Microsoft Word 09Kundracik doc

---

 

51 

FOTOREZISTOR 

František Kundracik 

Katedra experimentálnej fyziky FMFI UK 

Na meranie množstva dopadajúceho svetla sa používajú rôzne senzory. Medzi najjednoduchšie 

patrí fotorezistor. Je to rezistor zhotovený z polovodiča, pričom jeho realizácia umožňuje dopa-

danie svetla na veľký povrch súčiastky. 

Po dopade fotónov sa v polovodiči naruší elektrónová štruktúra za vzniku párov elektrón – 

diera,  čím  elektrický  odpor  súčiastky  poklesne.  Citlivosť  a  presnosť  takýchto  senzorov  síce 

nie je výnimočná, ale ich použitie na účely demonštračných pokusov má viacero výhod: 

•  Mierou osvetlenia je veľkosť (presnejšie malosť) elektrického odporu súčiastky, takže pri 

vysvetľovaní elektrických obvodov pomocou fotorezistora vystačíme s Ohmovým zákonom. 

•  Na vyhodnotenie elektrického odporu môžeme použiť bežný multimeter, bez nutnosti doplniť 

experiment elektronickými obvodmi pre prevod signálu na elektrické napätie alebo prúd. 

•  Fotorezistory sú lacné (ceny sa pohybujú v rozpätí 30 – 80 Sk za kus). 

Linearizácia senzora 

Ako  sme  už  spomínali  vyššie,  vodivosť  fotorezistora  vzrastie,  ak  naň  dopadne  svetlo. 

Vyššia  vodivosť  (menší  odpor)  teda  znamená,  že  na  fotorezistor  dopadá  väčšie  množstvo 

svetla.  Závislosť  vodivosti  od  osvetlenia  nie  je  však  lineárna  -  nameranie  dvojnásobnej 

vodivosti neznamená, že na senzor dopadlo dvojnásobné množstvo svetla. Pri experimentoch,  

v  ktorých  potrebujeme  vyhodnotiť  množstvo  dopadajúceho  svetla,  musíme  údaj  detektora 

linearizovať – prepočítať vodivosť fotorezistora na veličinu úmernú množstvu dopadajúceho 

svetla. 

Postup je jednoduchý: na detektor necháme dopadať postupne rôzne množstvo svetla a pre 

každú hodnotu zmeriame vodivosť (odpor) fotorezistora. Z takto nameraných hodnôt nakreslíme 

graf  a  z  neho  môžeme  potom  určiť  množstvo  dopadajúceho  svetla  aj  pre  iné  namerané 

hodnoty vodivosti. 

Opis experimentu 

Ak  sa  uspokojíme  s  relatívnym  meraním  osvetlenia  (nameraná  hodnota  bude  iba  úmerná 

množstvu dopadajúcej energie) z daného zdroja, vystačíme pri linearizácii hodnoty vodivosti 

fotorezistora aj bez merania skutočného množstva dopadajúceho svetla (luxmetra). 

Na linearizáciu urobíme experiment s „bodovým“ zdrojom svetla, u ktorého klesá osvetlenie 

s druhou mocninou vzdialenosti od zdroja. Pri pokuse vystačíme aj s obyčajnou žiarovkou alebo 

---

 

52 

vreckovým lampášom s LED-diódou, pokiaľ bude vzdialenosť fotorezistora od zdroja svetla 

aspoň niekoľkonásobne väčšia, než je rozmer svetelného zdroja. Žiarovku s krátkym vláknom 

alebo LED-diódu možno považovať za bodový zdroj už vo vzdialenosti väčšej než 10 – 20 cm. 

Usporiadanie experimentu je znázornené na nasledujúcom obrázku. 

Bodový zdroj

sve tla

d

Fotorezistor

 

Schéma experimentu „Linearizácia senzora“ 

Vzdialenosť d medzi fotorezistorom a zdrojom svetla meníme, pričom pre každú vzdialenosť 

zmeriame hodnotu R odporu fotorezistora. Hodnoty vzdialenosti volíme hustejšie v blízkosti 

zdroja svetla. 

Intenzita svetla dopadajúceho na fotorezistor je úmerná výrazu 1/d

2

, vodivosť fotorezistora sa 

rovná 1/R. Grafom vhodným na linearizáciu by teda mohla byť závislosť veličiny 1/R od veli-

č

iny 1/d

2

. 

Vyhodnotenie experimentu 

Ako vidíme na nasledujúcom grafe, pri použití logaritmických mierok na oboch osiach je 

priebeh závislosti vodivosti fotorezistora od osvetlenia približne priamkový. 

