Light Dependent Resistors (LDR's), ook wel fotoweerstanden genoemd, zijn veelgebruikte lichtsensoren die de weerstand veranderen afhankelijk van de verlichting. Deze goedkope, passieve componenten vormen de ondersteuning van door licht geactiveerde circuits zoals automatische straatverlichting, zonnelampen, alarmen en camerameters. In dit artikel worden hun constructie, symbool, werkingsprincipe, specificaties en toepassingen uitgelegd en wordt benadrukt waarom LDR's actief blijven in de elektronica.
Overzicht lichtafhankelijke weerstand (LDR)
Een lichtafhankelijke weerstand (LDR), ook wel fotoweerstand genoemd, is een passieve elektronische component met twee aansluitingen waarvan de weerstand verandert met de intensiteit van het licht dat erop valt. In tegenstelling tot vaste weerstanden is de weerstand niet constant, maar varieert deze aanzienlijk, afhankelijk van de verlichting. In het donker kan de weerstand van een LDR oplopen tot enkele megaohm, wat de stroomtoevoer beperkt, terwijl bij fel licht de weerstand daalt tot slechts een paar honderd ohm, waardoor de stroom gemakkelijker kan passeren. Deze grote variatie in weerstand maakt LDR's zeer effectief in lichtgevoelige toepassingen. Ze worden vaak gebruikt in circuits voor automatische straatverlichting, inbraakalarmen, volgsystemen op zonne-energie en cameralichtmeters, waarbij de reactie van het circuit rechtstreeks wordt beïnvloed door veranderingen in het omgevingslicht.
Symbool van lichtafhankelijke weerstand (LDR)
In schakelschema's wordt de LDR weergegeven als een weerstand met twee diagonale pijlen die ernaar wijzen.
• Het weerstandssymbool geeft de tegenstand tegen stroom aan.
• De pijlen staan voor invallend licht.
Deze conventie komt overeen met andere lichtgevoelige apparaten zoals fotodiodes en fototransistors.
Constructie van lichtafhankelijke weerstand (LDR)
Een lichtafhankelijke weerstand wordt gemaakt met behulp van fotogeleidende materialen zoals cadmiumsulfide (CdS) of cadmiumselenide (CdSe). Deze materialen veranderen hun elektrische geleidbaarheid wanneer ze worden blootgesteld aan licht. Om de gevoeligheid te maximaliseren, wordt de fotogeleidende film meestal in een zigzag- of kronkelig spoor op een keramische basis afgezet, waardoor het beschikbare oppervlak om licht op te vangen wordt vergroot.
Belangrijkste onderdelen van een LDR:
• Fotogeleidende laag – de CdS- of CdSe-film die de weerstand vermindert bij verlichting.
• Elektroden – dunne metalen contacten aan beide uiteinden van de baan om verbinding te maken met externe circuits.
• Substraat – een keramische basis die structurele ondersteuning en warmtestabiliteit biedt.
Hoewel CdS nog steeds het meest voorkomende materiaal is, hebben beperkingen onder de RoHS-regelgeving ertoe geleid dat u veiligere alternatieven bent gaan onderzoeken. Nieuwere LDR's gebruiken mogelijk minder giftige halfgeleiders, waardoor ze milieuvriendelijker zijn.
Werkingsprincipe van lichtafhankelijke weerstand (LDR)
De werking van een LDR is gebaseerd op fotogeleiding, waarbij de elektrische geleidbaarheid van een materiaal toeneemt wanneer het licht absorbeert. Wanneer fotonen de fotogeleidende laag raken, prikkelt hun energie elektronen van de valentieband naar de geleidingsband, waardoor mobiele ladingsdragers worden gegenereerd. Naarmate de verlichting toeneemt, worden er meer dragers gecreëerd, waardoor een grotere stroom mogelijk is en de weerstand van het apparaat wordt verlaagd. Omgekeerd, wanneer het lichtniveau daalt, worden er minder dragers gegenereerd en neemt de weerstand sterk toe.
Deze directe relatie tussen lichtintensiteit en weerstand maakt de LDR tot een natuurlijke lichtsensor. De variabele weerstand kan eenvoudig worden vertaald in meetbare spannings- of stroomveranderingen, waardoor eenvoudige circuits automatisch kunnen reageren op de helderheid van de omgeving zonder dat er complexe elektronica nodig is.
