項目5識別與檢測光敏電阻

1、項目五識別與檢測光敏電阻知識目標1.理解光控電路的工作原理。2.認識光敏電阻等敏感電阻器的結(jié)構(gòu)、特性。3.掌握使用指針萬用表檢測光敏電阻等敏感器件。技能目標1.能用面包板搭接光控電路。2.能識別光敏電阻以及會使用萬用表檢測光敏電阻的質(zhì)量。3.能用萬用表檢測光控電路的電壓電流變化情況，理解電路是如何工作的。4.能排除光控電路常故障。項目描述三極管是一種電流控制型器件，配合傳感器件，就可實現(xiàn)自動控制。如圖5.1所示，在照相機自動曝光電路中應用了光敏電阻，光控路燈中也使用了光敏電阻。本項目將搭接和檢測一個光控電路，光控電路原理圖如圖5.2所示。光敏電阻圖5.1 照相機自動曝光應用了光敏電阻 圖5.2

2、 光控電路原理圖圖5.2中，RP、 Rb1為基極上偏置電阻,調(diào)節(jié)RP可改變基極電流大??；Rc為集電極負載電阻。LED為集電極電路導通程度指示燈；VT為三極管，它具有電流放大作用。光敏電阻RG為基極下偏置電阻。工作原理：光控電路中光敏電阻RG的阻值會隨照射光的強弱而發(fā)生變化，從而改變?nèi)龢O管中的基極電流，去控制通過發(fā)光二極管的集電極電流也隨之變化，發(fā)光二極管亮度會隨之變化。在有光照時，RG阻值較小，基極電位較低，調(diào)節(jié)RP可使三極管處于微導通狀態(tài)，LED將發(fā)出微光；當光敏電阻的受光強度減弱，RG阻值增大，三極管基極電位升高，三極管導通程度增大，LED的亮度增大，可見三極管相當于一個受控的可變電阻。任

3、務1識別、檢測光控電路的元器件任務描述圖5.2所示的光控電路用到電池、電阻、發(fā)光二極管和電位器、三極管、光敏電阻，本任務主要識別、檢測光敏電阻。實踐操作器材準備：本項目所需準備器材如表5.1所示 。 表5.1 光控電路所需器材元器件10K 1/4W電阻1只，330 1/4W電阻1只，100 1/4W電阻1只，50K有柄電位器1只 ，紅色5發(fā)光二極管1只， S9013的三極管1只，MJ20516光敏電阻1只，9V疊層電池1節(jié)。其他材料有鱷魚夾的電池扣1套，SYB-120型面包板1塊儀表MF47萬用表1臺，DT9205數(shù)字萬用表1臺認識與檢測光敏電阻第一步：C認識光敏電阻。光敏電阻，一般用RG表示

4、，它的實物外形與內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖、電路符號如圖5.3所示。其種類、結(jié)構(gòu)、參數(shù)和工作原理見知識鏈接。a）光敏電阻外形（b）光敏電阻結(jié)構(gòu)示意圖（c）光敏電阻電路符號圖5.3光敏電阻外形、結(jié)構(gòu)與電路符號第二步：C檢測光敏電阻。如圖5.4所示。指針萬用表在R×100檔，分別接觸光敏電阻兩端，在有光照時用檢測阻值有幾百歐姆（亮電阻）；在無光照時用指針萬用表在R×10K檔檢測，阻值很大（暗電阻）；還可見在檢測中光敏電阻的阻值會隨光照強度減小而增大。光敏電阻質(zhì)量檢測方法見知識鏈接1。（a）測亮電阻 （b） 測暗電阻圖5.4 檢測光敏電阻的阻值任務1操作評價將你識別、檢測光控電路中元器件有關

5、數(shù)據(jù)填入表5.2中。外形示意圖和表檔位每空0.5分，測量結(jié)果每空1分，共25分。（提示：Rbe表示黑筆接b極，紅筆接e極；Reb表示黑筆接e極，紅筆接b極）表5.2 光控電路的元器件識別、檢測表（MF47表）代號元件名稱規(guī) 格/型號外形示意圖（有極性需標示）檢 測質(zhì)量表擋位測 量 結(jié) 果Rb10.25W 10K（顏色）實測阻值：Rb20.25W 100（顏色）實測阻值：Rc0.25W 330（顏色）實測阻值：RP50 K有柄LED5紅色正向阻值： 反向阻值：VCC9V 實測電壓值：VTS9013R×1KRbe= Rbc= Reb= Rcb= R×10KRce= Rec= R

