光敏電阻及其應(yīng)用

馬愛霞+梁妍

摘 要：光敏電阻是一種無極性的純電阻，其阻值隨入射光的強弱而改變。我們把電阻隨入射光的強弱改變的現(xiàn)象稱為半導(dǎo)體的光電效應(yīng)。該文講述的是可見光光敏電阻在各種實際電路的連接及原理。先是講述了光敏電阻的構(gòu)成、電阻變化原理、電阻的阻值變化特征等。并重點闡述了光敏電阻的應(yīng)用，重點介紹的是其在照相機自動曝光控制電路中的應(yīng)用、應(yīng)急自動照明燈電路中的應(yīng)用及其在火災(zāi)報警電路中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：光敏電阻 自動曝光 火災(zāi)報警

中圖分類號：TN361 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）05（b）-0033-02

光敏電阻本質(zhì)上就是一個純電阻元件，并且沒有極性。它既可接到直流電路中使用，也可接于交流電源電路中使用。

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)。它的電阻值會隨著入射光的強弱而發(fā)生改變；即當(dāng)入射光較強時，電阻較小，當(dāng)入射光變?nèi)鯐r，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、單一色光的強弱測量、光信號的控制和光電轉(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)是下面的陶瓷基板，兩側(cè)使用兩只金屬電極接成引腳。光敏電阻的外部包裹著一層透明樹脂防潮膜，在起到能透射光線作用的同時，還能起到加固的作用，同時起到防潮的目的。它的兩片金屬電極互相交，呈梳齒形狀交錯。半導(dǎo)體光敏層均勻分布在波紋狀的梳齒間隙里。這一層很薄的半導(dǎo)體光敏層，是通過涂抹、噴涂或燒結(jié)在陶瓷基板上形成。

這種制作一方面可保證較大的受光表面，又可以減小電極之間的距離，同時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)光線透過梳齒間隙的樹脂膜，照射到半導(dǎo)體材料的光敏層上時，半導(dǎo)體滿帶（價帶）中的電子吸收到光線照射的能量，當(dāng)價帶的電子吸收太陽光的能量達(dá)到能夠使其躍遷的數(shù)值時，電子就由半導(dǎo)體的滿帶躍遷到半導(dǎo)體的導(dǎo)帶，由此增加了一對電子與空穴對（在滿帶中多出一個帶正電荷的空穴，在導(dǎo)帶中新增一個帶負(fù)電荷的自由電子）。隨著外界光線強度的增加，價帶和導(dǎo)帶之間的自由電荷也會越來越多。這些增加的電荷量在外加電場的作用下，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，由此形成電流，從而促使電路中的電流增大。

2 光敏電阻的特征

光敏電阻又叫光電探測器件，是根據(jù)光電導(dǎo)效應(yīng)制成的。光敏電阻的阻值特征是會隨著外界光線的強弱變化而產(chǎn)生變化。當(dāng)沒有光線時，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，此時光敏電阻所在的對應(yīng)電路中產(chǎn)生的電流值很小。當(dāng)光敏電阻接受到一定波長范圍的光照時，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，則電路中的電流會急劇增加。

3 光敏電阻的應(yīng)用

綜上所述，光敏電阻的靈敏度受到入射光線的強度影響。不僅如此，經(jīng)測定還發(fā)現(xiàn)光敏電阻靈敏度也會受到入射光線波長的影響。根據(jù)不同波長的光照射到光敏電阻上時，其所產(chǎn)生的靈敏度特征不同。我們把光敏電阻分成了三種形式：第一種是硫化鉛、碲化鉛、硒化鉛，銻化銦等半導(dǎo)體光敏材料，它們被稱為紅外光敏電阻，是對紅外光比較敏感的電阻器件，應(yīng)用到實際生活中主要是對紅外線探測；第二種是對紫外線比較靈敏的電阻器，被稱為紫外光敏電阻，這類半導(dǎo)體的材質(zhì)主要是硫化鎘、硒化鎘，應(yīng)用在電路中用于探測紫外線；第三種是可見光光敏電阻，這類半導(dǎo)體材料組成的電阻器對可見光比較靈敏，半導(dǎo)體光敏層的材質(zhì)主要有碲化鎘、砷化稼、硫化鋅等，主要設(shè)計在各種可見光的光控電路及各種需要實現(xiàn)可見光光控的裝置中。如，光控火災(zāi)報警器、照相機自動曝光裝置、光控防盜報警器、光控窗簾、光控塑料溫濕度大棚、自動給停水裝置以及光電溫度計等。

