dispositif, de plus en plus d'électrons sont excités vers la bande de conduction, ce qui entraîne un grand nombre de porteurs de charge. Le résultat de ce processus est que de plus en plus de courant commence à traverser le dispositif lorsque le circuit est fermé et il est donc dit que la résistance du dispositif a été diminuée. III. Structure des LDR La structure d'une LDR est constituée d'un matériau photosensible qui est déposé sur un substrat isolant tel que la céramique. Le matériau est déposé en zigzag afin d'obtenir la résistance et la puissance souhaitées. Cette zone en zigzag sépare les zones de dépôt de métal en deux régions. Ensuite, les contacts ohmiques sont établis de part et d'autre de la zone. Les résistances de ces contrats doivent être aussi faibles que possible pour s'assurer que la résistance change principalement en raison de l'effet de la lumière uniquement.

Structure d’une LDR

Les matériaux utilisés pour les photorésistances sont des semi-conducteurs et comprennent des matériaux tels que le Sulfure de Cadmium, le Séléniure de Cadmium, l'Antimonure d'Indium et le Sulfure de Cadmium. Chaque matériau donne des propriétés différentes en termes de longueur d'onde de sensibilité, etc. L'utilisation de Plomb et de Cadmium est évitée car ils sont nocifs pour l'environnement.

2/5

IV. Caractéristiques des LDR Lorsqu'une LDR est laissée dans l'obscurité, sa résistance est très élevée. Cette résistance est appelée résistance sombre (Dark Resistance). Et si elle absorbe de la lumière, sa résistance diminuera considérablement. Si une tension constante lui est appliquée et que l'intensité de la lumière augmente, le courant commence à augmenter. La figure ci-dessous montre la courbe résistance/éclairement pour une LDR particulière.

- Les LDR sont des dispositifs non linéaires. Leur sensibilité varie avec la longueur d'onde de la lumière incidente sur elles. Certaines photocellules peuvent ne pas répondre du tout à une certaine plage de longueurs d'onde. En fonction du matériau utilisé, différentes cellules ont différentes courbes de réponse spectrale. - Lorsque la lumière est incidente sur une cellule photoélectrique, il faut généralement environ 8 à 12 ms pour que le changement de résistance se produise, tandis qu'il faut une ou plusieurs secondes pour que la résistance retrouve sa valeur initiale après le retrait de la lumière. Ce phénomène est appelé taux de récupération de la résistance. - De plus, les LDR sont moins sensibles que les photodiodes et les phototransistors. Une photodiode et une photocellule (LDR) ne sont pas identiques, une photodiode est un dispositif semi-conducteur à jonction pn qui convertit la lumière en électricité, tandis qu'une photocellule est un dispositif passif, il n'y a pas de jonction pn ni de « conversion » lumière à l'électricité. Il existe plusieurs spécifications importantes pour les photorésistances comme il est montré au tableau suivant :

3/5

Paramètre Dissipation de puissance maximale Tension de fonctionnement maximale Longueur d'onde crête (Peak Wavelenght) Résistance à l'allumage

Résistance à l'obscurité (Dark Resistance)

Détails C'est la puissance maximale que l'appareil est capable de dissiper dans une plage de température donnée. Le déclassement peut être applicable au-dessus d'une certaine température. En particulier, comme l'appareil est à base de semi-conducteurs, la tension de fonctionnement maximale doit être respectée. Ceci est généralement spécifié à 0 lux, c'est-à-dire l'obscurité. Cette spécification de photorésistance détaille la longueur d'onde de la sensibilité maximale. Des courbes peuvent être fournies pour la réponse globale dans certains cas. La longueur d'onde est spécifiée en nm Des résistances minimum et maximum sont données dans certaines conditions d'éclairage, souvent 10lux. Une condition ‘complètement allumé’ peut également être donnée sous un éclairage extrême, par ex. 100lux. Des valeurs de résistance à l'obscurité seront données pour la photorésistance. Elles peuvent être spécifiées après un temps donné car il faut un certain temps pour que la résistance chute, car les porteurs de charge se recombinent - les photorésistances sont notées pour leurs temps de réponse lents.

Les spécifications d’une photorésistance exemple peuvent être données comme suit : Paramètre Dissipation de puissance maximale Tension de fonctionnement maximale Longueur d'onde crête (Peak Wavelenght) Résistance min à 10lux Résistance max à 10lux Résistance typique à 100lux Dark Resistance after 1sec Dark Resistance after 5sec

Détails (exemples) 200mW 200V 600nm 1.8kΩ 4.5kΩ 0.7kΩ 0.03MΩ 0.25MΩ

V. Types de photorésistance Les photorésistances se répartissent en deux types ou catégories : • Photorésistances intrinsèques : Les photorésistances intrinsèques utilisent des matériaux semi-conducteurs non dopés, notamment du Silicium ou du Germanium. Les photons qui tombent sur la surface de l’LDR excitent les électrons qui se déplacent de la bande de valence à la bande de conduction. En conséquence, ces électrons sont libres de conduire l'électricité. Plus la lumière tombe sur le composant, plus les électrons sont libérés et plus le niveau de conductivité est élevé, ce qui se traduit par un niveau de résistance plus faible.

4/5

• Photorésistances extrinsèques : Les photorésistances extrinsèques sont fabriquées à partir de semi-conducteurs de matériaux dopés avec des impuretés. Ces impuretés ou dopants créent une nouvelle bande d'énergie audessus de la bande de valence existante. En conséquence, les électrons ont besoin de moins d'énergie pour être transférés dans la bande de conduction en raison de la plus petite distance énergétique. Quel que soit le type de photorésistance, les deux types présentent une augmentation de la conductivité ou une diminution de la résistance avec des niveaux croissants de lumière incidente. VI. Applications des photorésistances Les photorésistances ont une structure simple et peu coûteuse et sont souvent utilisées comme capteurs de lumière. Les autres applications des photorésistances comprennent : • Détection de présence/absence de lumière comme dans un photomètre. • Eclairage public automatique. • Circuits d'alarme antivol • Mesure d'intensité lumineuse • Elles sont aussi utilisées dans le cadre d'un système SCADA pour effectuer des fonctions telles que le comptage du nombre de colis sur une bande transporteuse mobile.

5/5