Lichtafhankelijke weerstand (LDR) in circuits
Een LDR wordt meestal aangesloten in een spanningsdeler met een vaste weerstand. Deze opstelling zet de weerstandsvariatie van de LDR om in een spanningssignaal dat naar andere componenten kan worden gevoerd. Bij daglicht daalt de weerstand van de LDR, waardoor de uitgangsspanning van de deler afneemt. Het resulterende lage signaal houdt een aangesloten transistor of relais in de UIT-stand, waardoor de lamp of belasting niet kan worden ingeschakeld. 's Nachts neemt de weerstand van de LDR dramatisch toe, waardoor de delingsspanning stijgt. Deze hogere spanning vervormt de transistor in geleiding, waardoor het relais wordt bekrachtigd en de lamp van stroom wordt voorzien.
In wezen vertaalt het circuit de omgevingshelderheid direct in een schakelsignaal. Deze eenvoudige maar effectieve aanpak wordt veel gebruikt in automatische straatverlichting, tuinlampen op zonne-energie en door licht geactiveerde alarmen, waarbij een betrouwbare aan/uit-regeling wordt bereikt zonder handmatige tussenkomst.
Frequentierespons van lichtafhankelijke weerstand (LDR)
De respons van een LDR hangt af van de spectrale gevoeligheid van het materiaal. Elk type reageert sterker op bepaalde golflengten van licht:
• CdS (cadmiumsulfide): piekgevoeligheid in het zichtbare bereik, ongeveer 500-700 nm, overeenkomend met de respons van het menselijk oog. Dit maakt hem geschikt voor algemene lichtdetectie, straatverlichting en camera's.
• PbS (Lead Sulfide): Voornamelijk gevoelig voor infraroodstraling boven 1000 nm, vaak gebruikt in vlamsensoren, hittedetectoren en op afstand bedienbare ontvangers.
De materiaalkeuze definieert dus de toepassing:
• Meting van zichtbaar licht → op CdS gebaseerde LDR's.
• Infrarooddetectie → op PbS gebaseerde LDR's.
Technische specificaties van lichtafhankelijke weerstand (LDR)
LDR's worden gedefinieerd door verschillende elektrische en optische parameters die hun prestaties in circuits bepalen. Typische waarden zijn onder meer:
| Parameter | Typische waarde | Opmerkingen |
|---|---|---|
| Maximale vermogensdissipatie | 200 mW | Daarnaast kan oververhitting het materiaal beschadigen. |
| Maximale bedrijfsspanning (0 lux) | 200 V | Maximale spanning toegestaan in volledige duisternis om storing te voorkomen. |
| Golflengte piekgevoeligheid | \~600 nm | Komt overeen met het geel-oranje gebied van zichtbaar licht, dicht bij de gevoeligheid van het menselijk oog. |
| Weerstand @ 10 lux | 1,8-4,5 kΩ | De weerstand neemt af naarmate de verlichting toeneemt. |
| Weerstand @ 100 lux | \~0,7 kΩ | Geschikt voor detectie van lichtniveaus binnenshuis. |
| Dark Resistance (na 5 seconden) | \~250 kΩ | Weerstandswaarde zodra de sensor in het donker stabiliseert. |
Kenmerken van lichtafhankelijke weerstand (LDR)
Een LDR vertoont een uniek elektrisch gedrag waardoor het zich onderscheidt van vaste weerstanden:
• Weerstand neemt af met de helderheid: Naarmate de verlichting stijgt, neemt de dragergeneratie toe, waardoor de weerstand sterk daalt.
• Hoge donkerweerstand: In volledige duisternis kan de weerstand honderden kiloohms tot enkele megaohms bereiken, waardoor de stroom effectief wordt geblokkeerd.
• Niet-lineaire respons: De relatie tussen lichtintensiteit (lux) en weerstand is niet evenredig. Kleine veranderingen bij weinig licht veroorzaken grote weerstandsverschuivingen, terwijl bij hoge lichtniveaus de respons afvlakt.
• Langzaam herstel: Na het verwijderen van het licht heeft de weerstand tijd nodig om terug te keren naar zijn donkere waarde, wat een merkbare vertraging veroorzaakt.
• Temperatuurafhankelijkheid: De omgevingstemperatuur beïnvloedt de geleidbaarheid, waarbij hogere temperaturen de weerstand verlagen, zelfs bij hetzelfde lichtniveau.
Soorten lichtafhankelijke weerstanden (LDR)
LDR's kunnen worden geclassificeerd op basis van het gebruikte materiaal en hun lineariteit van respons:
Op materiaal
• CdS (cadmiumsulfide) LDR's: Meest gebruikt, met piekgevoeligheid in het zichtbare spectrum. Veelvoorkomend in lichtmeters, automatische straatverlichting en belichtingssystemen voor camera's.
• PbS (Lead Sulfide) LDR's: Gevoelig voor infraroodstraling, waardoor ze geschikt zijn voor vlamdetectie, thermische sensoren en IR-communicatie.
