浅谈光敏电阻在当前的应用

中国地质大学（北京）期末考试论文专用课程名称：光电检测技术班号：10101121学号：姓名：成绩：任课教师：郭丽日期：2014年1月5日中国地质大学（北京）课程期末考试论文（读书报告）课程名称：光电检测技术学时：32开课院系：地球物理与信息技术姓名：学号：论文题目：浅谈光敏电阻在当前的应用开课时间：2014.9中国地质大学（北京）期末考试论文专用课程名称：光电检测技术班号：10101121学号：姓名：成绩：任课教师：郭丽日期：2014年1月5日浅谈光敏电阻在当前的应用前言：光电导器件是利用半导体材料的光电导效应制成的一种光电探测器件。所谓光电导效应是当材料受到光辐射后，材料的电导率发生变化的现象。对于每一种半导体或绝缘体来说，它们都有一定的光电导效应，但只有其中一部分材料经过特殊处理，掺进适当杂质，才有明显的光电导效应。本文讨论的光敏电阻器就是利用半导体的光电效应制成的一种电阻值随入射光的强弱而改变的电阻器在生产生活领域的应用。关键词：光电导器件光电导效应光敏电阻应用领域正文：一、光敏电阻的工作原理光敏电阻的工作原理是基于内光电效应。在半导体光敏材料两端装上电极引线，将其封装在带有透明窗的管壳里就构成光敏电阻，为了增加灵敏度，两电极常做成梳状。用于制造光敏电阻的材料主要是金属的硫化物、硒化物和碲化物等半导体。通常采用涂敷、喷涂、烧结等方法在绝缘衬底上制作很薄的光敏电阻体及梳状欧姆电极，接出引线，封装在具有透光镜的密封壳体内，以免受潮影响其灵敏度。在黑暗环境里，它的电阻值很高，当受到光照时，只要光子能量大于半导体材料的禁带宽度，则价带中的电子吸收一个光子的能量后可跃迁到导带，并在价带中产生一个带正电荷的空穴，这种由光照产生的电子—空穴对了半导体材料中载流子的数目，使其电阻率变小，从而造成光敏电阻阻值下降。光照愈强，阻值愈低。入射光消失后，由光子激发产生的电子—空穴对将复合，光敏电阻的阻值也就恢复原值。在光敏电阻两端的金属电极加上电压，其中便有电流通过，受到波长的光线照射时，电流就会随光强的而变大，从而实现光电转换。光敏电阻没有极性，纯粹是一个电阻器件，使用时既可加直流电压，也加交流电压。半导体的导电能力取决于半导体导带内载流子数目的多少。二、光敏电阻结构光敏电阻器都制成薄片结构，以便吸收更多的光能。当它受到光的照射时，半导体片（光敏层）内就激发出电子—空穴对，参与导电，使电路中电流增强。为了获得高的灵敏度，光敏电阻的电极常采用梳状图案，它是在一定的掩膜下向光电导薄膜上蒸镀金或铟等金属形成的。光敏电阻器通常由光敏层、玻璃基片（或树脂防潮膜）和电极等组成。光敏电阻器在电路中用字母“R”或“RL”、“RG”表示。三、主要参数与特性1.光电流、亮电阻。光敏电阻器在一定的外加电压下，当有光照射时，流过的电流称为光电流，外加电压与光电流之比称为亮电阻，常用“100LX”表示。2.暗电流、暗电阻。光敏电阻在一定的外加电压下，当没有光照射的时候，流过的电流称为暗电流。外加电压与暗电流之比称为暗电阻，常用“0LX”表示。3．灵敏度。灵敏度是指光敏电阻不受光照射时的电阻值（暗电阻）与受光照射时的电阻值（亮电阻）的相对变化值。4.光谱响应。光谱响应又称光谱灵敏度，是指光敏电阻在不同波长的单色光照射下的灵敏度。若将不同波长下的灵敏度画成曲线，就可以得到光谱响应的曲线。5.光照特性。光照特性指光敏电阻输出的电信号随光照度而变化的特性。从光敏中国地质大学（北京）期末考试论文专用课程名称：光电检测技术班号：10101121学号：姓名：成绩：任课教师：郭丽日期：2014年1月5日电阻的光照特性曲线可以看出，随着的光照强度的增加，光敏电阻的阻值开始迅速下降。若进一步增大光照强度，则电阻值变化减小，然后逐渐趋向平缓。在大多数情况下，该特性为非线性。6.伏安特性曲线。伏安特性曲线用来描述光敏电阻的外加电压与光电流的关系，对于光敏器件来说，其光电流随外加电压的增大而增大。7．温度系数。光敏电阻的光电效应受温度影响较大，部分光敏电阻在低温下的光电灵敏较高，而在高温下的灵敏度则较低。四、光敏电阻在生产生活中的应用光敏电阻属半导体光敏器件，除具灵敏度高，反应速度快，光谱特性及r值一致性好等特点外，在高温，多湿的恶劣环境下，还能保持高度的稳定性和可靠性，光敏电阻是器件中用的较广的一种,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。选用光敏电阻器时，应首先确定应用电路中所需光敏电阻器的光谱特性类型。若是用于各种光电自动控制系统、电子照相机和光报警器等电子产品，则应选取用可见光光敏电阻器；若是用于红外信号检测及天文、军事等领域的有关自动控制系统、则应选用红外光光敏电阻器；若是用于紫外线探测等仪器中，则应选用紫外光光敏电阻器。