6、×10hFE=RG光敏電阻MJ20516最小亮電阻： 最大暗電阻： 任務2搭接光控電路任務描述將電阻、發(fā)光二極管、電位器、三極管、光敏電阻按圖4.1所示關系搭接在面包板上；接通電源后調(diào)節(jié)RP，使LED1的發(fā)光程度在微小范圍內(nèi)變化時，LED2的發(fā)光程度變化范圍會很大。實踐操作器材準備：表5.1所示器材1.搭接電路第一步：C 設計出合理的布局示意圖，參考圖5.5所示。圖5.5 光控電路連接示意圖第二步：C在面包板上依據(jù)光控電路原理圖搭接電路。如圖5.6所示。注意發(fā)光二極管的正、負極，三極管的基極、集電極、發(fā)射極，電位器只用到了兩個引腳。光敏電阻三極管電位器圖5.6 搭接的光控電路第三步：

7、C檢查無誤后，接通電源，電源正極接LED的正極，電源負極接三極管e極（發(fā)射極）。在光敏電阻有光照時調(diào)節(jié)RP使LED微微發(fā)光，然后用手遮擋光敏電阻，你會看到什么現(xiàn)象呢？2.電路功能調(diào)試光控電路實現(xiàn)的功能是：接通電源，在有光照的情況下，調(diào)節(jié)RP電位器使LED微微發(fā)光，此時用手漸漸靠近光敏電阻，使光敏電阻的受光強度減弱，可見LED逐漸變亮。這就證明了光敏電阻對光的敏感特性，光敏電阻對光的強度檢測（傳感），把光信號轉(zhuǎn)換為電信號，去控制三極管的導通程度，使LED的發(fā)光亮度發(fā)生變化。電路連接后可能不能實現(xiàn)功能，需仔細對照電路圖檢查及分析故障，排除故障。其常見故障及可能原因如表5.3所示。表5.3 光控電路

8、常見故障及可能原因故障現(xiàn)象可能原因LED始終不發(fā)光，不受光控 LED接反；RP接錯造成開路 ； 三極管接錯開路，或基極回路未接通。LED始終發(fā)光,不受光控光敏電阻RG開路未接入電路中； 三極管接錯；RP阻值在最小位置。LED受光控不明顯三極管的c、 e接反。任務2操作評價 你搭接的電路接通電源后有什么現(xiàn)象？為何發(fā)光二極管的發(fā)光亮度會受光敏電阻的影響？ 10分 當光敏電阻在一定光照下，調(diào)節(jié)RP時，發(fā)光二極管的亮度為什么會變化？ 10分 檢查搭接的電路并回答以下兩個問題，電路搭接成功10分，每個問題10分，共30分。任務3檢測光控電路任務描述搭接光控電路，使用萬用表測量電路的電壓、電流，可觀察光敏

9、電阻、三極管如何工作。實踐操作器材準備：任務2搭接成功的光控電路、MF47型萬用表1只。1. 測電路初始狀態(tài)參數(shù)第一步：C在有光照的情況下，調(diào)節(jié)電位器RP使發(fā)光二極管LED微亮。將萬用表轉(zhuǎn)換在2.5V或10V直流電壓檔，黑表筆接電源負極，紅表筆分別去測量三極管的b極電位Vb,光敏電阻兩端電壓URG，測量方法如圖5.7所示，測量數(shù)據(jù)填入表5.4中。三極管基極圖5.7 測量光控電路光照時基極電位（0.43V）第二步：C如圖5.8所示，用電流檔測量三極管基極電流Ib、集電極電流IC，將測量結(jié)果填入表5.4中。圖5.8 測量光控電路集電極回路暗電流(14mA)2.測電路動態(tài)下參數(shù)將兩只萬用表轉(zhuǎn)換在1m

10、A或50uA直流電流擋，串聯(lián)于基極和集電極回路中，然后用手或黑色物體慢慢遮住光敏電阻，而后慢慢移開手或黑色物體時，仔細觀察兩表的讀數(shù)及變化情況。然后相同方法測量三極管的b極電位Vb變化情況，光敏電阻兩端電壓URG變化情況。將所有測量結(jié)果填入表5.4中。3.測光敏電阻完全不受光照時各參數(shù)用手或黑色物體遮住光敏電阻，讓其完全不受光。用萬用表分別去測量三極管的b極電位Vb,光敏電阻兩端電壓URG，基極電流Ib、集電極電流IC，將測量結(jié)果填入下表5.4中。表5.4 光控電路檢測表測試項目三極管VT的基極電位Vb光敏電阻兩端的電壓URG基極電流Ib集電極電流IC發(fā)光二極管發(fā)光情況電路初始狀態(tài)（不遮光）用

