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光敏电阻

[ 浏览次数:约933次 ] 发布日期:2017-08-03

  光敏电阻(photoresistor or light-dependent resistor,后者缩写为ldr)或光导管(photoconductor),常用的制作材料为硫化镉,另外还有硒、硫化铝、硫化铅和硫化铋等材料。这些制作材料具有在特定波长的光照射下,其阻值迅速减小的特性。这是由于光照产生的载流子都参与导电,在外加电场的作用下作漂移运动,电子奔向电源的正极,空穴奔向电源的负极,从而使光敏电阻器的阻值迅速下降。

光敏电阻.jpg

目录
光敏电阻原理
光敏电阻参数特性
光敏电阻应用
光敏电阻分类
光敏电阻的检测

  光敏电阻是用硫化隔或硒化隔等半导体材料制成的特殊电阻器,其工作原理是基于内光电效应。光照愈强,阻值就愈低,随着光照强度的升高,电阻值迅速降低,亮电阻值可小至1KΩ以下。光敏电阻对光线十分敏感,其在无光照时,呈高阻状态,暗电阻一般可达1.5MΩ。光敏电阻的特殊性能,随着科技的发展将得到极其广泛应用。

  光敏电阻器是利用半导体的光电导效应制成的一种电阻值随入射光的强弱而改变的电阻器,又称为光电导探测器;入射光强,电阻减小,入射光弱,电阻增大。还有另一种入射光弱,电阻减小,入射光强,电阻增大。

  光敏电阻器一般用于光的测量、光的控制和光电转换(将光的变化转换为电的变化)。常用的光敏电阻器硫化镉光敏电阻器,它是由半导体材料制成的。光敏电阻器对光的敏感性(即光谱特性)与人眼对可见光(0.4~0.76)μm的响应很接近,只要人眼可感受的光,都会引起它的阻值变化。设计光控电路时,都用白炽灯泡(小电珠)光线或自然光线作控制光源,使设计大为简化。


  光敏电阻原理


  工作原理

  光敏电阻的工作原理是基于内光电效应。在半导体光敏材料两端装上电极引线,将其封装在带有透明窗的管壳里就构成光敏电阻,为了增加灵敏度,两电极常做成梳状。用于制造光敏电阻的材料主要是金属的硫化物、硒化物和碲化物等半导体。通常采用涂敷、喷涂、烧结等方法在绝缘衬底上制作很薄的光敏电阻体

  光敏电阻原理图 及梳状欧姆电极,接出引线,封装在具有透光镜的密封壳体内,以免受潮影响其灵敏度。入射光消失后,由光子激发产生的电子—空穴对将复合,光敏电阻的阻值也就恢复原值。在光敏电阻两端的金属电极加上电压,其中便有电流通过,受到一定波长的光线照射时,电流就会随光强的增大而变大,从而实现光电转换。光敏电阻没有极性,纯粹是一个电阻器件,使用时既可加直流电压,也加交流电压。半导体的导电能力取决于半导体导带内载流子数目的多少。

  结构原理

  光敏电阻是用硫化隔或硒化隔等半导体材料制成的特殊电阻器,表面还涂有防潮树脂,具有光电导效应。光敏电阻的工作原理是基于内光电效应,即在半导体光敏材料两端装上电极引线,将其封装在带有透明窗的管壳里就构成光敏电阻。为了增加灵敏度,两电极常做成梳状。

  半导体的导电能力取决于半导体导带内载流子数目的多少。当光敏电阻受到光照时,价带中的电子吸收光子能量后跃迁到导带,成为自由电子,同时产生空穴,电子—空穴对的出现使电阻率变小。光照愈强,光生电子—空穴对就越多,阻值就愈低。当光敏电阻两端加上电压后,流过光敏电阻的电流随光照增大而增大。入射光消失,电子—空穴对逐渐复合,电阻也逐渐恢复原值,电流也逐渐减小。

  光敏电阻对光线十分敏感,其在无光照时,呈高阻状态,暗电阻一般可达1.5MΩ。当有光照时,材料中激发出自由电子和空穴,其电阻值减小,随着光照强度的升高,电阻值迅速降低,亮电阻值可小至1KΩ以下。

  光敏电阻器的光照特性在大多数情况下是非线性的,只有在微小的范围内呈线性,光敏电阻器的电阻值有较大的离散性(电阻变化、范围大无规律)。

  光敏电阻器的灵敏度是指光敏电阻器不受到光照是的电阻值(暗阻)和受到光照时电阻值(亮阻)的相对变化值。光敏电阻的暗阻和亮阻间阻值之比约为1500:1,暗阻值越大越好,使用时给其施加直流或交流偏压,MG型光敏电阻器适用于可见光。其主要用于各种自动控制电路、光电计数、光电跟踪、光控电灯、照相机的自动暴光及彩色电视机的亮度自动控制电路等场合。


