光敏電阻及其應(yīng)用

馬愛(ài)霞+　梁妍

摘 要：光敏電阻是一種無(wú)極性的純電阻，其阻值隨入射光的強(qiáng)弱而改變。人們把電阻隨入射光的強(qiáng)弱改變的現(xiàn)象稱為半導(dǎo)體的光電效應(yīng)。該文講述的是可見(jiàn)光光敏電阻的應(yīng)用，首先介紹了光敏電阻的結(jié)構(gòu)、工作原理、光敏電阻的特征等，隨后闡述了光敏電阻的應(yīng)用，重點(diǎn)介紹的是其在照相機(jī)自動(dòng)曝光控制電路中的應(yīng)用、應(yīng)急自動(dòng)照明燈電路中的應(yīng)用及其在火災(zāi)報(bào)警電路中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：光敏電阻 自動(dòng)曝光 火災(zāi)報(bào)警

中圖分類(lèi)號(hào)：TM75 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2017）04（a）-0115-02

光敏電阻是一種沒(méi)有極性的純電阻器件，它在電路應(yīng)用中既可用于直流電路，也可應(yīng)用在交流電路中。

光敏電阻其制作材料是半導(dǎo)體，工作原理就是利用半導(dǎo)體的光電效應(yīng)。它的電阻值會(huì)隨著入射光的強(qiáng)弱而發(fā)生改變，即當(dāng)入射光較強(qiáng)時(shí)，電阻較?。划?dāng)入射光變?nèi)鯐r(shí)，電阻比較大。

由此種原理制成的光敏電阻器可用于光的波長(zhǎng)、單一色光的強(qiáng)弱測(cè)量，光信號(hào)的控制和光電轉(zhuǎn)換（將光的變化轉(zhuǎn)換為電的變化）等。

1 光敏電阻的結(jié)構(gòu)和工作原理

1.1 光敏電阻的結(jié)構(gòu)

光敏電阻的基本結(jié)構(gòu)是下面由陶瓷基板構(gòu)成，兩側(cè)是由兩只金屬電極形成引腳。整個(gè)結(jié)構(gòu)的外圍由一層透明樹(shù)脂防潮膜包裹著，一方面起到透光作用，同時(shí)又能起到防潮和加固的作用。它的兩片金屬電極的呈梳齒狀互相交錯(cuò)，從波紋狀的梳齒間隙里露出來(lái)的物質(zhì)即為半導(dǎo)體光敏層。這一層很薄的半導(dǎo)體光敏層，是通過(guò)涂抹、噴涂或燒結(jié)在陶瓷基板上形成的。

這種制作既可保證較大的受光表面，又可以減小電極之間的距離，同時(shí)也能提高該器件的靈敏度。

1.2 光敏電阻的工作原理

光敏電阻的工作原理是基于半導(dǎo)體材料的光電效應(yīng)。當(dāng)光線透過(guò)樹(shù)脂膜和梳齒間隙照射到半導(dǎo)體光敏層上時(shí)，半導(dǎo)體滿帶（價(jià)帶）中的電子會(huì)吸收到光線照射帶來(lái)的能量，當(dāng)吸收的能量達(dá)到一定值時(shí)，電子就可由半導(dǎo)體的滿帶躍遷到半導(dǎo)體的導(dǎo)帶，這樣就產(chǎn)生了一對(duì)電子一空穴對(duì)，即在滿帶中產(chǎn)生一個(gè)帶正電荷的空穴，在導(dǎo)帶中產(chǎn)生一個(gè)帶負(fù)電荷的自由電子。在外加電場(chǎng)的作用下，自由電子受正電荷的吸引奔向電源的正極，空穴則奔向電源的負(fù)極，這些參與導(dǎo)電的粒子形成電流，從而使電路中的電流增大。

2 光敏電阻的特征

光敏電阻是根據(jù)光電導(dǎo)效應(yīng)制成的光電探測(cè)器件。光敏電阻的特征是阻值會(huì)隨著光照強(qiáng)弱的變化而發(fā)生變化。當(dāng)無(wú)光照時(shí)，光敏電阻阻值（暗電阻）很大，一般是幾兆歐，甚至有的可達(dá)到幾百兆歐，此時(shí)電路中對(duì)應(yīng)產(chǎn)生的電流也很小。當(dāng)光敏電阻受到一定波長(zhǎng)范圍的光照時(shí)，它的阻值（亮電阻）急劇減小，亮電阻一般是幾千歐姆，最小可達(dá)幾百歐姆，若兩者置于同一電路中，則電路中的電流會(huì)急劇增加。