Door lineariteit
• Lineaire LDR's: zorgen voor een vrijwel rechte respons tussen lichtintensiteit en weerstand. Deze komen minder vaak voor en worden voornamelijk gebruikt in optische laboratorium- of precisie-instrumenten.
• Niet-lineaire LDR's: Toon een logaritmische curve waarbij de weerstand sterk daalt bij lage lux, maar afvlakt bij hoge lux. Deze worden veel gebruikt in alledaagse lichtregelingstoepassingen vanwege hun kosteneffectiviteit en beschikbaarheid.
Testen van een lichtafhankelijke weerstand (LDR)
Een snelle manier om een LDR te verifiëren, is door de weerstand onder verschillende lichtomstandigheden te controleren met behulp van een multimeter die is ingesteld op ohm:
• Duisternistest: Bedek de LDR volledig of test deze in een donkere kamer. De weerstand moet oplopen tot honderden kiloohms of zelfs enkele megaohm, afhankelijk van het apparaat.
• Lichttest: Stel de LDR bloot aan een felle lichtbron zoals een zaklamp of zonlicht. De weerstand moet aanzienlijk dalen, vaak tot een paar honderd ohm tot een paar kiloohm.
De grote verschuiving in weerstand tussen donkere en verlichte toestanden bevestigt dat de LDR correct functioneert. Deze eenvoudige test is handig voor het oplossen van problemen met sensoren in circuits zoals automatische lampen of alarmen.
Lichtafhankelijke weerstand (LDR) versus fotodiode
| Functie | LDR (Fotoweerstand) | Fotodiode |
|---|---|---|
| Type apparaat | Passieve resistieve sensor gemaakt van fotogeleidende film | Actieve PN-junctie halfgeleider |
| Reactiesnelheid | Langzaam (ms naar seconden) – niet geschikt voor snelle seinen | Extreem snel (ns tot μs) – ideaal voor gegevensoverdracht |
| Licht bereik | Het beste voor zichtbaar licht (CdS:\~600 nm) | Kan worden ontworpen voor zichtbare, IR- of UV-bereiken |
| Lineariteit | Niet-lineaire weerstand versus lichtcurve | Meer lineaire stroom versus lichtintensiteit |
| Kosten en complexiteit | Zeer lage kosten, eenvoudig te gebruiken | Hogere kosten, vereist voorinspanning en schakelingen |
| Beste gebruik | Detectie van omgevingslicht, automatische lampen, alarmen | Snelle optische communicatie, barcodescanners, glasvezel |
Conclusie
LDR's combineren eenvoud, betaalbaarheid en betrouwbaarheid, waardoor ze een van de meest populaire lichtsensoren in de elektronica zijn. Hoewel ze worden beperkt door een langzamere responstijd in vergelijking met fotodiodes, zorgt hun veelzijdigheid in straatverlichting, alarmen, displays en zonne-apparaten voor blijvende relevantie. Van hobbyschakelingen tot industriële automatisering, fotoweerstanden blijven nuttig voor kosteneffectieve lichtdetectie- en automatische besturingssystemen.
Veelgestelde vragen [FAQ]
Wat is de levensduur van een LDR?
LDR's kunnen meerdere jaren meegaan als ze worden gebruikt binnen hun nominale spannings- en vermogenslimieten. Hun levensduur hangt voornamelijk af van blootstelling aan licht, hitte en vochtigheid met hoge intensiteit, waardoor het fotogeleidende materiaal na verloop van tijd kan worden aangetast.
Kan een LDR in volledige duisternis werken?
Ja, maar in het donker stijgt de weerstand van de LDR tot enkele megaohms, waardoor de stroom effectief wordt geblokkeerd. Hierdoor werkt het als een open circuit totdat er licht aanwezig is.
Hoe nauwkeurig zijn LDR-sensoren in vergelijking met fotodiodes?
LDR's zijn minder nauwkeurig en langzamer dan fotodiodes. Ze zijn ideaal voor algemene lichtdetectie, maar niet geschikt voor nauwkeurige of snelle metingen, waarbij fotodiodes betere prestaties leveren.
Worden LDR's beïnvloed door temperatuurveranderingen?
Ja. Hogere temperaturen verlagen de weerstand van een LDR, zelfs onder hetzelfde lichtniveau, wat kleine onnauwkeurigheden kan veroorzaken in circuits die nauwkeurige lichtdetectie vereisen.
Kan ik een LDR buitenshuis gebruiken?
Ja, LDR's kunnen buitenshuis worden gebruikt in toepassingen zoals straatverlichting en zonnelampen, maar ze moeten worden beschermd met weerbestendige behuizingen om vocht en UV-degradatie van het sensormateriaal te voorkomen.