Sbírka fyzikálních pokusů

Regulace proudu pomocí fotorezistoru

Pokus číslo: 4305

• Cíl pokusu

  Experimentem ukážeme regulaci proudu v elektrickém obvodu pomocí fotorezistoru.

• Teorie

  Fotorezistor je polovodičová součástka, jejíž elektrický odpor závisí na intenzitě dopadajícího světla. Principem fungování fotorezistoru je vnitřní fotoelektrický jev. Při tomto jevu dopadají fotony elektromagnetického záření (v tomto pokusu: světla) na materiál polovodiče, a pokud mají dostatečnou energii, mohou ji předávat elektronům v polovodiči. Tyto elektrony pak přecházejí z valenčního pásu do vodivostního pásu, čímž vzroste počet volných nosičů náboje a klesne elektrický odpor polovodiče.

  S rostoucí intenzitou osvětlení (větším množstvím dopadajících fotonů) roste počet elektronů ve vodivostním pásu a odpor fotorezistoru tak klesá. Pokud je tedy fotorezistor zapojen do obvodu se zdrojem stálého napětí, umožňuje jeho proměnný odpor regulovat proud obvodem.

  Mezi typická využití fotorezistorů patří automatické zapínání a vypínání osvětlení (např. pouličních lamp) nebo regulace jasu displejů podle okolního osvětlení.

  

• Pomůcky

  • multimetr
  • fotorezistor (používáme fotorezistor upevněný v držáku)
  • zdroj napětí (např. baterie 4,5 V)
  • lampička
  • spojovací vodiče, krokosvorky

• Postup

  1. Zapojíme obvod podle obr. 2 – ke zdroji (ploché baterii) připojíme sériově fotorezistor a multimetr/ampérmetr.

  2. Na multimetru nastavíme měření stejnosměného proudu, rozsah 200 mA.

  3. Zapneme lampičku a necháme ji svítit na fotorezistor.

  4. Postupně lampičku oddalujeme a přibližujeme, přitom pozorujeme hodnoty proudu.

  

• Vzorový výsledek

  Možné provedení pokusu je vidět na videu. Multimetr měří proud obvodem, který je napájen stálým zdrojem napětí 4,5 V.

  Při vzdalování lampičky klesá osvětlení fotorezistoru, tím se jeho odpor zvětšuje a proud obvodem klesá. Naopak při přibližování lampičky roste osvětlení fotorezistoru, jeho odpor klesá a proud obvodem roste.

• Technická poznámka

  Proudový rozsah do 200 mA při měření zcela postačuje, a to s velkou rezervou. Odpory běžných fotorezistorů se i při velmi intenzivním osvětlení pohybují typicky ve stovkách nebo tisících ohmů, tj. maximální očekávané hodnoty proudu (které můžeme odhadnout dosazením do Ohmova zákona) nepřesáhnou desítky miliampérů.

• Metodické poznámky

  • Povšimněte si, že ve vzorovém videu protékal obvodem měřitelný proud i při vypnuté lampičce. To není překvapivé, protože vzorový experiment probíhal v místnosti osvětlené zářivkami, a odpor fotorezistoru byl tedy už před rozsvícením lampičky řádově menší, než kdybychom experiment prováděli v úplné tmě.

  • Jednodušší variantou experimentu je ukázat pouze změny odporu fotorezistoru v závislosti na intenzitě osvětlení. Pak nepotřebujeme zdroj napětí, multimetr využijeme jako ohmmetr a fotorezistor připojíme přímo k němu. Při větším osvětlení fotorezistoru budeme pozorovat jeho klesající elektrický odpor.