第3章第12節(jié)光敏電阻新

1、 13.1.2 3.1.2 光敏電阻光敏電阻Photoconductive-光敏電阻光敏電阻(PC) 2利用具有光電導(dǎo)效應(yīng)的材料利用具有光電導(dǎo)效應(yīng)的材料（如（如SiSi、GeGe等本征半導(dǎo)體等本征半導(dǎo)體與雜質(zhì)半導(dǎo)體，以及與雜質(zhì)半導(dǎo)體，以及CdSCdS、CdSeCdSe、PbSPbS等）等）可以制成電導(dǎo)率可以制成電導(dǎo)率隨入射光輻射量變化而變化的器件，這類器件被稱為隨入射光輻射量變化而變化的器件，這類器件被稱為光電光電導(dǎo)器件或光敏電阻導(dǎo)器件或光敏電阻，簡稱簡稱PC。問題：什么是光電導(dǎo)效應(yīng)？問題：什么是光電導(dǎo)效應(yīng)？物質(zhì)吸收了光子的能量產(chǎn)生本征吸收或雜質(zhì)吸物質(zhì)吸收了光子的能量產(chǎn)生本征吸收或雜質(zhì)吸收，引

2、起載流子濃度的變化，從而改變了物質(zhì)電收，引起載流子濃度的變化，從而改變了物質(zhì)電導(dǎo)率的現(xiàn)象稱為光電導(dǎo)效應(yīng)。導(dǎo)率的現(xiàn)象稱為光電導(dǎo)效應(yīng)。 3 一結(jié)構(gòu)與原理一結(jié)構(gòu)與原理 光敏電阻利用光電導(dǎo)效應(yīng)制成。當(dāng)入射光子使電子由價光敏電阻利用光電導(dǎo)效應(yīng)制成。當(dāng)入射光子使電子由價帶躍升到導(dǎo)帶時，導(dǎo)帶中的電子和價帶中的空穴二者均參與帶躍升到導(dǎo)帶時，導(dǎo)帶中的電子和價帶中的空穴二者均參與導(dǎo)電，因此電阻顯著減小，稱為光敏電阻。導(dǎo)電，因此電阻顯著減小，稱為光敏電阻。3.1.2 光敏電阻光敏電阻優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：光譜響應(yīng)相當(dāng)寬。光譜響應(yīng)相當(dāng)寬。響應(yīng)光強(qiáng)范圍寬，即可對強(qiáng)光響應(yīng)，也可對弱光響應(yīng)。響應(yīng)光強(qiáng)范圍寬，即可對強(qiáng)光響應(yīng)，也可對弱光

3、響應(yīng)。無極性之分，使用方便，成本低，壽命長。無極性之分，使用方便，成本低，壽命長。靈敏度高，工作電流大，可達(dá)數(shù)毫安。靈敏度高，工作電流大，可達(dá)數(shù)毫安。 缺點(diǎn)：強(qiáng)光照射下線性較差，頻率特性也較差。缺點(diǎn)：強(qiáng)光照射下線性較差，頻率特性也較差。 4UbbIpIp金屬電極金屬電極光電導(dǎo)材料光電導(dǎo)材料入射光入射光光敏電阻原理及符號光敏電阻原理及符號光敏電阻符號光敏電阻符號1 1工作原理工作原理 52 2 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 在一塊均勻光電導(dǎo)體兩端加上電極，貼在硬質(zhì)玻璃、在一塊均勻光電導(dǎo)體兩端加上電極，貼在硬質(zhì)玻璃、云母、高頻瓷或其他絕緣材料基板上，兩端接有電極云母、高頻瓷或其他絕緣材料基板上，兩端接有電極引線，封裝

4、在帶有窗口的金屬或塑料外殼內(nèi)。引線，封裝在帶有窗口的金屬或塑料外殼內(nèi)。pn c2zUeIhvl 6三種結(jié)構(gòu)形式三種結(jié)構(gòu)形式 7二二. 光敏電阻的主要參數(shù)光敏電阻的主要參數(shù) 光敏電阻的主要參數(shù)有：光敏電阻的主要參數(shù)有： (1) 暗電阻暗電阻 光敏電阻在不受光照射時的阻值稱為暗光敏電阻在不受光照射時的阻值稱為暗電阻，電阻， 此時流過的電流稱為暗電流。此時流過的電流稱為暗電流。 (2) 亮電流亮電流 光敏電阻在受光照射時的電阻稱為亮電光敏電阻在受光照射時的電阻稱為亮電阻，此時流過的電流稱為亮電流。阻，此時流過的電流稱為亮電流。 (3) 光電流光電流 亮電流與暗電流之差稱為光電流。亮電流與暗電流之差稱

