Auf einen Blick:
Lichtempfindliche Bauelemente
Lichtempfindliche Bauelemente sind heute nicht mehr wegzudenken. Man findet sie im Wohnbau, in der Mess- und Steuerungstechnik sowie in der digitalen Fotografie und Videotechnik.
Wie funktionieren Sie?
Prinzipiell gilt, dass ein lichtempfindliches Bauelement aus zwei Ressourcen besteht (Licht und Halbleiterwerkstoffe). Dazu werden, wie der Name schon sagt, das „Licht“ sowie Halbleiterwerkstoffe benötigt. Dazu jeweils eine kurze Erläuterung.
Licht
Eine Lichtquelle sendet Photonen in elektromagnetischen Wellen aus. Photonen sind Lichtquanten, die eine bestimmte Lichtenergie in sich tragen. Je kürzer die Frequenz ist mit der die Wellen ausgesandt werden, umso mehr Energie tragen die Photonen. Hiervon hängt auch die Farbe des Lichtes ab die wir wahrnehmen. So hat blaues Licht mehr Energie als rotes Licht.
Wellenlänge
Die von der Lichtquelle ausgesandten Wellen aus Photonen bewegen sich mit Lichtgeschwindigkeit. Sie werden periodisch, also immer wieder ausgesandt. Die Zeit einer Periode wird als Wellenlänge bezeichnet und in Nanometer gemessen (1nm = 0,000001cm).
Das Lichtspektrum:
Das menschliche Auge kann nur das Licht in einem bestimmten Lichtspektrum von 380nm bis 780nm wahrnehmen. Darunter befindet sich der Ultraviolette Bereich (UV) mit sehr hoher Energie. Darüber ist der Infrarote Bereich (IF) mit sehr wenig Energie.
Beleuchtungsstärke
Die Beleuchtungsstärke (Lux, lx) ist der Parameter, der für die lichtempfindlichen Bauelemente von Bedeutung ist. Hier einige Beispiele für verschiedene Beleuchtungsstärken:
| Beleuchtungsstärke in lx | Quelle |
| 0,25 | Vollmondnacht |
| 1 | eine Kerze |
| 50 | Beleuchtung in Lokalen |
| 500 | Beleuchtung in Büros |
| 1000 | Beleuchtung von Montageplätzen für Kleinteile |
| 10.000 | Sommertag im Schatten |
| 100.000 | Sommertag in der Sonne |
Parameter des Lichtes:
- Die Wellenlänge, sprich der sichtbare Bereich, wird in nm (Nanometer) angegeben
- Die Lichtmenge, sprich der Lichtstrom, den eine Leuchtquelle abgibt, wird in lm (Lumen) angegeben
- Die Ausbreitung des Lichtstromes in einem bestimmten Raumwinkel wird in cd (Candela) angegeben
- Die Beleuchtungsstärke, sprich die Fläche, die vom Licht bestrahlt wird, wird in lx (Lux) angegeben
Halbleiterwerkstoffe
In technischen Bereichen verwendet man als Halbleitermaterialien hauptsächlich Grundstoffe wie Silicium, Germanium oder chemische Verbindungen, die in einem Gitter wie bei einem Diamanten angeordnet sind. Deswegen sind bei allen Halbleitern die Elektronen fest an die Atomkerne gebunden. Es gibt keine freien Elektronen wie bei metallischen Leitern (gute Leiter). Deswegen kann theoretisch kein Strom durch Halbleiter fließen. Durch minimale Verunreinigung wird jedoch ein kleiner Stromfluss messbar sein. In der Praxis haben Halbleiter eine wesentlich kleinere Leitfähigkeit als metallische Leiter, jedoch eine größere als reine Isolierstoffe, daher auch der Begriff Halbleiter. Bei der Herstellung von Bauteilen werden Halbleiterwerkstoffe gezielt mit bestimmten Materialien verunreinigt. Dieser Vorgang nennt sich Dotieren. Dabei können Halbleiter mit Elektronenüberschuss als n-leitende oder mit Löcherüberschuss als p-leitende Halbleiter hergestellt werden. Ein Beispiel für einen Halbleiterwerkstoff in Verbindung mit seiner Anwendung wäre:
Silicium (Si)-Dioden, Transistoren, Solarzellen
Welche Bauelemente gibt es?
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Der Fotowiderstand (LDR)
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Die Fotodiode
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Der Fototransistor
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Fotoelemente und Solarzelle
Lichtsensoren
in der Praxis
In der Praxis kommen Lichtsensoren in unterschiedlichster Weise zum Einsatz. Ein gutes Beispiel ist hierzu der Dämmerungsschalter.
Der Dämmerungsschalter
Ein Dämmerungsschalter misst über eine Fotozelle, die Beleuchtungsstärke. Er steuert auch in Abhängigkeit vom Tageslicht und von dem vom Benutzer eingestellten Schwellenwert die Beleuchtung. Damit lassen sich Beleuchtungskosten deutlich senken. Die Fotozelle rechts in der Abbildung ist witterungsbeständig und für den Außenbereich einzusetzen. Über die Anschlussleitung wird die Fotozelle mit dem Eingang des Dämmerungsschalters verbunden. Hierfür steht das Schaltzeichen , das am Schalter zu erkennen ist. Über die beiden Drehregler lässt sich die gewünschte Empfindlichkeit zwischen 5 lx und 2000 lx einstellen. Eine automatische Verzögerung schützt bei schlagartigen Lichtveränderungen wie bspw. Blitzen oder Autoscheinwerfern.
Die neuen Dämmerungsschalter benötigen nur noch eine Platzeinheit im Verteilerschrank. Gleichzeitig wurde ihr Einsatzspektrum durch verbesserte Technik erweitert. Somit sind sie ideal sowohl für den gewerblichen als auch für den privaten Bereich.
