光敏電阻以及其應(yīng)用

1、關(guān)于光敏電阻及其應(yīng)用第1頁，共19頁，2022年，5月20日，9點35分，星期四光敏電阻的定義光敏電阻又稱光電導(dǎo)管。它是利用半導(dǎo)體的內(nèi)光電效應(yīng)制成的光敏元件。所謂內(nèi)光電效應(yīng)是指半導(dǎo)體材料在光線輻射作用下改變其導(dǎo)電率的一種光電效應(yīng)。相對而言，外光電效應(yīng)是指金屬表面受光照后發(fā)射電子的一種現(xiàn)象，各種發(fā)光管都具有這種現(xiàn)象。第2頁，共19頁，2022年，5月20日，9點35分，星期四 光敏電阻是一種典型的光電導(dǎo)器件。所謂光電導(dǎo)效應(yīng)是表示材料(或器件)受到光輻射后，材料(或器件)的電導(dǎo)率發(fā)生變化。光敏電阻和其它半導(dǎo)體光電器件相比有以下特點: 1.光譜響應(yīng)范圍寬。根據(jù)光電導(dǎo)材料的不同，光譜響應(yīng) 可從紫外光、

2、可見光、近紅外擴(kuò)展到遠(yuǎn)紅外，尤其對紅光和紅外輻射有較高的響應(yīng)度。 2.工作電流大，可達(dá)數(shù)毫安。 3.所測光強(qiáng)范圍寬，既可測強(qiáng)光也可測弱光。 4.靈敏度高，光導(dǎo)電增益大于1。 5.偏置電壓低，無極性之分，使用方便。其缺點是在強(qiáng) 光照射下光電轉(zhuǎn)換線性較差。光電馳豫過程較長，頻率響應(yīng)很低。第3頁，共19頁，2022年，5月20日，9點35分，星期四第4頁，共19頁，2022年，5月20日，9點35分，星期四第5頁，共19頁，2022年，5月20日，9點35分，星期四光敏電阻的分類 有兩種分類方法：(1)按半導(dǎo)體材料分:a.本征型光敏電阻;b.摻雜型光敏電阻。后者性能穩(wěn)定，特性較好，故目前大都采用它。

3、(2)按光譜特性及最佳工作波長范圍分: a.對紫外光敏感的光敏感電阻，如硫化鎘和硒化鎘等。 b.對可見光敏感的光敏電阻，如硫化鉈等。對紅外光敏感的光敏電阻，如硫化鉛等。第6頁，共19頁，2022年，5月20日，9點35分，星期四光敏電阻的原理 圖1所示為光敏電阻的工作原理圖中在光敏電阻的兩極間加上一定電壓V，當(dāng)光照射在光敏電阻上時，其內(nèi)部被束縛的電子吸收光子能量成為自由電子，并留下空穴。光激發(fā)的電子空穴對在外電場的作用下同時參與導(dǎo)電，從而改變了光敏電阻的導(dǎo)電性能。 隨著光強(qiáng)的增加其導(dǎo)電性能變好即光敏電阻的電導(dǎo)率增加，流過其內(nèi)的電流(光電流)增加，其本身的電阻值減小。隨著光強(qiáng)的減小，其導(dǎo)電性能變

4、壞，即光敏電阻的電導(dǎo)率減小，流過其內(nèi)的電流(光電流)減小，其本身的電阻值增加。第7頁，共19頁，2022年，5月20日，9點35分，星期四第8頁，共19頁，2022年，5月20日，9點35分，星期四 根據(jù)熱平衡狀態(tài)下半導(dǎo)體電導(dǎo)率公式，可推算出在光輻射作用下產(chǎn)生的光電流: 式中，qN是光電子形成的內(nèi)部電流，V是光敏電阻兩端電壓，L是光電導(dǎo)體的長度，np是光輻射下每單位時間產(chǎn)生N個電子-空穴對的各自壽命，np分別是電子和空穴的遷移率。 由此可見，光敏電阻的光電流與入射的光子數(shù)、量子效率和光電導(dǎo)體長度L以及加在其兩端的電壓大小等因素有關(guān)。其電流大小與L的平方成反比，因此在設(shè)計光敏電阻時，常設(shè)法將L減