5、為光電流。 8 三三 光敏電阻的基本特性光敏電阻的基本特性 (1) 伏安特性伏安特性 在一定照度下，流過光敏電阻的電流在一定照度下，流過光敏電阻的電流與光敏電阻兩端的電壓的關(guān)系稱為光敏電阻的伏安特與光敏電阻兩端的電壓的關(guān)系稱為光敏電阻的伏安特性。圖為硫化鎘光敏電阻的伏安特性曲線。由圖可見，性。圖為硫化鎘光敏電阻的伏安特性曲線。由圖可見，光敏電阻在一定的電壓范圍內(nèi)，其光敏電阻在一定的電壓范圍內(nèi)，其I-U曲線為直線。說曲線為直線。說明其阻值與入射光量有關(guān)，而與電壓電流無關(guān)。明其阻值與入射光量有關(guān)，而與電壓電流無關(guān)。 9圖 硫化鎘光敏電阻的伏安特性 403020100I / mA10010001 x

6、500 mW1001 x功率200U / V101 x 10（2）光照特性）光照特性 光敏電阻的光照特性是描述光電流光敏電阻的光照特性是描述光電流I和光照強(qiáng)度和光照強(qiáng)度之間的關(guān)系，不同材料的光照特性是不同的，絕大多數(shù)光敏電之間的關(guān)系，不同材料的光照特性是不同的，絕大多數(shù)光敏電阻光照特性是非線性的。圖阻光照特性是非線性的。圖8-3為硫化鎘光敏電阻的光照特性為硫化鎘光敏電阻的光照特性。 IKU a L b式中式中 I 通過光敏電阻的電流；通過光敏電阻的電流； U 加于光敏電阻的電壓；加于光敏電阻的電壓； L 光敏電阻上的照度；光敏電阻上的照度； K 材料決定的比例系數(shù)；材料決定的比例系數(shù)； a 電

7、壓指數(shù)，一般近于電壓指數(shù)，一般近于1； b 照度指數(shù)。照度指數(shù)。 11圖8-3 光敏電阻的光照特性 12圖8-4 光敏電阻的光譜特性 Sr / (%) / A2040608010001.53硫化鉛硫化鉈硫化鎘 13 (3) 光譜特性光譜特性 光敏電阻對入射光的光譜具有選擇作用，即光光敏電阻對入射光的光譜具有選擇作用，即光敏電阻對不同波長的入射光有不同的靈敏度。光敏電阻的相對敏電阻對不同波長的入射光有不同的靈敏度。光敏電阻的相對光敏靈敏度與入射波長的關(guān)系稱為光敏電阻的光譜特性，亦稱光敏靈敏度與入射波長的關(guān)系稱為光敏電阻的光譜特性，亦稱為光譜響應(yīng)。圖為光譜響應(yīng)。圖8-4 為幾種不同材料光敏電阻的光

8、譜特性。為幾種不同材料光敏電阻的光譜特性。 對對應(yīng)于不同波長，光敏電阻的靈敏度是不同的，而且不同材料的應(yīng)于不同波長，光敏電阻的靈敏度是不同的，而且不同材料的光敏電阻光譜響應(yīng)曲線也不同。從圖中可見硫化鎘光敏電阻的光敏電阻光譜響應(yīng)曲線也不同。從圖中可見硫化鎘光敏電阻的光譜響應(yīng)的峰值在可見光區(qū)域，常被用作光度量測量（照度計(jì)）光譜響應(yīng)的峰值在可見光區(qū)域，常被用作光度量測量（照度計(jì)）的探頭。而硫化鉛光敏電阻響應(yīng)于近紅外和中紅外區(qū)，的探頭。而硫化鉛光敏電阻響應(yīng)于近紅外和中紅外區(qū)， 常用做常用做火焰探測器的探頭。火焰探測器的探頭。 14圖8-5 光敏電阻的頻率特性 100806040200101001 00

