光敏电阻以及其应用

1、关于光敏电阻及其应用第1页，共19页，2022年，5月20日，9点35分，星期四光敏电阻的定义光敏电阻又称光电导管。它是利用半导体的内光电效应制成的光敏元件。所谓内光电效应是指半导体材料在光线辐射作用下改变其导电率的一种光电效应。相对而言，外光电效应是指金属表面受光照后发射电子的一种现象，各种发光管都具有这种现象。第2页，共19页，2022年，5月20日，9点35分，星期四 光敏电阻是一种典型的光电导器件。所谓光电导效应是表示材料(或器件)受到光辐射后，材料(或器件)的电导率发生变化。光敏电阻和其它半导体光电器件相比有以下特点: 1.光谱响应范围宽。根据光电导材料的不同，光谱响应 可从紫外光、

2、可见光、近红外扩展到远红外，尤其对红光和红外辐射有较高的响应度。 2.工作电流大，可达数毫安。 3.所测光强范围宽，既可测强光也可测弱光。 4.灵敏度高，光导电增益大于1。 5.偏置电压低，无极性之分，使用方便。其缺点是在强 光照射下光电转换线性较差。光电驰豫过程较长，频率响应很低。第3页，共19页，2022年，5月20日，9点35分，星期四第4页，共19页，2022年，5月20日，9点35分，星期四第5页，共19页，2022年，5月20日，9点35分，星期四光敏电阻的分类 有两种分类方法：(1)按半导体材料分:a.本征型光敏电阻;b.掺杂型光敏电阻。后者性能稳定，特性较好，故目前大都采用它。

3、(2)按光谱特性及最佳工作波长范围分: a.对紫外光敏感的光敏感电阻，如硫化镉和硒化镉等。 b.对可见光敏感的光敏电阻，如硫化铊等。对红外光敏感的光敏电阻，如硫化铅等。第6页，共19页，2022年，5月20日，9点35分，星期四光敏电阻的原理 图1所示为光敏电阻的工作原理图中在光敏电阻的两极间加上一定电压V，当光照射在光敏电阻上时，其内部被束缚的电子吸收光子能量成为自由电子，并留下空穴。光激发的电子空穴对在外电场的作用下同时参与导电，从而改变了光敏电阻的导电性能。 随着光强的增加其导电性能变好即光敏电阻的电导率增加，流过其内的电流(光电流)增加，其本身的电阻值减小。随着光强的减小，其导电性能变

4、坏，即光敏电阻的电导率减小，流过其内的电流(光电流)减小，其本身的电阻值增加。第7页，共19页，2022年，5月20日，9点35分，星期四第8页，共19页，2022年，5月20日，9点35分，星期四 根据热平衡状态下半导体电导率公式，可推算出在光辐射作用下产生的光电流: 式中，qN是光电子形成的内部电流，V是光敏电阻两端电压，L是光电导体的长度，np是光辐射下每单位时间产生N个电子-空穴对的各自寿命，np分别是电子和空穴的迁移率。 由此可见，光敏电阻的光电流与入射的光子数、量子效率和光电导体长度L以及加在其两端的电压大小等因素有关。其电流大小与L的平方成反比，因此在设计光敏电阻时，常设法将L减

5、小，使光电流增大。第9页，共19页，2022年，5月20日，9点35分，星期四光敏电阻的特性参数 光敏电阻的主要特性参数有： 1.光照特性 2.伏安特性 3.光谱特性 4.前历效应 5.温度特性 第10页，共19页，2022年，5月20日，9点35分，星期四光照特性： 光电流随着照度的变化而改变的规律称为光照特性。不同类型的光敏电阻的光照特性不同。由实验可知,光电流随着照射强度一起增大或减小。当入射光很强或很弱时,光敏电阻的光电流与光照之间会呈现非线性关系。其他照度区域近似呈线性关系。不同类型的光敏电阻的光照特性不同,但大多数光敏电阻的光照特性是非线性的。第11页，共19页，2022年，5月2

6、0日，9点35分，星期四伏安特性： 在照度一定时,电压增大,光电流也增大,灵敏度随之增大,而且没有饱和现象。且光敏电阻两端的电压也不能无限制地提高。因为光敏电阻都有最大额定功率,超过最高工作电压和最大额定电流,就可能导致光敏电阻的永久性损坏。第12页，共19页，2022年，5月20日，9点35分，星期四光谱特性： 照射光的波长与光电流之间的关系叫光谱特性。由实验可知,不同材料光敏电阻的光谱特性不同,同一材料照射光的波长不同时,光敏电阻的灵敏度不同。材料不同的光敏电阻的灵敏度有一个峰值,所对应的波长不同。在光晶体中,cds主要用于敏感可见光;GaAs,Ge和Pb主要用于敏感红外光;ZnS主要用于

7、敏感紫外光。所以选择光敏电阻时,要与使用的光源结合起来考虑,才能获得较好的效果。第13页，共19页，2022年，5月20日，9点35分，星期四前历效应： 前历效应是测试前光敏电阻所处的状态(无光照或有光照)对光敏电阻特性的影响。大多数光敏电阻在稳定的光照下，其阻值有明显的漂移现象，而且经过一段时间的间隔后复测阻值还有变化。这种现象叫作前历效应。第14页，共19页，2022年，5月20日，9点35分，星期四温度特性： 光敏电阻的特性参数受工作温度的影大，只要温度稍有变化，它的其它参数都发生变化。而且这种变化无规律。为了提高光敏电阻性能的稳定性，降低噪声和提高探测率，就需要采取冷却装置。第15页，

8、共19页，2022年，5月20日，9点35分，星期四光敏电阻的应用 光敏电阻是器件中用的较广的一种,由于它体积小、灵敏度高、性能稳定、价格低,因此在自动控制、家用电器中得到广泛应用。例如在电视机中作亮度自动调节、照相机中作自动曝光、音乐石英钟中控制晚间不奏鸣报点,另外在路灯航标灯自动控制电路、卷带自停装置及防盗报警装置中起了重要作用。第16页，共19页，2022年，5月20日，9点35分，星期四最常见的就是自动照明灯装置：路灯自动点熄电路：如图所示是利用光敏电阻控制的路灯自动点熄电路。该电路由两部分组成。电阻R、电容C和二极管D组成半波整流电路CdS光敏电阻和J组成光控继电器。路灯接在继电器常闭触点上，由光控继电器控制灯的点燃和熄灭。工作原理是：晚上光线很暗,CdS光敏电阻阻值很大，流过J的电流很小，使继电器J不动作，路灯接通电源点亮。早上，天渐渐变亮，即照度逐渐增大，CdS光敏电阻受光照后，阻值变小，流过J的电流逐渐增大，当照度达到一定值时，流过继电器的电流足以使J动