Fotowiderstand

Ein Photowiderstand ist ein Halbleiter-Bauelement mit zwei Anschlüssen aus Cadmiumsulfid (CdS) oder Cadmiumselenid (CdSe), dessen elektrischer Widerstand bei Lichteinfall deutlich sinkt. In der Dunkelheit kann ein typischer CdS-Photowiderstand 10 Megaohm oder mehr messen; in starkem Sonnenlicht kann das gleiche Bauelement auf 100 Ohm oder weniger fallen. Diese umgekehrte Beziehung zwischen Beleuchtung und Widerstand macht das Bauelement nützlich zum Erfassen von Präsenz, zum Messen von Helligkeit und zum Auslösen von Schalthandlungen bei Änderungen der Umgebungshelligkeit.

Die Physik dahinter ist einfach: Photonen treffen das Halbleitermaterial und schleudern Elektronen ins Leitungsband, erzeugen dadurch Ladungsträger und ermöglichen einen einfacheren Stromfluss. Der Effekt ist über einen nutzbaren Bereich grob proportional zur Lichtintensität, die Antwort ist aber nicht vollkommen linear. CdS-Typen sind am empfindlichsten für sichtbares Licht um 500, 600 Nanometer (Gelbgrün), während CdSe-Varianten die Empfindlichkeit leicht zu roten Wellenlängen verschieben. Die Ansprechzeit liegt je nach Materialdicke und Dotierung typischerweise zwischen Zehner- und Hundertermillisekunden.

In Versorgungs- und Industrieanwendungen finden sich Photowiderstände in Straßenbeleuchtungs-Steuerschaltungen, wo sie Außenleuchten tagsüber abschalten und bei Einbruch der Dämmerung aktivieren. Sie kommen in lichtgesteuerten Alarmsystemen, Belichtungsmessern und automatischen Dimmerschaltungen für Industriebeleuchtung vor. Wegen ihrer einfachen Konstruktion, des niedrigen Preises und des zweipoligen Aufbaus lassen sie sich leicht in analoge Schaltungen integrieren, ohne dass aktive Verstärkung erforderlich ist, obwohl moderne Designs sie oft mit Operationsverstärkern koppeln, um Schaltschwellen zu verschärfen oder Ausgangssignale zu linearisieren.

Einschränkungen und Alternativen

Der Hauptnachteil von Photowiderständen ist die langsame Ansprechzeit und spektrale Empfindlichkeit, die nicht perfekt dem menschlichen Sehen entspricht. Sie zeigen auch Hysterese: Die Widerstandskurve unterscheidet sich leicht, je nachdem ob das Licht zu- oder abnimmt. Bei Anwendungen, die schnelles Schalten (schneller als 10 Millisekunden) oder genaue spektrale Anpassung erfordern, sind Fotodioden oder Fototransistoren vorzuziehen. Photowiderstände verschleißen mit der Zeit, besonders unter intensiver UV-Bestrahlung, und ihre absoluten Widerstandswerte driften mit der Temperatur erheblich.

Der Begriff Photowiderstand ist weitgehend austauschbar mit lichtvariablem Widerstand (LDR) und Photozelle, obwohl ältere Texte Photozelle manchmal Vakuum-Photozellen vorbehalten. Datenblätter geben Dunkelwiderstand, Beleuchtungswiderstand bei Standardhelligkeit (oft 10 Lux), Ansprechzeit und Temperaturkoeffizient an. Bei jeder Anwendung, besonders in Versorgungsanlagen wo Zuverlässigkeit und Genauigkeit zählen, ist es wichtig, spektrale Antwort, Alterungsverhalten und Temperaturstabilität gegen die reale Arbeitsumgebung zu prüfen.