9、010 000硫化鎘硫化鉛S /( %)f / Hz 15 （4） 頻率特性頻率特性 實(shí)驗(yàn)證明，光敏電阻的光電流不能隨著光強(qiáng)實(shí)驗(yàn)證明，光敏電阻的光電流不能隨著光強(qiáng)改變而立刻變化，即光敏電阻產(chǎn)生的光電流有一定的惰性，這改變而立刻變化，即光敏電阻產(chǎn)生的光電流有一定的惰性，這種惰性通常用時間常數(shù)表示。種惰性通常用時間常數(shù)表示。 大多數(shù)的光敏電阻時間常數(shù)都較大多數(shù)的光敏電阻時間常數(shù)都較大，大， 這是它的缺點(diǎn)之一。這是它的缺點(diǎn)之一。 不同材料的光敏電阻具有不同的時間不同材料的光敏電阻具有不同的時間常數(shù)（毫秒數(shù)量級），常數(shù)（毫秒數(shù)量級）， 因而它們的頻率特性也就各不相同。因而它們的頻率特性也就各不相同。

10、圖圖8-5為硫化鎘和硫化鉛光敏電阻的頻率特性，為硫化鎘和硫化鉛光敏電阻的頻率特性， 相比較，硫化鉛的相比較，硫化鉛的使用頻率范圍較大。使用頻率范圍較大。 16圖 8-6 硫化鉛光敏電阻的光譜溫度特性 1.02.03.04.0020406080100 20 20 / mS / (%) 17 (5) 溫度特性溫度特性 光敏電阻和其它半導(dǎo)體器件一樣，受溫度影響光敏電阻和其它半導(dǎo)體器件一樣，受溫度影響較大。溫度變化時，影響光敏電阻的光譜響應(yīng)，同時光敏電阻的較大。溫度變化時，影響光敏電阻的光譜響應(yīng)，同時光敏電阻的靈敏度和暗電阻也隨之改變，尤其是響應(yīng)于紅外區(qū)的硫化鉛光敏靈敏度和暗電阻也隨之改變，尤其是響應(yīng)

11、于紅外區(qū)的硫化鉛光敏電阻受溫度影響更大。圖電阻受溫度影響更大。圖8-6為硫化鉛光敏電阻的光譜溫度特性為硫化鉛光敏電阻的光譜溫度特性曲線，它的峰值隨著溫度上升向波長短的方向移動。因此，硫化曲線，它的峰值隨著溫度上升向波長短的方向移動。因此，硫化鉛光敏電阻要在低溫、恒溫的條件下使用。對于可見光的光敏電鉛光敏電阻要在低溫、恒溫的條件下使用。對于可見光的光敏電阻，阻， 其溫度影響要小一些。其溫度影響要小一些。 光敏電阻具有光譜特性好、允許的光電流大、靈敏度高、使光敏電阻具有光譜特性好、允許的光電流大、靈敏度高、使用壽命長、體積小等優(yōu)點(diǎn)，所以應(yīng)用廣泛。此外許多光敏電阻對用壽命長、體積小等優(yōu)點(diǎn)，所以應(yīng)用廣

12、泛。此外許多光敏電阻對紅外線敏感，適宜于紅外線光譜區(qū)工作。光敏電阻的缺點(diǎn)是型號紅外線敏感，適宜于紅外線光譜區(qū)工作。光敏電阻的缺點(diǎn)是型號相同的光敏電阻參數(shù)參差不齊，并且由于光照特性的非線性，不相同的光敏電阻參數(shù)參差不齊，并且由于光照特性的非線性，不適宜于測量要求線性的場合，常用作開關(guān)式光電信號的傳感元件適宜于測量要求線性的場合，常用作開關(guān)式光電信號的傳感元件。 18三電路三電路1、光敏電阻的符號和連接電路如圖、光敏電阻的符號和連接電路如圖圖圖(a)中的輸出電壓與入射光通量的變化反相；而圖中的輸出電壓與入射光通量的變化反相；而圖(b)中的輸中的輸出電壓于入射光通量成同相。出電壓于入射光通量成同相。

