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Lichtsensoren für unterschiedliche Einsatzgebiete

Für sehr viele Einsatzgebiete werden Sensoren benötigt, die unterschiedliche Helligkeitswerte in elektrische Spannungen oder Widerstandswerte umwandeln können. Sowohl einfache Dämmerungsschalter zum helligkeitsabhängigen Schalten oder Regeln der Helligkeit von Beleuchtungseinrichtungen als auch Messungen der momentan herrschenden Helligkeit werden mithilfe von Fotosensoren bzw. Lichtsensoren unterschiedlicher Bauart realisiert. Abhängig vom gewünschten Einsatzgebiet kommen hier verschiedene Arten von Sensoren bzw. Detektoren zum Einsatz.

Als langsam aber gründlich könnte man die Arbeitsweise von sogenannten Fotowiderständen bezeichnen, welche häufig als Lichtsensoren oder auch Sensoren zur Feststellung der Helligkeit zum Einsatz kommen. Eine häufige Bezeichnung dieser Fotowiderstände ist LDR, welche für "Light dependent Resistor", also lichtabhängiger Widerstand steht. Fotowiderstände bestehen aus einer Isolierstoffunterlage, üblicherweise aus Keramik, auf der fotosensitive Halbleitermaterialien aufgebracht wurden. Die Anschlüsse bilden kammartige Metallflächen, die sich direkt gegenüberstehen. Das ganze Bauteil wird mit einem transparenten Material zum Schutz beschichtet oder auch vergossen. Ein solcher Fotowiderstand bzw. LDR besitzt einen relativ hohen Dunkelwiderstand. Hierbei handelt es sich um den Widerstandswert, den das Bauteil bei absoluter Dunkelheit besitzt. Bei zunehmender Helligkeit nimmt der Widerstand in der Regel deutlich ab. Nachteil des Widerstandes ist seine Trägheit, da er etwas Zeit benötigt, um sich an die aktuelle Helligkeit anzupassen. Sein Vorteil ist seine Empfindlichkeit auf sehr geringe Änderungen der Lichtverhältnisse.

Weitere häufig eingesetzte fotoelektronische Bauteile sind Fotodioden und Fototransistoren. So ändert sich beispielsweise bei Fotodioden die in Sperrrichtung fließende Stromstärke abhängig vom Lichteinfall. Je höher die Lichtstärke des einfallenden Lichts ist, desto mehr steigt die Stromstärke in Sperrrichtung an. Zu erwähnen bleibt noch, dass eine Fotodiode stark abhängig von der Wellenlänge des einfallenden Lichts arbeitet. Eine Fotodiode kann auch als Fotoelement eingesetzt werden, da sie beim einfallenden Licht auch elektrische Energie erzeugt. Allerdings bricht die erzeugte Spannung unter Last sehr schnell zusammen. Fotodioden lassen in Anwendungen mit hohen Schaltfrequenzen wesentlich besser einsetzen als Fotowiderstände.

Fototransistoren besitzen gleich eine eingebaute Verstärkerstufe, weshalb sie wesentlich empfindlicher arbeiten als Fotodioden. Im Prinzip funktionieren sie wie herkömmliche Transistoren mit dem Unterschied, dass die Basis nicht elektrisch, sondern durch den Lichteinfall angesteuert wird. Diese Ansteuerung hat einen deutlich höheren Laststrom zur Folge, so wie dies auch bei Transistoren der Fall ist. Gegebenenfalls ist ein Basisanschluss vorhanden, welcher dann zur Einstellung des Arbeitspunktes dienen kann. Im Vergleich zu Fotodioden sind Fototransistoren etwas träger. Erfordert die gewünschte Anwendung eine höhere Arbeitsfrequenz, kann auf Fotodioden mit separaten Transistoren zurückgegriffen werden, um diesen Nachteil zu vermeiden.

Mögliche Anwendungen mit Lichtsensoren

Häufig eingesetzt werden Lichtsensoren in Anwendungen mit Displays oder Bildschirmen, deren Helligkeit abhängig von der Stärke des einfallenden Lichts geregelt wird. Auch können die Lichtsensoren in diesen Anwendungen dazu dienen, die Beleuchtung helligkeitsabhängig ein- oder auszuschalten. Andere Arten von Lichtsensoren dienen dazu, Objekte in ihren Erfassungsbereich festzustellen oder auch zu zählen. Besonders in der Automatisierungstechnik sowie in der Fertigung wird diese Möglichkeit häufig genutzt.