11、手或黑色物體慢慢遮住光敏電阻（變化情況）光敏電阻完全不受光照任務3操作評價 通過操作，將你檢測電路的數(shù)據(jù)填入表5.4中，每空1分，共15分。再回答以下2個問題，1小題8分，2小題7分?？偣?0分光敏電阻的受光強度與兩端電壓URG的關系是什么？與基極電位有什么關系？與三極管的導通程度有何關系？光敏電阻受光越暗，為什么發(fā)光二極管的越亮？項目實訓評價 搭接與檢測光控電路操作綜合能力評價如表5.5所示。表5.5 項目成績評價表評 定 內(nèi) 容配分評定標準小組評分教師評分任務125表5.2中，錯1空扣1分。完成時間任務2301.電路搭接不成功扣10分；2.回答問題基本正確扣5-10分。完成時間任務3301

12、.表5.4中，錯1空扣1分。2.回答問題基本正確扣3-7分。完成時間安全文明操作51.工作臺不整潔，扣1-2分；2.違反安全文明操作規(guī)程，扣1-5分。表現(xiàn)、態(tài)度10好，得10分；較好7分；一般4分，差0分總 得 分C 知識鏈接 光敏電阻器1光敏電阻的工作原理與結(jié)構(gòu)光敏電阻又稱光導管, 它幾乎都是用半導體材料制成的光電器件。 光敏電阻沒有極性, 純粹是一個電阻器件, 使用時既可加直流電壓, 也可以加交流電壓。無光照時, 光敏電阻值（暗電阻）很大, 電路中電流（暗電流）很小。當光敏電阻受到一定波長范圍的光照時, 它的阻值（亮電阻）急劇減少, 電路中電流迅速增大。 一般希望暗電阻越大越好, 亮電阻越

13、小越好,此時光敏電阻的靈敏度高。 實際光敏電阻的暗電阻值一般在兆歐級, 亮電阻在幾千歐以下。 光敏電阻通常由光敏層、玻璃基片（或樹枝防潮膜）和電極等組成，圖5.9為光敏電阻的結(jié)構(gòu)圖示意圖。它是涂于玻璃底板上的一薄層半導體物質(zhì), 半導體的兩端裝有金屬電極, 金屬電極與引出線端相連接, 光敏電阻就通過引出線端接入電路。 為了防止周圍介質(zhì)的影響, 在半導體光敏層上覆蓋了一層漆膜, 漆膜的成分應使它在光敏層最敏感的波長范圍內(nèi)透射率最大。光敏電阻器在電路中用字母“R”或“RL”、“RG”表示 結(jié)構(gòu) 尺寸規(guī)格 電路符號 圖5.9光敏電阻結(jié)構(gòu)示意圖、尺寸規(guī)格及電路符號2.種類按封裝形式有金屬殼密封型和不帶外

14、殼的非密封型。按材料分多晶和單晶光敏電阻器，還可分為硫化鎘（CdS）、硒化鎘(CdSe) 、硫化鉛(PbS)、硒化鉛(PbSe)、銻化銦(InSb) 光敏電阻器等。3.光敏電阻的主要參數(shù) （1）亮電阻（k）：指光敏電阻器受到光照射時的電阻值。（2）暗電阻(M)：指光敏電阻器在無光照射（黑暗環(huán)境）時的電阻值。（3）最高工作電壓(V)：指光敏電阻器在額定功率下所允許承受的最高電壓（4）亮電流：指光敏電阻器在規(guī)定的外加電壓下受到光照射時所通過的電流。（5）暗電流(mA)：指在無光照射時，光敏電阻器在規(guī)定的外加電壓下通過的電流。（6）時間常數(shù)（s）：指光敏電阻器從光照躍變開始到穩(wěn)定亮電流的63時所需的

15、時間。（7）電阻溫度系數(shù)：指光敏電阻器在環(huán)境溫度改變1時，其電阻值的相對變化。（8）靈敏度：指光敏電阻器在有光照射和無光照射時電阻值的相對變化。4.特性及應用光敏電阻器是利用半導體光電導效應制成的一種特殊電阻器，對光線十分敏感，它的電阻值能隨著外界光照強弱（明暗）變化而變化。它在無光照射時，呈高阻狀態(tài)；當有光照射時，其電阻值迅速減小。光敏電阻響應快、結(jié)構(gòu)簡單、 使用方便, 而且有較高的可靠性, 因此廣泛應用于各種自動控制電路（如自動照明燈控制電路、自動報警電路等）、家用電器（如電視機中的亮度自動調(diào)節(jié),照相機的自動曝光控制等）、各種測量儀器及單片機控制系統(tǒng)中。5.光敏電阻器的檢測光敏電阻受光照強

