Fotoresistori

I Fotoresistori sono trasduttori sensibili alle radiazioni, essi sono costituiti da materiali semiconduttori leggermente drogati come Solfuro di Cadmio (CdS)1 , Solfuro di Piombo (PbS)2 Selenio (Se)3 e antimoniuro di indio (InSb)4. Il loro principio di funzionamento è basato sull’effetto fotoconduttivo. Quando la superficie sensibile del fotoresistore viene esposta alla luce, l’energia raggiante assorbita provoca la rottura dei legami covalenti e quindi l’aumento delle coppie lacune-elettroni rispetto a quelle generate per effetto termico.

Il principale vantaggio dei fotoresistori è la relazione lineare tra resistenza e intensità luminosa; esse sono, quindi, particolarmente valide come trasduttori di intensità luminosa. Purtroppo, però, hanno un tempo di risposta piuttosto lungo (oltre 100µs) e ciò non permette di rilevare veloci variazioni. Per ottenere valori di resistenza bassi si ricorre a strutture interdigitate, mentre per ottenere valori elevati di resistenza la pasticca viene sagomata a forma di serpentina.

Questo fenomeno è noto come effetto fotoconduttivo,e determina l’aumento della conducibilità del semiconduttore. Le variazioni della resistenza R in funzione dell’illuminamento E(I) è data la seguente legge:

dove A è una costante, E è l’Illuminamento ed α è una costante dimensionale minore di uno che dipende da come è costruito il dispositivo.

Fra i loro impieghi tipici troviamo gli interruttori crepuscolari, gli esposimetri, il controllo dei cancelli elettrici, la regolazione dei display, ecc.

Per la radiazione visibile la quantità di luce che cade su una data superficie è chiamata illuminazione, l'unità di illuminazione è il lux definito come illuminazione prodotta quando un flusso di un lumen cade su un area di un m2 (lux = lumen/m2).

La resistenza del materiale semiconduttore colpito dalla radiazione è inversamente proporzionale all'illuminazione o alla potenza della radiazione incidente. La funzione di un fotoresistore è quella di convertire la radiazione incidente in una grandezza elettrica. I fotoresistori per la radiazione visibile generalmente sono realizzati con materiali precedentemente elencati. L'elemento attivo del rivelatore è di solito fabbricato sintetizzando la polvere dei materiali in una pasticca, su questa, successivamente, vengono depositati gli elettrodi metallici costituiti da materiali a bassa resistenza.

La tavoletta viene poi incapsulata in un involucro di vetro o di plastica trasparente; la forma di quest'ultimo dipende dalla direzione della luce incidente.

La resistenza del fotoresistore alla completa oscurità può essere maggiore di 2MΩ e, quando è colpita da una luce abbastanza intensa, può abbassarsi fino a meno di 10Ω. Una rilevabile diminuzione della resistenza può essere raggiunta soltanto dopo che la sostanza fotoresistore ha assorbito un sufficiente numero di fotoni. Queste cellule sono progettate per una dissipazione di potenza che va da 70mW ad 1W a temperatura ambiente. Il dispositivo viene usato per rivelare la presenza o l'assenza di una sorgente di luce. La variazione del valore di resistenza in condizioni di buio e luce permette la sua applicazione in sistemi dall'allarme o in sistemi di conteggio. Il rivelatore può essere usato per misurare il livello di luce, la sua resistenza corrisponde ad un determinato livello di illuminazione, questa sua caratteristica viene utilizzata nella realizzazione di circuiti di commutazione a luce crepuscolare.

1Cadmio Elemento metallico di colore bianco-argenteo, duttile e malleabile, di simbolo Cd e numero atomico 48; è uno degli elementi di transizione. Il cadmio fu scoperto nel 1817 dal chimico tedesco Friedrich Stromeyer che lo individuò nelle incrostazioni presenti all'interno di una fornace di zinco. Fonde a 321 °C, bolle a 765 °C, ha densità relativa 8,64 e peso atomico 112,40. A temperatura ambiente si conserva inalterato per lungo tempo, ma se riscaldato si incendia facilmente in presenza d'aria, generando una fiamma brillante, e si trasforma rapidamente in ossido, CdO. Usi. Il cadmio, più resistente dello zinco alla corrosione atmosferica, si usa per proteggere le lamiere di ferro (cadmiatura) e per la fabbricazione delle piastre negative degli accumulatori al nichel-cadmio. Entra in molte leghe a basso punto di fusione; l'aggiunta dell'1% di cadmio al rame ne migliora le proprietà meccaniche mantenendone pressoché inalterata la conducibilità elettrica, formando una lega molto usata nella fabbricazione dei cavi elettrici. Dato l'alto potere assorbente nei riguardi dei neutroni, il cadmio viene usato come costituente delle barre di controllo nelle pile atomich

2Piombo Il piombo è l'elemento chimico di simbolo Pb, di numero atomico 82 e di peso atomico 207,19. Pur non essendo di uso antico come il rame, era noto nella preistoria. A Babilonia le pietre dei ponti venivano collegate l'una all'altra da graffe di ferro sigillate con piombo. Nell'antica Roma erano di piombo le condutture d'acqua, che venivano unite tra loro mediante martellatura (i Romani ignoravano la saldatura). Il piombo era in quei tempi confuso con lo stagno, dal quale veniva distinto soltanto per il colore.

Il piombo è un solido grigio-bluastro brillante, se non è esposto al contatto dell'aria che lo rende opaco. Molle al punto che è possibile inciderlo con l'unghia e tagliarlo col coltello, è malleabile a freddo, ma poco tenace. La sua densità è 11,4 ed è pertanto il più pesante dei metalli di normale impiego. Fonde a 327 °C e bolle a circa 1.725 ºC, emettendo, anche molto prima di questa temperatura, vapori tossici. Resiste bene agli agenti chimici. Si scurisce all'aria per la formazione di un carbonato basico, ma l'alterazione è soltanto superficiale. Però, in presenza di biossido di carbonio e aria, si scioglie nell'acqua poiché si ha formazione di un sale leggermente solubile e tossico. Questa dissoluzione non ha luogo se l'acqua contiene solfati ed è ciò che permette di utilizzare senza pericolo il piombo per le condutture di acqua di fonte o di fiume, ma non per quelle di acqua piovana.

3Selenio Il selenio è l'elemento chimico di numero atomico 34. Il suo simbolo è Se. È un non metallo tossico, chimicamente affine allo zolfo ed al tellurio. Esiste in diverse forme allotropiche, di cui una stabile dall'aspetto grigio e simile ad un metallo, in questa forma il selenio possiede una resistenza elettrica inferiore quando è esposto alla luce, pertanto trova impiego nella realizzazione delle fotocellule. In natura si trova in minerali costituiti da solfuri come, ad esempio, la pirite.

4 Indio Elemento notevolmente raro e con proprietà simili all'alluminio, simbolo In. L'indio è l'elemento di numero atomico 49 e di peso atomico 114,82. Fu scoperto nel 1863 da Reich e Richter nelle blende di Freiberg. Deve il nome al suo spettro, che presenta una caratteristica linea di color indaco. È un metallo bianco che ha la lucentezza dell'argento ed è più molle e più malleabile del piombo. La sua densità è 7,31, il suo punto di fusione 156,2° C. Se viene riscaldato brucia generando il triossido di di indio In2O3, analogo all'allumina. L'indio viene preparato per elettrolisi di uno dei suoi sali. Usato come componente di leghe a basso punto di fusione, trova oggi impiego come tale o come fosfuro, arseniuro e antimoniuro nell'industria elettrotecnica (semiconduttori) ed elettronica (particolari di transistor).

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