13、在入射光通量變化范圍一定的情況下，為了使輸出電在入射光通量變化范圍一定的情況下，為了使輸出電壓壓Vo變化范圍最大，一般取變化范圍最大，一般取RL=RG當(dāng)入射光通量當(dāng)入射光通量跳躍變化時，跳躍變化時，RG(RG max RG min )1/2同時，電源同時，電源E也應(yīng)滿足下式也應(yīng)滿足下式E(4P max RL)1/2Pmax為光敏電阻的最大允許功耗。為光敏電阻的最大允許功耗。 19 203、偏置電路、偏置電路恒流偏置電路如圖。圖中，恒流偏置電路如圖。圖中，由于采用了穩(wěn)壓管由于采用了穩(wěn)壓管D，故，故V b不變，使不變，使I b 不變，不變，I c 不變，不變，達(dá)到恒流的目的，這時，入達(dá)到恒流的目的

14、，這時，入射光通量的變化僅引起電壓射光通量的變化僅引起電壓V o 的變化。的變化。在上圖中，當(dāng)入射光通量變在上圖中，當(dāng)入射光通量變化時，會引起化時，會引起I和和U的同時變的同時變化，使整個系統(tǒng)線性變壞，化，使整個系統(tǒng)線性變壞，噪聲增加。噪聲增加。 特點(diǎn)：輸出信號電流取決于光敏電阻和負(fù)載電阻的比值，與偏特點(diǎn)：輸出信號電流取決于光敏電阻和負(fù)載電阻的比值，與偏置電壓成正比；電壓信噪比高，適于弱信號檢測。置電壓成正比；電壓信噪比高，適于弱信號檢測。 21恒壓偏置電路如圖。由于恒壓偏置電路如圖。由于采用了穩(wěn)壓管采用了穩(wěn)壓管D，故，故V b不不變，變，V e 也不變。入射光通也不變。入射光通量的變化僅引起

15、量的變化僅引起I c的變化。的變化。恒壓偏置的最大特點(diǎn)是光恒壓偏置的最大特點(diǎn)是光敏電阻的靈敏度與光敏電敏電阻的靈敏度與光敏電阻的暗阻值無關(guān)，因而互阻的暗阻值無關(guān)，因而互換性好，調(diào)換光敏電阻時換性好，調(diào)換光敏電阻時不影響儀器的精度。不影響儀器的精度。特點(diǎn)特點(diǎn): : 輸出信號與光敏電阻無關(guān)輸出信號與光敏電阻無關(guān) 便于檢測電路時光敏電阻的更換便于檢測電路時光敏電阻的更換 221 1、照明燈的光電控制電路、照明燈的光電控制電路CKVDRCdS常閉常閉燈燈220V半波整流半波整流測光與控制測光與控制執(zhí)行控制執(zhí)行控制光敏電阻的應(yīng)用實(shí)例光敏電阻的應(yīng)用實(shí)例 23數(shù)碼相機(jī)為什么能實(shí)現(xiàn)自動曝光？數(shù)碼相機(jī)為什么能實(shí)

16、現(xiàn)自動曝光？光敏電阻的應(yīng)用實(shí)例光敏電阻的應(yīng)用實(shí)例 24應(yīng)用電路舉例應(yīng)用電路舉例2.2.光敏電阻用于照相機(jī)自動曝光電路光敏電阻用于照相機(jī)自動曝光電路 ： 光照強(qiáng)：光照強(qiáng)： 曝光時間短曝光時間短光照弱：光照弱： 曝光時間長曝光時間長 25 是采用以硫化鉛光敏電阻為探測元件的火焰探測器電路是采用以硫化鉛光敏電阻為探測元件的火焰探測器電路圖。硫化鉛光敏電阻的暗電阻為圖。硫化鉛光敏電阻的暗電阻為1 M, 亮電阻為亮電阻為0.2 M(在光在光強(qiáng)度強(qiáng)度0.01 W/m下測試下測試)， 峰值響應(yīng)波長為峰值響應(yīng)波長為2.2 m，硫化鉛光敏，硫化鉛光敏電阻處于電阻處于V1管組成的恒壓偏置電路，其偏置電壓約為管組成的恒壓偏置電路，其偏置電壓約為6 V， 電電流約為流約為6 A。V1管集電極電阻兩端并聯(lián)管集電極電阻兩端并聯(lián)68 F的電容，可以抑的電容，可以抑制制100 Hz以上的高頻，以上的高頻， 使其成為只有幾十赫茲的窄帶放大器。使其成為只有幾十赫茲的