3.1 光敏電阻在照相機自動曝光控制電路中的應(yīng)用

光明敏電阻可以應(yīng)用于照相機的自動曝光控制電路中，構(gòu)成此電路的元器件主要有：光敏電阻、電壓比較器、三極管、電容等。在這個電路中，光敏電阻接到快門開關(guān)和一個電容構(gòu)成的串聯(lián)回路中。該電路工作的原理是：按下照相機快門的按鈕時，該電路中的（快門）開關(guān)S與光敏電阻所構(gòu)成的測光電路被接通。接于電壓比較器負(fù)極的電容C兩端的電壓Uc在電路被接通的瞬間還是0，此時由于電壓比較器負(fù)極的電位低于正極的電位，所以其輸出結(jié)果為高電平，從而使接在其后面的晶體管導(dǎo)通，接在三極管輸出極的電磁鐵將帶動快門的葉片運動，致使照相機快門被打開，開始曝光。

在照相機的快門電路被打開的同時，電源通過光敏電阻向電容開始充電，電容充電的快慢（取決于電容的充電時間），電容的充電時間正比于光敏電阻的阻值與電容的乘積，光敏電阻的阻值大小受景物接受的光線照度控制，景物接受的光線照度愈高時光敏電阻對應(yīng)產(chǎn)生的阻值愈低，電路充電時間越短，即充電速度越快。反之景物照度較低時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需要較長的曝光時間的原因。

3.2 光敏電阻在應(yīng)急自動照明燈電路中的應(yīng)用

光敏電阻也可以應(yīng)用在應(yīng)急自動照明燈的電路中。其工作原理是：一旦電路供電停止，電路中的光敏電阻RG就會因為失去光線的照射而阻值變大，使振蕩電路受到觸發(fā)而開始工作，TWH8751振蕩器輸出一系列脈沖電信號，這些信號經(jīng)升壓后，啟動日光燈管，實現(xiàn)生活中應(yīng)急照明的需求。

3.3 光敏電阻在火災(zāi)報警器中的應(yīng)用

本應(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檢測火災(zāi)?；馂?zāi)報警的原理是在正常照度下，適當(dāng)調(diào)整電位器的阻值，使電路中的比較器LM393的反相接收端電壓高于同相端的電壓，電路指示燈不亮。一旦出現(xiàn)火災(zāi)，光敏電阻受到強火焰的照射，電阻阻值減小，致使反相電壓降低，報警指示燈亮。同時利用光敏電阻受光照后阻值變化的特性改變555定時器的振蕩頻率。光照強，阻值較小，電路頻率低；光照弱，阻值大，產(chǎn)生頻率高。555定時器的震蕩信號經(jīng)音頻功率放大器LM386放大后輸出，振蕩頻率的變化直接對應(yīng)揚聲器呼叫頻率的變化。

火災(zāi)自動滅火系統(tǒng)采用可編程邏輯器件CPLD控制，報警電路可由八個獨立的報警器構(gòu)成，這些報警器可布置在庫房內(nèi)部，由CPLD接收八個報警器狀態(tài)。當(dāng)有火災(zāi)發(fā)生時，靠近火災(zāi)現(xiàn)場的報警器啟動，發(fā)出聲光報警信號；同時，輸出信號被CPLD采集到，啟動對應(yīng)位置的滅火系統(tǒng)開始工作。

4 結(jié)語

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

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