光敏電阻器原理及檢測(cè)方法

王彥華，劉希璐

（商丘職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南 商丘 476000）

光敏電阻是用硫化隔或硒化隔等半導(dǎo)體材料制成的特殊電阻器，其工作原理是基于內(nèi)光電效應(yīng)。光照愈強(qiáng)，阻值就愈低，隨著光照強(qiáng)度的升高，電阻值迅速降低，亮電阻值可小至1KΩ 以下。光敏電阻對(duì)光線十分敏感，其在無光照時(shí)，呈高阻狀態(tài)，暗電阻一般可達(dá)1.5 MΩ。光敏電阻的特殊性能，隨著科技的發(fā)展將得到極其廣泛應(yīng)用。

1 結(jié)構(gòu)原理及參數(shù)

1.1 結(jié)構(gòu)原理

光敏電阻是用硫化隔或硒化隔等半導(dǎo)體材料制成的特殊電阻器，表面還涂有防潮樹脂，具有光電導(dǎo)效應(yīng)。光敏電阻的工作原理是基于內(nèi)光電效應(yīng)，即在半導(dǎo)體光敏材料兩端裝上電極引線，將其封裝在帶有透明窗的管殼里就構(gòu)成光敏電阻。為了增加靈敏度，兩電極常做成梳狀。

半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力取決于半導(dǎo)體導(dǎo)帶內(nèi)載流子數(shù)目的多少。當(dāng)光敏電阻受到光照時(shí)，價(jià)帶中的電子吸收光子能量后躍遷到導(dǎo)帶，成為自由電子，同時(shí)產(chǎn)生空穴，電子—空穴對(duì)的出現(xiàn)使電阻率變小。光照愈強(qiáng)，光生電子—空穴對(duì)就越多，阻值就愈低。當(dāng)光敏電阻兩端加上電壓后，流過光敏電阻的電流隨光照增大而增大。入射光消失，電子—空穴對(duì)逐漸復(fù)合，電阻也逐漸恢復(fù)原值，電流也逐漸減小。

光敏電阻對(duì)光線十分敏感，其在無光照時(shí)，呈高阻狀態(tài)，暗電阻一般可達(dá)1.5 MΩ。當(dāng)有光照時(shí)，材料中激發(fā)出自由電子和空穴，其電阻值減小，隨著光照強(qiáng)度的升高，電阻值迅速降低，亮電阻值可小至1KΩ以下。

光敏電阻器的光照特性在大多數(shù)情況下是非線性的，只有在微小的范圍內(nèi)呈線性，光敏電阻器的電阻值有較大的離散性（電阻變化、范圍大無規(guī)律）。

光敏電阻器的靈敏度是指光敏電阻器不受到光照是的電阻值（暗阻）和受到光照時(shí)電阻值（亮阻）的相對(duì)變化值。光敏電阻的暗阻和亮阻間阻值之比約為1 500：1，暗阻值越大越好，使用時(shí)給其施加直流或交流偏壓，MG 型光敏電阻器適用于可見光。其主要用于各種自動(dòng)控制電路、光電計(jì)數(shù)、光電跟蹤、光控電燈、照相機(jī)的自動(dòng)暴光及彩色電視機(jī)的亮度自動(dòng)控制電路等場(chǎng)合。

1.2 光敏電阻的主要參數(shù)

（1）光電流、亮電阻

光敏電阻器在一定的外加電壓下，當(dāng)有光照射時(shí)，流過的電流稱為光電流，外加電壓與光電流之比稱為亮電阻，常用“100LX”表示(用照度計(jì)測(cè)量光的強(qiáng)弱，其單位為拉克斯lx)條件下測(cè)得的電阻制。

（2）暗電流、暗電阻

光敏電阻在一定的外加電壓下，當(dāng)沒有光照射的時(shí)候，流過的電流稱為暗電流。外加電壓與暗電流之比稱為暗電阻，常用“0LX”表示（照度為0lx）的電阻值，由于暗阻隨關(guān)閉光源的時(shí)間增長(zhǎng)而增加，所以規(guī)定在關(guān)閉電源30 s 后測(cè)量暗電阻值。

（3）靈敏度

靈敏度是指光敏電阻不受光照射時(shí)的電阻值（暗電阻）與受光照射時(shí)的電阻值（亮電阻）的相對(duì)變化值。

（4）時(shí)間常數(shù)

指光敏電阻器從光照躍變開始到穩(wěn)定亮電流的63﹪時(shí)所需的時(shí)間，這是光敏電阻器的延時(shí)現(xiàn)象，也稱慣性。

2 光敏電阻的特性

2.1 光敏電阻的光照特性

光敏電阻的光照特性是指在一定外加電壓下，光敏電阻的光電流和光通量之間的關(guān)系。不同類型光敏電阻光照特性不同，但光照特性曲線均呈非線性。因此，其不宜作定量檢測(cè)元件，這是光敏電阻的不足之處。一般在自動(dòng)控制系統(tǒng)中用作光電開關(guān)。

