光敏電阻及其應(yīng)用

關(guān)于光敏電阻及其應(yīng)用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(duì)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(yè),共19頁(yè)，2024年2月25日，星期天

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(diǎn):

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、可見(jiàn)光、近紅外擴(kuò)展到遠(yuǎn)紅外，尤其對(duì)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(cè)光強(qiáng)范圍寬，既可測(cè)強(qiáng)光也可測(cè)弱光。

4.靈敏度高，光導(dǎo)電增益大于1。

5.偏置電壓低，無(wú)極性之分，使用方便。其缺點(diǎn)是在強(qiáng)光照射下光電轉(zhuǎn)換線性較差。光電馳豫過(guò)程較長(zhǎng)，頻率響應(yīng)很低。第3頁(yè),共19頁(yè)，2024年2月25日，星期天第4頁(yè),共19頁(yè)，2024年2月25日，星期天第5頁(yè),共19頁(yè)，2024年2月25日，星期天光敏電阻的分類

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。(2)按光譜特性及最佳工作波長(zhǎng)范圍分:a.對(duì)紫外光敏感的光敏感電阻，如硫化鎘和硒化鎘等。

b.對(duì)可見(jiàn)光敏感的光敏電阻，如硫化鉈等。對(duì)紅外光敏感的光敏電阻，如硫化鉛等。第6頁(yè),共19頁(yè)，2024年2月25日，星期天光敏電阻的原理

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(shí)，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(duì)在外電場(chǎng)的作用下同時(shí)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(guò)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)電性能變壞，即光敏電阻的電導(dǎo)率減小，流過(guò)其內(nèi)的電流(光電流)減小，其本身的電阻值增加。第7頁(yè),共19頁(yè)，2024年2月25日，星期天第8頁(yè),共19頁(yè)，2024年2月25日，星期天

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(zhǎng)度，τnτp是光輻射下每單位時(shí)間產(chǎn)生N個(gè)電子-空穴對(duì)的各自壽命，μnμp分別是電子和空穴的遷移率。由此可見(jiàn)，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(zhǎng)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(jì)光敏電阻時(shí)，常設(shè)法將L減小，使光電流增大。第9頁(yè),共19頁(yè)，2024年2月25日，星期天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(yè),共19頁(yè)，2024年2月25日，星期天光照特性：

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(shí)驗(yàn)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(shí),光敏電阻的光電流與光照之間會(huì)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(yè),共19頁(yè)，2024年2月25日，星期天伏安特性：

在照度一定時(shí),電壓增大,光電流也增大,靈敏度隨之增大,而且沒(méi)有飽和現(xiàn)象。且光敏電阻兩端的電壓也不能無(wú)限制地提高。因?yàn)楣饷綦娮瓒加凶畲箢~定功率,超過(guò)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(yè),共19頁(yè)，2024年2月25日，星期天光譜特性：

照射光的波長(zhǎng)與光電流之間的關(guān)系叫光譜特性。由實(shí)驗(yàn)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(zhǎng)不同時(shí),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(gè)峰值,所對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)不同。在光晶體中,cds主要用于敏感可見(jiàn)光;GaAs,Ge和Pb主要用于敏感紅外光;ZnS主要用于敏感紫外光。所以選擇光敏電阻時(shí),要與使用的光源結(jié)合起來(lái)考慮,才能獲得較好的效果。第13頁(yè),共19頁(yè)，2024年2月25日，星期天前歷效應(yīng)：前歷效應(yīng)是測(cè)試前光敏電阻所處的狀態(tài)(無(wú)光照或有光照)對(duì)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(guò)一段時(shí)間的間隔后復(fù)測(cè)阻值還有變化。這種現(xiàn)象叫作前歷效應(yīng)。第14頁(yè),共19頁(yè)，2024年2月25日，星期天溫度特性：

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(wú)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(cè)率，就需要采取冷卻裝置。第15頁(yè),共19頁(yè)，2024年2月25日，星期天光敏電阻的應(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(jià)格低,因此在自動(dòng)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(dòng)調(diào)節(jié)、照相機(jī)中作自動(dòng)曝光、音樂(lè)石英鐘中控制晚間不奏鳴報(bào)點(diǎn),另外在路燈航標(biāo)燈自動(dòng)控制電路、卷帶自停裝置及防盜報(bào)警裝置中起了重要作用。第16頁(yè),共19頁(yè)，2024年2月25日，星期天最常見(jiàn)的就是自動(dòng)照明燈裝置：路燈自動(dòng)點(diǎn)熄電路：如圖所示是利用光敏電阻控制的路燈自動(dòng)點(diǎn)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(diǎn)上，由光控繼電器控制燈的點(diǎn)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(guò)J的電流很小，使繼電器J不動(dòng)作，路燈接通電源點(diǎn)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(guò)J的電流逐漸增大，當(dāng)照度達(dá)到一定值時(shí)，流過(guò)繼電器的電流足以