LDR (Fotowiderstand)

Fotowiderstände (LDR) sind Halbleiterbauelemente, deren Widerstand sich bei Lichteinfall ändert. Als Halbleitermaterial werden u.a. im sichtbaren Lichtbereich Cadmiumsulfid (CdS) und Selen benutzt, das als dünne Schicht mäanderförmig zwischen die kammförmigen Leiterbahnen gelegt wird. Bei Lichteinfall erhöht das Cadmiumsulfid durch verstärkte Loch-Elektronen-Bildung den elektrischen Strom.

Aufbau eines Fotowiderstands

Da es sich bei Fotowiderständen um Widerstände handelt, können sie in beiden Richtungen betrieben werden und steuern über den Lichteinfall den Stromfluss durch Veränderung des Widerstandswertes. Steigt der Lichteinfall, sinkt der Widerstandswert. Der Dynamikbereich des Widerstandswertes kann durchaus zwei bis drei Zehnerpotenzen umfassen, also beispielsweise zwischen einigen Ohm und Mega-Ohm liegen.

Kennlinie eines Fotowiderstandes, LDR

Die Lichtempfindlichkeit entspricht bei den Standard-Fotowiderständen dem Bereich der sichtbaren Wellenlängen, das Maximum liegt bei etwa 600 nm, also im gelborangen Bereich. Es gibt aber auch spezielle Ausführungen die ihre höchste Empfindlichkeit bei Infrarot haben. Darüber hinaus haben diese Bauelemente eine nicht zu vernachlässigende Trägheit.

Fotowiderstände werden beispielsweise in Dämmerungsschaltern eingesetzt.

Bei einem LDR sind zwei Kupferkämme auf einer isolierten Unterlage angebracht. Dazwischen liegt eine dünne Cadmiumsulfidschicht (CdS) in Form eines gewundenen Bandes. Cadmiumsulfid ist ein Halbleitermaterial, bei dem die elektrische Leitfähigkeit von der einfallenden Lichtmenge abhängt. Je mehr Licht auf das CdS fällt, desto größer ist die Paarbildung (Rekombination zwischen Löchern und Elektronen), desto größer ist auch der elektrische Strom.

Minimalenergie und Wellenlängen verschiedener LDR-Materialien

Fotowiderstände können in Abhängigkeit von dem Material einen Dunkelwiderstand von 100 MOhm haben, der bei Beleuchtung auf unter 100 Ohm fallen kann. Die Veränderungsgeschwindigkeit liegt im Bereich von einigen hundert Kilo-Ohm pro Sekunde.

Weitere Halbleitermaterialien für Fotowiderstände sind z. B. CdSe, PbS, PbSe, CdTe, ZnO, Se, InSb, InAs, Germanium(Ge) oder Silizium(Si).