เซลล์การนำพลังแสง (LDR)

เซลล์การนำพลังแสง (Photoconductive Cell) หรือบางครั้งเรียกว่า "ตัวต้านทานพลังแสง" (Photoresistors) ซึ่งจะมีค่า ความต้านทานที่ขึ้นอยู่กับความเข้มของแสง (Light Dependent Resistors)หรือเรียกย่อ ๆ ว่า "แอล ดี อาร์" (LDR) กล่าวคือ สภาพความนำ ทางไฟฟ้า (Conductivity) สามารถเปลี่ยนแปลงได้ เมื่อมีแสงมาตกกระทบตัวต้านทานพลังแสง จะจัดเป็นตัวแปลงแบบเฉื่อยงาน (Passive Transducer) ที่ต้องมีแหล่งจ่ายไฟจากภายนอก มาต่อเข้ากับตัวสำหรับการใช้งาน โครงสร้างของตัวต้านทานพลังแสงจะแสดงดังในรูปที่ 1



รูปที่ 1 แสดงโครงสร้างของตัวต้านทาน

ตัวต้านทานพลังแสง หรือ แอล ดี อาร์ ทำมาจากสารกึ่งตัวนำชนิดแคดเมียมซัลไฟด์(Cadmium Sulfide:CdS) หรือ แคดเมียมซีลีไนด์ (Cadmium Selenide : CdSe) โดยการนำเอาสารกึ่งตัวนำดังกล่าวมาฉาบลงบนเซรามิค (Ceramic) ที่ใช้เป็นฐานรองแล้วทำการบัดกรีตัวถังไม่ ให้มีอากาศเข้าไปได้ซึ่งจะมีขาต่อออกมาใช้งาน 2 ขา และมีช่องสำหรับรับแสงที่ทำด้วยพลาสติกหรือกระจก

ขณะเมื่อมีแสงมาตกกระทบที่วัสดุความต้านทานไวแสงของ แอล ดี อาร์ จะทำให้เกิดอิเล็กตรอนอิสระซึ่งมีผลทำให้กระแสไหล ได้ค่าความต้านทานของ แอล ดี อาร์ จะลดลงและถ้ามีแสงมาตกกระทบตัว แอล ดี อาร์ มากขึ้นจะมีผลทำให้ค่าความต้านทานของ แอล ดี อาร์ ลดลงอย่างมาก

ผลการตอบสนองต่อแสงที่มาตกกระทบบนสารกึ่งตัวนำที่นำมาใช้ทำ แอล ดี อาร์ คือถ้าเป็นแคดเมียมซัลไฟด์ (CdS) จะอยู่ ในช่วงประมาณ 5,000 ถึง 7,000 กว่าอังสตรอม ซึ่งจะใกล้เคียงกับช่วงการตอบสนองต่อแสงของสายตามนุษย์ (Human Eye) ที่อยู่ในช่วง 4,000 ถึง 7,000 กว่าอังสตรอม และถ้าเป็นแคดเมียมซีลีไนด์ (CdSe) จะมีผลการตอบสนองต่อแสงในช่วงประมาณ 6,000 ถึง 8,000 กว่า อังสตรอม โดยค่อนไปทางอินฟราเรด ดังแสดงในรูปที่ 2



รูปที่ 2 แสดงผลการตอบสนองต่อแสงของสารที่ใช้ทำ แอล ดี อาร์

อัตราส่วนระหว่างค่าความต้านทานของ แอล ดี อาร์ ในขณะที่ไม่มีแสง (Dark) กับขณะที่ได้รับแสง (Light) ซึ่งจะมีพิสัย การใช้งานตั้งแต่ 100 : 1 ถึง 10,000 : 1 เท่า แต่โดยทั่วไป

ค่าความต้านทานของ แอล ดี อาร์ ขณะไม่มีแสงจะมีค่าประมาณ 0.5 เมกะโอห์มขึ้นไป และขณะในที่มืดสนิทจะมีค่ามาก กว่า 2 เมกะโอห์ม ขึ้นไปคุณลักษณะของ แอล ดี อาร์ ที่สำคัญอีกประการหนึ่งคือ ปรากฏการณ์การนำเนื่องจากพลังแสง (Photoconductive Effect) ที่เปลี่ยนแปลงอย่างฉับพลัน ซึ่งสามารถพิจาราณาได้จากเส้นแสดงความเปลี่ยนแปลงระหว่างความต้านทานกับ เวลา ดังแสดงในรูปที่ 3



รูปที่ 3 แสดงปรากฏการณ์การนำเนื่องจากพลังแสง (Photoconductive Effect)

จากรูปบนเส้นโค้ง (ก) แสดงให้เห็นว่าเมื่อ แอล ดี อาร์ ได้รับแสงทันทีทันใดโดยค่าความต้านทาน จะค่อย ๆ ลดลงจนเข้า สู่ระดับอ้างอิง แต่แทนที่ค่าความต้านทานของ แอล ดี อาร์ จะหยุดอยู่ที่ระดับอ้างอิง แต่กลับเลยไปอีกเล็กน้อยแล้วจึงค่อย ๆ วกกลับสู่ระดับ อ้างอิง ส่วนบนเส้นโค้งรูป (ข) จะแสดงให้เห็นว่าเมื่อ แอล ดี อาร์ ไม่ได้รับแสงอย่างฉับพลัน ซึ่งจะมีผลของการเปลี่ยนแปลงค่าความต้านทาน เพิ่มขึ้น ที่ตรงกันข้ามกับเส้นโค้ง(ก)จากปรากฏการณ์ที่เกิดขึ้นจะเห็นได้ว่า ความเร็วในการเปลี่ยนแปลงระดับค่าความต้านทานของ แอล ดี อาร์ จะเป็นไปได้ช้ามากโดย แอล ดี อาร์ ที่ทำมาจากสารแคดเมียมซัลไฟด์ (Cds) จะใช้เวลาประมาณ 100 ไมโครวินาที และถ้าเป็นสารแคดเมียม ซีลีไนด์ (CdSe) จะใช้เวลาประมาณ 10 ไมโครวินาที ซึ่งเร็วกว่าสารแคดเมียมซัลไฟด์ (CdS)

ดังนั้นการนำเอา แอล ดี อาร์ ไปใช้งานจึงเหมาะกับงานประเภทความถี่ต่ำ ๆ เช่น การใช้ แอล ดี อาร์ ทำเป็นเครื่องวัดความ เข้มของแสง, วงจรสวิตช์ ปิด-เปิดหลอดไฟที่ควบคุมด้วยแสงหรือการต่อใช้เป็นวงจรตัวแบ่งแรงดัน ดังแสดงในรูปที่ 4



รูปที่ 4 แสดงวงจรตัวแบ่งแรงดันที่ใช้ แอล ดี อาร์