16、時其阻值小，受光照弱時其阻值大，它無正負極，一般亮電阻為幾千歐以下，暗電阻可達幾兆歐。亮電阻可用R×100檔檢測，暗電阻用R×10K檢測。（1）將一光源對準光敏電阻的透光窗口，此時萬用表的指針應有較大幅度的擺動，阻值（亮電阻）較小，此值越小說明光敏電阻性能越好。若此值很大甚至無窮大，表明光敏電阻內(nèi)部開路損壞，也不能再繼續(xù)使用。（2）用一黑紙片將光敏電阻的透光窗口遮住，此時阻值很大（暗電阻）。此值越大說明光敏電阻性能越好。若此值很小或接近為零，說明光敏電阻已燒穿損壞，不能再繼續(xù)使用。（3）將光敏電阻透光窗口對準入射光線，用小黑紙片在光敏電阻的遮光窗上部晃動，使其間斷受光，此時

17、萬用表指針應隨黑紙片的晃動而左右擺動。如果萬用表指針始終停在某一位置不隨紙片晃動而擺動，說明光敏電阻的光敏材料已經(jīng)損壞。6. 光敏電阻的應用常用的光敏電阻器為硫化鎘光敏電阻器，它是由半導體材料制成的。在黑暗條件下，它的阻值（暗阻）可達10M；在強光條件下，它阻值（亮阻）僅有幾百至數(shù)千歐姆。光敏電阻器對光的敏感性與人眼對可見光（0.4-0.76）m的響應很接近，只要人眼可感受的光，都會引起它的阻值變化。光敏電阻器廣泛應用于各種自動控制電路、家用電器及各種測量儀器中。如自動報警電路、電視機中的亮度自動調(diào)節(jié)、照相機中的自動曝光控制等。知識拓展 敏感電阻器-傳感器傳感器是一種物理裝置，能夠探測、感受外

18、界的信號、物理條件（如光、熱、濕度）或化學組成（如煙霧），并將探知的信息傳遞給其他裝置。敏感電阻器可作傳感器，敏感電阻器主要是指電特性（例如電阻率）對于溫度、電壓、光通、濕度、氣體濃度、磁通等物理量表現(xiàn)敏感的元件，常見種類有熱敏電阻、壓敏電阻、光敏電阻、濕敏電阻、氣敏電阻器、磁敏電阻等，由于它們幾乎都是用半導體材料做成的，因此這類電阻器也稱做“半導體電阻器”。它們的電路符號如圖5.10所示。 熱敏電阻 濕敏電阻 壓敏電阻 磁敏電阻圖5.10 敏感電阻器的電路符號1.熱敏電阻器熱敏電阻是對熱敏感的半導體電阻，其阻值隨溫度變化的曲線呈非線性。按照溫度系數(shù)不同分為正溫度系數(shù)熱敏電阻器（PTC）和負溫

19、度系數(shù)熱敏電阻器（NTC）。熱敏電阻器的典型特點是對溫度敏感，不同的溫度下表現(xiàn)出不同的電阻值。正溫度系數(shù)熱敏電阻器（PTC）在溫度越高時電阻值越大，負溫度系數(shù)熱敏電阻器（NTC）在溫度越高時電阻值越低，它們同屬于半導體器件。（1）PTC熱敏電阻PTC熱敏電阻是一種典型具有溫度敏感性的半導體電阻,超過一定的溫度(居里溫度)時, 它的電阻值隨著溫度的升高呈階躍性的增高。它是以BaTiO3或SrTiO3或PbTiO3為主要成分的燒結(jié)體，PTC的溫度系數(shù)、居里點溫度隨材料及燒結(jié)條件（尤其是冷卻溫度）不同而變化。如圖5.11為常用的PTC熱敏電阻。PTC熱敏電阻的電阻值隨溫度升高而急劇升高，PTC熱敏電

