Lichtsensoren enthüllt: Funktionsweise, Typen und praktische Anwendungen

Lichtsensoren wandeln Lichtenergie in elektrische Energie um und finden Anwendung in Smart Devices, Landwirtschaft, Sicherheit u. v. m.

Heute besprechen wir die verschiedenen Typen von Lichtsensoren und ihre Funktionsprinzipien.

Was sind Lichtsensoren?

Lichtsensoren sind passive photoelektrische Bauelemente, die Photonen (Lichtenergie wie Infrarot oder sichtbares Licht) in elektrische Signale (Elektronen) umwandeln.

Das elektrische Ausgangssignal gibt typischerweise die Lichtintensität an, nachdem die Strahlungsenergie in einem spektralen Lichtbereich gemessen wurde.

Wie funktionieren Lichtsensoren?

Das Funktionsprinzip aller Lichtsensortypen ist die Erzeugung von Spannung/Strom als Reaktion auf eingehende Lichtenergie. Sie haben jedoch unterschiedliche Betriebsarten.

Sehen wir uns die spezifischen Funktionsprinzipien im folgenden Abschnitt an.

Typen von Lichtsensoren

Photowiderstände (LDR)

(Photowiderstände)

Lichtabhängige Widerstände (LDRs) sind die Hauptlichtsensoren in Lichtsensorschaltungen.

Bestandteile: Cadmiumsulfid-Zellen – hochohmige photoleitfähige Materialien mit hoher Empfindlichkeit für Nahinfrarot und sichtbares Licht.

Funktionsprinzip

Ein Photowiderstand verhält sich ähnlich wie ein normaler Widerstand. Sein elektrischer Widerstand ändert sich jedoch abhängig von der Lichtmenge, die auf ihn fällt.

Daher:

• Bei geringer Lichtintensität: höherer Widerstand der Cadmiumsulfid-Zellen. Umgekehrt bei hoher Intensität.

Beispiel: Straßenlaternen. Tagsüber hohe Lichtintensität → niedriger Widerstand → kein Licht. Nachts umgekehrt.

Photodioden

(Photodiode)

Photodioden oder Fotosensoren sind unser zweiter Lichtsensortyp.

Im Gegensatz zu Photowiderständen (Widerstandsänderung) wandeln Photodioden Lichtpegel direkt in elektrischen Strom um.

Hergestellt aus Germanium und Silizium. Besitzen Oberflächenbereiche, eingebaute Linsen und optische Filter.

Funktionsprinzip

Trifft ein Lichtstrahl auf eine Photodiode, lösen sich Elektronen. Es entstehen Elektronenlöcher, die elektrischen Stromfluss ermöglichen.

Hinweis: Der Strom ist direkt proportional zur Lichthelligkeit. Helleres Licht → stärkerer Strom.

Anwendungen

Durch schnelle Lichtreaktion geeignet für:

• Medizin: Analyse- und Messgeräte
• Unterhaltungselektronik: Rauchmelder, CD-Player
• Solarenergie: Solarpaneele mit polykristallinen Siliziumzellen für Haushalte und Verkehrsschilder

Phototransistoren

(Spannungs-Phototransistor)

Ein Phototransistor ist im Wesentlichen ein Photodiode mit Verstärker (Stromverstärkung). Der Verstärker ist ein bipolarer NPN-Transistor mit großem, elektrisch nicht angeschlossenem Basisbereich. Manche haben elektrische Anschluss zur Empfindlichkeitsregelung. Das Gehäuse ist meist transparent oder mit klarer Linse, um Licht auf die Basis-Kollektor-Stelle zu fokussieren.

Die zusätzliche Verstärkung ergibt höhere Lichtempfindlichkeit (50–100×) gegenüber Photodioden. Allerdings ist die Empfindlichkeit bei sehr niedrigem Licht schlechter als bei Photodioden.

Funktionsprinzip ähnlich wie Photodiode.

Anwendungen: TV-Fernbedienungen, Lichtschrankensensoren, Optokoppler.

Schaltplan eines Optokopplers

Lichtsensor mit Arduino verwenden

Wir zeigen, wie Sie einen Lichtsensor mit Arduino einsetzen.

(Photo-CMOS-Sensor und LCD-Bildschirm)

Benötigte Komponenten

• Arduino Board
• Grove Base Shield
• Grove-LED Bar
• Grove-Lichtsensor

Hardware-Schritte für die Lichtsensorschaltung

• Grove-Lichtsensor an Grove Base Shield A0-Port anschließen.
• Grove-LED Bar an Grove Base Shield D2-Port anschließen. Alternativ Grove-Lichtsensor direkt an Arduino.

(Arduino Board)

• Grove Base Shield in Arduino stecken.
• Per USB-Kabel Arduino mit PC verbinden.

Fazit

Lichtsensoren sind passive Bauelemente, die durch vielfältige Anwendungen den Lebensstandard verbessert haben. Das war unser Überblick zur Lichterkennung. Bei Fragen kontaktieren Sie uns gerne.