3 光敏電阻的應(yīng)用

如上所述，光敏電阻的靈敏度受到入射光線的強(qiáng)度影響。不僅如此，經(jīng)測(cè)定還發(fā)現(xiàn)光敏電阻靈敏度也會(huì)受到入射光線的波長(zhǎng)的影響。根據(jù)測(cè)定光敏電阻對(duì)不同波長(zhǎng)的光，其所產(chǎn)生的靈敏度特征。把光敏電阻分為3種形式的電阻：一種是硫化鉛、碲化鉛、硒化鉛，銻化銦等半導(dǎo)體光敏材料，對(duì)紅外光較為敏感的光敏電阻。這種光敏電阻主要用于紅外線探測(cè)；二是對(duì)紫外線比較靈敏的紫外光敏電阻，半導(dǎo)體光敏層的材質(zhì)主要有：硫化福 ，硒化福等，主要用于紫外線探測(cè)；三是對(duì)可見(jiàn)光比較靈敏的可見(jiàn)光光敏電阻，半導(dǎo)體光敏層的材質(zhì)主要有：硫化福、硒化福、篩化福、砷化稼、硫化鋅等，主要用于各種光控電路及光控裝置。如光控火災(zāi)報(bào)警器、照相機(jī)自動(dòng)曝光裝置、光控防盜報(bào)警器、光控窗簾、光控塑料溫濕度大棚、自動(dòng)給停水裝置以及光電溫度計(jì)等。

3.1 光敏電阻在照相機(jī)自動(dòng)曝光控制電路中的應(yīng)用

構(gòu)成照相機(jī)自動(dòng)曝光電路的主要元器件有：光敏電阻、電壓比較器、三極管、電容等。當(dāng)按動(dòng)該電路的快門(mén)的按鈕時(shí)，電路中的開(kāi)關(guān)S與光敏電阻所構(gòu)成的測(cè)光和充電電路被接通。接通時(shí)電容C兩端的電壓Uc（接于電壓比較器的負(fù)極）還是0，此時(shí)由于電壓比較器的負(fù)輸入端的電位低于正輸入端而使其輸出為高電平，使晶體管導(dǎo)通，電磁鐵將帶動(dòng)快門(mén)的葉片打開(kāi)快門(mén)，照相機(jī)開(kāi)始曝光。

快門(mén)打開(kāi)的同時(shí)，電源通過(guò)電位器與光敏電阻向電容充電，其充電的速度（即充電時(shí)間的長(zhǎng)短）取決于由光敏電阻的阻值與電容的乘積大小產(chǎn)生的充電時(shí)間常數(shù)，二光敏電阻的大小受景物的照度控制，景物照度愈高時(shí)光敏電阻的阻值愈低，充電速度愈快。反之景物照度較低時(shí)光敏電阻的阻值較大，充電速度較慢。這就是為什么我們晚上照相時(shí)需要較長(zhǎng)的曝光時(shí)間的原因。

3.2 光敏電阻在應(yīng)急自動(dòng)照明燈電路中的應(yīng)用

如圖1所示是光敏電阻在應(yīng)急自動(dòng)照明中的應(yīng)用。其工作原理是：一旦電網(wǎng)停電，光敏電阻RG就會(huì)會(huì)因?yàn)槭ス庹斩柚翟龃?，使TWH8751的②腳產(chǎn)生低電位，觸發(fā)振蕩電路開(kāi)始工作，TWH8751的輸出端輸出一系列脈沖電流，其脈沖電流經(jīng)變壓器T升壓后，啟動(dòng)日光燈管，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)停電后的應(yīng)急照明。

3.3 光敏電阻在火災(zāi)報(bào)警器中的應(yīng)用

該應(yīng)用是利用光敏電阻的阻值受光照后產(chǎn)生變化的光電特性來(lái)檢測(cè)火災(zāi)。工作原理是工作前（正常照度下），適時(shí)調(diào)節(jié)電位器的阻值，使電路中的比較器LM393的反相輸入端電位高于同相端的電位，這時(shí)指示燈較暗。如果發(fā)生火災(zāi)，光敏電阻受到到火焰的照射，阻值相應(yīng)減小，致使同相端電位升高，報(bào)警指示變亮。同時(shí)利用光敏電阻受光照后阻值變化的特性控制555定時(shí)器的振蕩頻率。光照強(qiáng)，阻值變小，輸出頻率低；光照弱，阻值變大，輸出頻率高。555定時(shí)器的輸出信號(hào)經(jīng)音頻功率放大器LM386，從揚(yáng)聲器輸出，振蕩頻率的變化就反映在揚(yáng)聲器的呼叫頻率上。

火災(zāi)自動(dòng)滅火系統(tǒng)使用可編程邏輯器件CPLD控制，報(bào)警系統(tǒng)可由八個(gè)獨(dú)立的報(bào)警器組成，這些報(bào)警器可均布于庫(kù)房?jī)?nèi)部，由CPLD監(jiān)控八個(gè)報(bào)警器狀態(tài)。當(dāng)有火災(zāi)發(fā)生時(shí)，臨近火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)的報(bào)警器工作，發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)；同時(shí)，火災(zāi)信號(hào)由CPLD采集到，控制相應(yīng)部位的滅火系統(tǒng)工作。

4 結(jié)語(yǔ)

該文前一部分講述的是光敏電阻的基本概念，包括光敏電阻的結(jié)構(gòu)、工作原理、光敏電阻的特征等。后一部分闡述的是光敏電阻的應(yīng)用，重點(diǎn)介紹的是光敏電阻的幾個(gè)典型應(yīng)用，在各個(gè)具體應(yīng)用電路中講述了各個(gè)應(yīng)用的基本電路組成和詳細(xì)的原理及應(yīng)用。

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