5、小，使光電流增大。第9頁，共19頁，2022年，5月20日，9點35分，星期四光敏電阻的特性參數(shù) 光敏電阻的主要特性參數(shù)有： 1.光照特性 2.伏安特性 3.光譜特性 4.前歷效應(yīng) 5.溫度特性 第10頁，共19頁，2022年，5月20日，9點35分，星期四光照特性： 光電流隨著照度的變化而改變的規(guī)律稱為光照特性。不同類型的光敏電阻的光照特性不同。由實驗可知,光電流隨著照射強(qiáng)度一起增大或減小。當(dāng)入射光很強(qiáng)或很弱時,光敏電阻的光電流與光照之間會呈現(xiàn)非線性關(guān)系。其他照度區(qū)域近似呈線性關(guān)系。不同類型的光敏電阻的光照特性不同,但大多數(shù)光敏電阻的光照特性是非線性的。第11頁，共19頁，2022年，5月2

6、0日，9點35分，星期四伏安特性： 在照度一定時,電壓增大,光電流也增大,靈敏度隨之增大,而且沒有飽和現(xiàn)象。且光敏電阻兩端的電壓也不能無限制地提高。因為光敏電阻都有最大額定功率,超過最高工作電壓和最大額定電流,就可能導(dǎo)致光敏電阻的永久性損壞。第12頁，共19頁，2022年，5月20日，9點35分，星期四光譜特性： 照射光的波長與光電流之間的關(guān)系叫光譜特性。由實驗可知,不同材料光敏電阻的光譜特性不同,同一材料照射光的波長不同時,光敏電阻的靈敏度不同。材料不同的光敏電阻的靈敏度有一個峰值,所對應(yīng)的波長不同。在光晶體中,cds主要用于敏感可見光;GaAs,Ge和Pb主要用于敏感紅外光;ZnS主要用于

7、敏感紫外光。所以選擇光敏電阻時,要與使用的光源結(jié)合起來考慮,才能獲得較好的效果。第13頁，共19頁，2022年，5月20日，9點35分，星期四前歷效應(yīng)： 前歷效應(yīng)是測試前光敏電阻所處的狀態(tài)(無光照或有光照)對光敏電阻特性的影響。大多數(shù)光敏電阻在穩(wěn)定的光照下，其阻值有明顯的漂移現(xiàn)象，而且經(jīng)過一段時間的間隔后復(fù)測阻值還有變化。這種現(xiàn)象叫作前歷效應(yīng)。第14頁，共19頁，2022年，5月20日，9點35分，星期四溫度特性： 光敏電阻的特性參數(shù)受工作溫度的影大，只要溫度稍有變化，它的其它參數(shù)都發(fā)生變化。而且這種變化無規(guī)律。為了提高光敏電阻性能的穩(wěn)定性，降低噪聲和提高探測率，就需要采取冷卻裝置。第15頁，

8、共19頁，2022年，5月20日，9點35分，星期四光敏電阻的應(yīng)用 光敏電阻是器件中用的較廣的一種,由于它體積小、靈敏度高、性能穩(wěn)定、價格低,因此在自動控制、家用電器中得到廣泛應(yīng)用。例如在電視機(jī)中作亮度自動調(diào)節(jié)、照相機(jī)中作自動曝光、音樂石英鐘中控制晚間不奏鳴報點,另外在路燈航標(biāo)燈自動控制電路、卷帶自停裝置及防盜報警裝置中起了重要作用。第16頁，共19頁，2022年，5月20日，9點35分，星期四最常見的就是自動照明燈裝置：路燈自動點熄電路：如圖所示是利用光敏電阻控制的路燈自動點熄電路。該電路由兩部分組成。電阻R、電容C和二極管D組成半波整流電路CdS光敏電阻和J組成光控繼電器。路燈接在繼電器常閉觸點上，由光控繼電器控制燈的點燃和熄滅。工作原理是：晚上光線很暗,CdS光敏電阻阻值很大，流過J的電流很小，使繼電器J不動作，路燈接通電源點亮。早上，天漸漸變亮，即照度逐漸增大，CdS光敏電阻受光照后，阻值變小，流過J的電流逐漸增大，當(dāng)照度達(dá)到一定值時，流過繼電器的電流足以使J動