2.2 影響光敏電阻光譜特性的因素

硫化鉛光敏電阻在較寬的光譜范圍內(nèi)均有較高的靈敏度，峰值在紅外區(qū)域；硫化鎘、硒化鎘的峰值在可見光區(qū)域。因此，在選用光敏電阻時(shí)，應(yīng)把光敏電阻的材料和光源的種類結(jié)合起來考慮，才能獲得滿意的效果。

2.3 光敏電阻的伏安特性

在一定照度下，加在光敏電阻兩端的電壓與電流之間的關(guān)系稱為伏安特性。在給定偏壓下,光照度較大，光電流也越大。在一定的光照度下，所加的電壓越大，光電流越大，而且無飽和現(xiàn)象。但是電壓不能無限地增大，因?yàn)槿魏喂饷綦娮瓒际茴~定功率、最高工作電壓和額定電流的限制。超過最高工作電壓和最大額定電流，可能導(dǎo)致光敏電阻永久性損壞。

2.4 光敏電阻的頻率特性

當(dāng)光敏電阻受到脈沖光照射時(shí)，光電流要經(jīng)過一段時(shí)間才能達(dá)到穩(wěn)定值，而在停止光照后，光電流也不立刻為零，這就是光敏電阻的時(shí)延特性。由于不同材料的光敏，電阻時(shí)延特性不同，所以它們的頻率特性也不同。硫化鉛的使用頻率比硫化鎘高得多，但多數(shù)光敏電阻的時(shí)延都比較大，所以，其不能用在要求快速響應(yīng)的場(chǎng)合。如圖1 所示是光控報(bào)警電路，可監(jiān)視學(xué)習(xí)環(huán)境的亮度。當(dāng)光線較亮?xí)r，光敏電阻值很小，調(diào)整微調(diào)電位器RP 使三極管VT1 基極電壓較低，則三極管VT1 和VT2 不能導(dǎo)通，蜂鳴器不鳴叫。若環(huán)境光線變暗，光敏電阻器的電阻值變大，三極管VT1 基極電壓升高，三極管VT1 和VT2 都導(dǎo)通，蜂鳴器發(fā)出鳴叫，提醒人們打開電燈。調(diào)整微調(diào)電位器RP可以改變蜂鳴器開始鳴叫的照度，微調(diào)電位器RP 的阻值越小，蜂鳴器開始發(fā)聲時(shí)的照度要求就越高。

圖1 光控報(bào)警電路

3 光敏電阻的選擇

根據(jù)電路的具體要求，選擇暗阻、亮阻合適的光敏電阻，一般選擇暗電阻大的光敏電阻器，并且暗阻和亮阻相差越大越好。當(dāng)將光敏電阻接入電路后受到光照時(shí)和不受到光照時(shí)，電路反應(yīng)的靈敏度要符合電路的要求，選用光敏電阻的額定功率要大于其在電路實(shí)際消耗的功率。

4 光敏電阻的檢測(cè)

（1）用一黑紙片將光敏電阻的透光窗口遮住，此時(shí)萬用表的指針基本保持不變，阻值接近無窮選擇大。此值越大說明光敏電阻性能越好；若此值很小或接近為零，說明光敏電阻損壞，不能使用。

（2）將一光源對(duì)準(zhǔn)光敏電阻的透光窗口，此時(shí)萬用表的指針應(yīng)有較大幅度的向右擺動(dòng)，阻值明顯減小，此值越小說明光敏電阻性能越好。若此值很大甚至無窮大，說明光敏電阻內(nèi)部開路損壞，不能使用。

（3）將光敏電阻透光窗口對(duì)準(zhǔn)入射光線，用小黑紙片在光敏電阻的遮光窗上部晃動(dòng)，使其間斷受光，此時(shí)，萬用表指針應(yīng)隨黑紙片的晃動(dòng)而左右擺動(dòng)，如果萬用表指針始終停在某一位置，不隨紙片晃動(dòng)而擺動(dòng)，說明光敏電阻損壞。

5 結(jié)束語

根據(jù)光敏電阻的特性和使用環(huán)境不同，選用不同種類和不同型號(hào)光敏電阻，以滿足我們不同的工作需要。

[1]高衛(wèi)斌.電子線路[M].北京:電子工業(yè)出版社，2006.

[2]李中發(fā).電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京:中國(guó)水利水電出版社，2006.

[3]康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京:高等教育出版社，1988.

[4]周良權(quán).數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京:高等教育出版社，199.