To nasvedčuje, že závislosť vodivosti 1/R fotorezistora od osvetlenia I v oblasti nami name-

raných hodnôt by mohla byť mocninná: 

1/R = k·I

n

 

pretože 

log (1/R) = log (k) + n·log (I) 

Bodmi preložíme metódou najmenších štvorcov mocninnú závislosť a získame vzťahy 

1/R = 0,92I

0,68 

alebo I ≈ 1/R

1,4

 

Pomocou posledného vzťahu možno prepočítať nameranú hodnotu odporu fotorezistora na 

veličinu úmernú jeho osvetleniu. 

---

 

53 

Vodivosť fotoodporu

0,1

1

10

0,1

1

10

100

1000/(l*l)  [1/(cm*cm)]

1

/R

 [

m

S

]

 

Závislosť vodivosti fotorezistora od osvetlenia – logaritmické mierky na oboch osiach 

Koncentrácia farebných roztokov 

Princíp merania 

Ak  dáme  do  nádobky  farebný  roztok,  prejde  cez  ňu  tým  menej  svetla,  čím  je  roztok 

koncentrovanejší. Ak teda z jednej strany budeme na nádobku svietiť konštantným zdrojom 

svetla a prejdené svetlo budeme merať fotorezistorom, odpor fotorezistoru bude závisieť od 

koncentrácie  roztoku.  Absolútne  hodnoty  koncentrácie  roztoku  určíme  tak,  že  si  najprv 

pripravíme  sériu  roztokov  so  známymi  koncentráciami,  zmeriame  odpor  fotorezistora  a 

nakreslíme  si  kalibračnú  krivku.  Pri  roztoku  s  neznámou  koncentráciou  zmeriame  odpor 

fotorezistora a z kalibračnej krivky určíme koncentráciu roztoku. 

Opis experimentu 

Schéma experimentu je na nasledujúcom obrázku. Svetlo postupuje zo zdroja, prechádza 

cez nádobku s roztokom a dopadá na fotorezistor.  

Svetlo

Fotorezistor

 

Schéma experimentu „Koncentrácia farebných roztokov“ 

---

 

54 

Z nameraných údajov pri známych koncentráciách sme zostrojili graf. Z obrázku vidíme, že 

závislosť je jednoznačná, a preto sa dá využiť na určovanie koncentrácie roztokov. 

Nech  sme  pri  použití  roztoku  atramentu  s  neznámou  koncentráciou  namerali  odpor  foto-

rezistora rovnajúci sa 25 kΩ. S využitím grafu zistíme, že kocentrácia roztoku by mala byť 

približne 6 %. 

Odpor od koncentrácie atramentu

0

10

20

30

40

50

60

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

koncentrácia [%]

O

d

p

o

r 

[k

O

h

m

]

 

Závislosť odporu fotorezistoru od koncentrácie roztoku atramentu 

Obsah tuku v mlieku 

Princíp experimentu 

Pri prechode homogénnym prostredím (napríklad čistou vodou) sa svetlo šíri priamočiaro a 

nerozptyľuje sa. Preto nie je možné  vidieť napríklad dráhu svetla laserového ukazovadla. Ak 

však do vody pridáme nerozpustné kvapôčky, dráha lúča cez kvapalinu sa zviditeľní. Typickou 

kvapalinou silne rozptyľujúcou svetlo je mlieko. Tu je za rozptyl svetla zodpovedný hlavne 

tuk, v menšej miere aj bielkoviny. Bežné mlieko však obsahuje tak veľa rozptyľujúcich častíc, 

že je až nepriehľadné, nie je možné sledovať v ňom dráhu lúča . Preto na naše experimenty 

budeme používať mlieko zriedené na 1 %: do 1 dl vody pridáme 1 ml mlieka. Množstvo svetla 

z  laserového  ukazovadla,  ktoré  sa  v  roztoku  rozptýli,  bude  závisieť  od  koncentrácie  tuku  

v mlieku a budeme ho merať fotorezistorom. 

---

 

55 

Opis experimentu 

Svetlo

z lasera

Fotorezistor

 

Schéma experimentu „Obsah tuku v mlieku“ 

Množstvo rozptýleného svetla je malé, takže celý experiment musíme robiť v tmavom 

priestore – uzavretej škatuľke. 

Vyhodnotenie experimentu 

Odpor od koncentrácie tuku

0,1%

1,0%

10,0%

100,0%

5

7

9

11

13

15

17

19

21

23

25

odpor [kOhm] - priemer

k

o

n

c

e

n

tr

á

c

ia

 t

u

k

u

 [

%

]

 

Závislosť odporu fotorezistoru od obsahu tuku vo vzorke. 

Z grafu je zrejmé, že metódu možno prakticky využiť na meranie obsahu tuku v mlieku. 

Záver 

Ako  vidno,  pomocou  fotoodporu  možno  realizovať  jednoduché  a  pritom  preukazné 

experimenty založené na rozptyle a absorpcii svetla. Experimenty možno ďalej zdokonaľovať a 

vylepšovať, takže by mohli slúžiť aj ako námety na domáce projekty žiakov.