20、阻除用作加熱元件外，同時還能起到“開關”的作用，兼有敏感元件、加熱器和開關三種功能，稱之為“熱敏開關”。 電流通過元件引起溫度升高，即發(fā)熱體的溫度上升，當超過居里點溫度后，電阻增加，從而限制電流增加，于是電流的下降導致元件溫度降低，電阻值的減小又使電路電流增加，元件溫度升高，周而復始，因此具有使溫度保持在特定范圍的功能，又起到開關作用。 利用這種阻溫特性做成加熱源，作為加熱元件應用的有暖風器、電烙鐵、烘衣柜、空調(diào)等，還可對電器起到過熱保護作用。 彩電消磁PTC控制元件PTC冰箱PTC啟動器PTC100圖5.11 常用的PTC熱敏電阻檢測PTC熱敏電阻時，由于不同的熱敏電阻在常溫下阻值不同，可先

21、將萬用表轉(zhuǎn)換在R×10檔，表筆接觸元件兩引腳，注意手不要接觸到元件及引腳，以免影響檢測結(jié)果；然后可用電烙鐵對PTC電阻加熱，可見阻值急劇增大，此時可轉(zhuǎn)換檔位測量。一般正常的PTC熱敏電阻常溫下阻值較小，高溫時阻值很大。（2）NTC熱敏電阻NTC是指隨溫度上升電阻呈指數(shù)關系減小、具有負溫度系數(shù)的熱敏電阻現(xiàn)象和材料。該材料是利用錳、銅、硅、鈷、鐵、鎳、鋅等兩種或兩種以上的金屬氧化物進行充分混合、成型、燒結(jié)等工藝而成的半導體陶瓷。如圖5.12為常用的NTC熱敏電阻。圖5.12 常見的NTC熱敏電阻NTC熱敏電阻具有負的溫度系數(shù)，即溫度增大時其阻值減小，溫度下降時阻值增大。主要用于溫度補償、

22、溫度測量和在各類電源中吸收浪涌電流作為線路保護元件。檢測NTC熱敏電阻時，由于不同的熱敏電阻在常溫下阻值不同，可先將萬用表轉(zhuǎn)換在R×1K檔，表筆接觸元件兩引腳，注意手不要接觸到元件及引腳，以免影響檢測結(jié)果；然后可用電烙鐵對NTC電阻加熱，可見阻值急劇減小，此時可減小檔位測量。有條件可降低NTC熱敏電阻的溫度，測量其阻值應增大。一般正常的NTC熱敏電阻常溫下阻值較大，高溫時阻值會減??；低溫時阻值會增大。（3）CTR熱敏電阻臨界溫度熱敏電阻CTR具有負電阻突變特性，在某一溫度下，電阻值隨溫度的增加激劇減小，具有很大的負溫度系數(shù)。構(gòu)成材料是釩、鋇、鍶、磷等元素氧化物的混合燒結(jié)體，是半玻璃狀

23、的半導體，也稱CTR為玻璃態(tài)熱敏電阻。CTR能夠作為控溫報警等應用。圖5.13為CRT熱敏電阻。圖5.13CRT熱敏電阻。圖5.14壓敏電阻實物圖。2.壓敏電阻器具有非線性伏安特性并有抑制瞬態(tài)過電壓作用的固態(tài)電壓敏感元件。當端電壓低于某一閾值時，壓敏電阻器的電流幾乎等于零；超過此閾值時，電流值隨端電壓的增大而急劇增加。也就是電壓低時其等效電阻很大幾乎開路，而當電壓瞬間增大超過其自身閾值時等效電阻為零，短路設備輸入端，從而到達保護電器設備的目的。壓敏電阻器的制作一般有氧化鋅 、Fe2O3、TiO等金屬氧化物，如圖5.14為壓敏電阻實物圖。 壓敏電阻器主要用于限制有害的大氣過電壓和操作過電壓，能有效地保護系統(tǒng)或設備。用氧化鋅壓敏材料制成高壓絕緣子,既有絕緣作用,又能實現(xiàn)瞬態(tài)過電壓保護。此外，壓敏電阻器在電子電路中可用于避雷、消火花、消噪音、穩(wěn)壓和函數(shù)變換等。 壓敏電阻器的檢測可用萬用表的R×10K檔檢測，一般為無窮大，損壞的壓敏電阻的阻值為零歐姆，須更換。3.濕敏電阻器濕敏電阻器是對濕度變化非常敏感的電阻器，能在各種濕度環(huán)境中使用，它是將濕度轉(zhuǎn)換成電信號的換能器件。正溫度系數(shù)的濕敏電阻器的阻值是隨濕度增高而增大。在錄像機中使用的就是正溫度系數(shù)的濕敏電阻器。實