  光敏电阻参数特性


  根据光敏电阻的光谱特性,可分为三种光敏电阻器:紫外光敏电阻器、红外光敏电阻器、可见光光敏电阻器。

  主要参数

  光敏电阻的主要参数是:

  光敏电阻的实验图 (1)光电流、亮电阻。光敏电阻器在一定的外加电压下,当有光照射时,流过的电流称为光电流,外加电压与光电流之比称为亮电阻,常用“100LX”表示。

  (2)暗电流、暗电阻。光敏电阻在一定的外加电压下,当没有光照射的时候,流过的电流称为暗电流。外加电压与暗电流之比称为暗电阻,常用“0LX”表示(用照度计测量光的强弱,其单位为拉克斯lx)。

  (3)灵敏度。灵敏度是指光敏电阻不受光照射时的电阻值(暗电阻)与受光照射时的电阻值(亮电阻)的相对变化值。

  (4)光谱响应。光谱响应又称光谱灵敏度,是指光敏电阻在不同波长的单色光照射下的灵敏度。若将不同波长下的灵敏度画成曲线,就可以得到光谱响应的曲线。

  (5)光照特性。光照特性指光敏电阻输出的电信号随光照度而变化的特性。从光敏电阻的光照特性曲线可以看出,随着的光照强度的增加,光敏电阻的阻值开始迅速下降。若进一步增大光照强度,则电阻值变化减小,然后逐渐趋向平缓。在大多数情况下,该特性为非线性。

  (6)伏安特性曲线。在一定照度下,加在光敏电阻两端的电压与电 流之间的关系称为伏安特性。在给定偏压下,光照度 较大,光电流也越大。在一定的光照度下,所加的电 压越大,光电流越大,而且无饱和现象。但是电压不 能无限地增大,因为任何光敏电阻都受额定功率、最 高工作电压和额定电流的限制。超过最高工作电压 和最大额定电流,可能导致光敏电阻永久性损坏。

  (7)温度系数。光敏电阻的光电效应受温度影响较大,部分光敏电阻在低温下的光电灵敏较高,而在高温下的灵敏度则较低。

  (8)额定功率。额定功率是指光敏电阻用于某种线路中所允许消耗的功率,当温度升高时,其消耗的功率就降低。

  (9)指光敏电阻器从光照跃变开始到稳定亮电流的。

  频率特性

  当光敏电阻受到脉冲光照射时,光电流要经过 一段时间才能达到稳定值,而在停止光照后,光电流 也不立刻为零,这就是光敏电阻的时延特性。由于不 同材料的光敏,电阻时延特性不同,所以它们的频率 特性也不同。硫化铅的使用频率比硫化镉高得多,但 多数光敏电阻的时延都比较大,所以,其不能用在要 求快速响应的场合。


  光敏电阻应用


  概述

  光敏电阻属半导体光敏器件,除具灵敏度高,反应速度快,光谱特性及r值一致性好等特点外,在高温,多湿的恶劣环境下,还能保持高度的稳定性和可靠性,可广泛应用于照相机,太阳能庭院灯,草坪灯,验钞机,石英钟,音乐杯,礼品盒,迷你小夜灯,光声控开关,路灯自动开关以及各种光控玩具,光控灯饰,灯具等光自动开关控制领域。下面给出几个典型应用电路。

  调光电路

  图(1)是一种典型的光控调光电路,其工作原理是:当周围光线变弱时引起光敏电阻的阻值增加,使加在电容C上的分压上升,进而使可控硅的导通角增大,达到增大照明灯两端电压的目的。反之,若周围的光线

  图(1) 变亮,则RG的阻值下降,导致可控硅的导通角变小,照明灯两端电压也同时下降,使灯光变暗,从而实现对灯光照度的控制。

  上述电路中整流桥给出的是必须是直流脉动电压,不能将其用电容滤波变成平滑直流电压,又可使电容C的充电在每个半周从零开始,准确完成对可控硅的同步移相触发。

  光控开关

  图(2) 以光敏电阻为核心元件的带继电器控制输出的光控开关电路有许多形式,如自锁亮激发、暗激发及精密亮激发、暗激发等等,下面给出几种典型电路。

  图(2)是一种简单的暗激发继电器开关电路。其工作原理是:当照度下降到设置值时由于光敏电阻阻值上升激发VT1导通,VT2的激励电流使继电器工作,常开触点闭合,常闭触点断开,实现对外电路的控制。

  图(3) 图(3)是一种精密的暗激发时滞继电器开关电路。其工作原理是:当照度下降到设置值时由于光敏电阻阻值上升使运放IC的反相端电位升高,其输出激发VT导通,VT的激励电流使继电器工作,常开触点闭合,常闭触点断开,实现对外电路的控制。