1.Cds光敏电阻在相机中的应用（闪光灯）图1该电路是由测光电路和闪光电路组成，如图1所示。它适用于POPTICS(是一种普及型一体化相机)、富兰卡X-500、WIZEN-860S等相机。它由以下几部分电路组成：(1)VT1、VT2、测光元件RG(使用硫化镉CdS光敏电阻)构成测光电路。(2)VT3、C1、T1等组成电感三点式振荡电路，完成直流低压→交流高压→直流高压的变换，为闪光灯供电。2.光敏电阻在煤气炉熄火报警器的应用中国地质大学（北京）期末考试论文专用课程名称：光电检测技术班号：10101121学号：姓名：成绩：任课教师：郭丽日期：2014年1月5日图2煤气炉一旦因故熄火而又没有及时发现，将是十分危险的。虽然某些高级煤气炉有自动熄火控制保护装置，但价格高难以普及。如图2所示为煤气炉熄火报警装置，可以对煤气炉进行监视和报警。电路核心器件是LM324四运放。IC1-1作比较器，IC1-2作跟随器；R4、R5为光敏电阻，其阻值随光照强度而变化；AN为复位开关，用于泄放电容C1、C2的电荷；使用时，首先把光敏电阻R4对准火焰，转动“调节旋纽”使报警器不报警。用手挡住火焰，此时应发出报警声。一般调节两三次即可达到要求。该电路使用9V叠层电池。3.光敏电阻自动调光台灯图3该灯电路见图3.当开关S拨向位置2时，它是一个普通调光台灯。RP、C和氖泡N组成张弛振荡器，用来产生脉冲触发可控硅VS.一般氖泡辉光导通电压为60-80V,当C充电到辉光电压时，N辉光导通，VS被触发导通。调节RP能改变C充电速率，从而能改变VS导通角，达到调光的目的。R2、R3构成分压器通过VD5也向C充电，改变R2、R3分压也能改变VS导通角，使灯的亮度发生变化。当S拨向位置1时，光敏电阻RG取代R3,当周围光线较弱时，RG呈现高电阻，VD5右端电位升高，电容C充电速率加快，振荡频率变高，VS导通角增大，电灯两端电压升高、高度增大。当周围光线增强时，RG电阻变小，与上述相反，电灯两端电压变低，高度减小。4.光敏电阻在检测光源方向的应用中国地质大学（北京）期末考试论文专用课程名称：光电检测技术班号：10101121学号：姓名：成绩：任课教师：郭丽日期：2014年1月5日图4如图4所示，是用2个光敏电阻检测光源方向的电路。电路中，为了检测光源的方向，配设光敏电阻RG1和RG2，若在2个光敏电阻平衡的方向上适当调整透镜1和透镜2，就能检测光源的方向。接在运放A1输出端的发光二极管LED1和LED2根据透镜1和透镜2的偏移量而发光显示，当然也可以调整透镜l和透镜2使LED1和LED2不发光。可用RP对透镜和光敏电阻的误差进行一定的补偿，当检测灵敏度较高时，减小运放A1的反馈电阻R2的阻值即可。也可以在A1的输出端接伺服电机，这样，就构成光源自动跟踪系统。5.火焰探测报警器图5火焰探测报警器图5所示的是采用硫化铅光敏电阻作为探测元件的火焰探测报警器电路图。ADS7871IDB硫化铅光敏电阻的暗电阻为lMfl,亮电阻为0.2Mfl（光照度0.01W/rri2下测试的），峰值响应波长为2.2ym.硫化铅光敏电阻处于VT,组成的恒压偏置电路中，其偏置电压约为6V，电流约为6pA。VT.的集电极电阻两端并联68p,F的电容，可以抑制100Hz以上的高频，使其成为只有几十Hz的窄带放大器。VT2、VT3构成二级负反馈互补放大器，火焰的闪动信号经二级放大后送给中心控制站进行报警处理。采用恒压偏置电路是为了在更换光敏电阻或长时间使用后，器件电阻值的变化不至于影响输出信号的幅度，从而保证火焰报警器能长期稳定地工作。结论：光敏电阻器一般用于光的测量、光的控制和光电转换（将光的变化转换为电的变化）。光谱响应范围宽，尤其是对红光和红外辐射有较高的响应度，偏置电压低，工作电流大，动态范围宽，既可测强光，也可测弱光，光电导增益大，灵敏度高，无极性，使用方便。因此，光敏电阻在各种生产生活领域都有着重要的作用，给人们带来了很大的方便，各种光敏电阻正在不断的研发，相信光敏电阻在未来一定会得到更大的发展。中国地质大学（北京）期末考试论文专用课程名称：光电检测技术班号：10101121学号：姓名：成绩：任课教师：郭丽日期：2014年1月5日参考文献：【1】曾光宇，张志伟，张存林，光电检测技术（第二版）/北京交通大学出版社.【2】童诗白，模拟电子技术基础，北京：人民教育出版社，1980.【3】李元庆，电路基础[M].广东:华南理工大学出版社,2007【4】张华，传感器的选择[J].机械与电子，200616【5】扬崇志，特殊新型电子元器件手册[M].沈阳:辽宁科学技术出版社,2003.