原创 光敏电阻 原理 应用 参数 电路

2011-5-19 10:50 4584 4 4 分类: MCU/ 嵌入式

b99ec3dc-fe31-43f5-aa8c-48071da7d499.JPG光敏电阻及光敏电阻工作原理


光敏电阻

光敏电阻又称光导管,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。

光敏电阻器是利用半导体的光电效应制成的一种电阻值随入射光的强弱而改变的电阻器;入射光强,电阻减小,入射光弱,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。光敏电阻器的阻值随入射光线(可见光)的强弱变化而变化,在黑暗条件下,它的阻值(暗阻)可达1~10M欧,在强光条件(100LX)下,它阻值(亮阻)仅有几百至数千欧姆。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。

光敏电阻的结构

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)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


光敏电阻器的种类很多,按所用半导体材料不同可分为单晶光敏电阻器和多晶光敏电阻器。根据光敏电阻器的光谱特性,又可分为红外光光敏电阻器、可见光光敏电阻器及紫外光光敏电阻器
可见光光敏电阻器响应光的波长和人眼感受的波长接近。这类电阻器主要有砷化嫁光敏阻器、硫化镐光敏电阻器及硅、锗光敏电阻器等。可见光光敏电阻器适用于光电自动控制、光电自动计数、光电跟踪、照相机、曝光表及可见光检测等许多方面。
红外光光敏电阻器响应峰值波长在红外光范围内,对红外线较敏感,这类电阻器主要有硫化镐、硒化铺、磁化铺等光敏电阻器。红外光光敏电阻器适用于导弹制导、红外探测、气体分析、红外光谱分析、红外通信及自动控制等方面。
紫外光光敏电阻器响应峰值波长在紫外光范围内,对紫外线较敏感。这类电阻器主要有硫化镐及硒化镐等光敏电阻器,其主要用途为探测紫外线


 


光敏电阻工作原理

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。在黑暗环境里,它的电阻值很高,当受到光照时,只要光子能量大于半导体材料的禁带宽度,则价带中的电子吸收一个光子的能量后可跃迁到导带,并在价带中产生一个带正电荷的空穴,这种由光照产生的电子—空穴对了半导体材料中载流子的数目,使其电阻率变小,从而造成光敏电阻阻值下降。光照愈强,阻值愈低。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,受到波长的光线照射时,电流就会随光强的而变大,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。

光敏电阻的应用


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。
光敏电阻调光电路
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
光敏电阻
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,否则电路将无法正常工作。原因在于直流脉动电压既能给可控硅提供过零关断的基本条件,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
光敏电阻式光控开关

光敏电阻
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。

光敏电阻
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。


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