  优缺点

  优点

  ①在强光照射下光电转换线性较差;②光电驰豫过程较长,何为光电导的驰豫现象?即光照后,半导体的光电导随光照时间逐渐上升,经一段时间到达定态值。光照停止后,光电导逐渐下降;③频率响应(器件检测变化很快的光信号的能力)很低。

  内部的光电效应和电极无关(光电二极管才有关),即可以使用直流电源

  灵敏度和半导体材料、以及入射光的波长有关

  环氧树脂胶封装 (Coated with epoxy) 可靠性好 (Good reliability) 体积小 (Small volume) 灵敏度高 (High sensitivity) 反应速度快 (Quick response) 光谱特性好 (Good spectrum characteristic)

  缺点

  ①在强光照射下光电转换线性较差;②光电驰豫过程较长,何为光电导的驰豫现象?即光照后,半导体的光电导随光照时间逐渐上升,经一段时间到达定态值。光照停止后,光电导逐渐下降;③频率响应(器件检测变化很快的光信号的能力)很低。[2]

  受温度影响较大,响应速度不快,在ms到s之间,延迟时间受入射光的光照度影响(光电二极管无此缺点,光电二极管灵敏度比光敏电阻高),是耗材。

  光敏电阻规格型号

  通常,光敏电阻器都制成薄片结构,以便吸收更多的光能。当它受到光的照射时,半导体片(光敏层)内

  光敏电阻外形图和电路符号 就激发出电子—空穴对,参与导电,使电路中电流增强。为了获得高的灵敏度,光敏电阻的电极常采用梳状图案,它是在一定的掩膜下向光电导薄膜上蒸镀金或铟等金属形成

  光敏结构图的。一般光敏电阻器结构如右图所示。

  光敏电阻器通常由光敏层、玻璃基片(或树脂防潮膜)和电极等组成。光敏电阻器在电路中用字母“R”或“RL”、“RG”表示

  光敏电阻常用硫化镉(CdS)制成。它分为环氧树脂封装和金属封装两款,同属于导线型(DIP型),环氧树脂封装光敏电阻按陶瓷基板直径分为Ø3mm、Ø4mm、Ø5mm、Ø7mm、Ø11mm、Ø12mm、Ø20mm、Ø25mm 。


  光敏电阻分类


  一、按半导体材料分:本征型光敏电阻、掺杂型光敏电阻。后者性能稳定,特性较好,故大都采用它。

  二、根据光敏电阻的光谱特性,可分为三种光敏电阻器:

  1、紫外光敏电阻器:对紫外线较灵敏,包括硫化镉、硒化镉光敏电阻器等,用于探测紫外线。

  2、红外光敏电阻器:主要有硫化铅、碲化铅、硒化铅。锑化铟等光敏电阻器,广泛用于导弹制导、天文探测、非接触测量、人体病变探测、红外光谱,红外通信等国防、科学研究和工农业生产中。

  3、可见光光敏电阻器:包括硒、硫化镉、硒化镉、碲化镉、砷化镓、硅、锗、硫化锌光敏电阻器等。主要用于各种光电控制系统,如光电自动开关门户,航标灯、路灯和其他照明系统的自动亮灭,自动给水和自动停水装置,机械上的自动保护装置和“位置检测器”,极薄零件的厚度检测器,照相机自动曝光装置,光电计数器,烟雾报警器,光电跟踪系统等方面。


  光敏电阻的检测


  (1)用一黑纸片将光敏电阻的透光窗口遮住,此 时万用表的指针基本保持不变,阻值接近无穷选择 大。此值越大说明光敏电阻性能越好;若此值很小或 接近为零,说明光敏电阻损坏,不能使用。 (2)将一光源对准光敏电阻的透光窗口,此时万 用表的指针应有较大幅度的向右摆动,阻值明显减 小,此值越小说明光敏电阻性能越好。若此值很大甚 至无穷大,说明光敏电阻内部开路损坏,不能使用。 (3)将光敏电阻透光窗口对准入射光线,用小黑 纸片在光敏电阻的遮光窗上部晃动,使其间断受光, 此时,万用表指针应随黑纸片的晃动而左右摆动,如 果万用表指针始终停在某一位置,不随纸片晃动而 摆动,说明光敏电阻损坏。

  光敏电阻选用原则

  硫化铅光敏电阻在较宽的光谱范围内均有较高 的灵敏度,峰值在红外区域;硫化镉、硒化镉的峰值 在可见光区域。因此,在选用光敏电阻时,应把光敏 电阻的材料和光源的种类结合起来考虑,才能获得 满意的效果。


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