光敏電阻

光敏電阻器是利用半導體的光電效應製成的一種電阻值隨入射光的強弱而改變的電阻器；入射光強，電阻減小，入射光弱，電阻增大。光敏電阻器一般用於光的測量、光的控制和光電轉換（將光的變化轉換為電的變化）。常用的光敏電阻器硫化鎘光敏電阻器，它是由半導體材料製成的。

光敏電阻器的阻值隨入射光線（可見光）的強弱變化而變化，在黑暗條件下，它的阻值（暗阻）可達1~10M歐，在強光條件（100LX）下，它阻值（亮阻）僅有幾百至數千歐姆。光敏電阻器對光的敏感性（即光譜特性）與人眼對可見光（0.4~0.76）μm的響應很接近，只要人眼可感受的光，都會引起它的阻值變化。設計光控電路時，都用白熾燈泡（小電珠）光線或自然光線作控制光源，使設計大為簡化。

根據光敏電阻的光譜特性，可分為三種光敏電阻器：

紫外光敏電阻器

對紫外線較靈敏，包括硫化鎘、硒化鎘光敏電阻器等，用於探測紫外線。

紅外光敏電阻器

主要有硫化鉛、碲化鉛、硒化鉛。銻化銦等光敏電阻器，廣泛用於導彈制導、天文探測、非接觸測量、人體病變探測、紅外光譜，紅外通信等國防、科學研究和工農業生產中。

可見光光敏電阻器

包括硒、硫化鎘、硒化鎘、碲化鎘、砷化鎵、硅、鍺、硫化鋅光敏電阻器等。主要用於各種光電控制系統，如光電自動開關門戶，航標燈、路燈和其他照明系統的自動亮滅，自動給水和自動停水裝置，機械上的自動保護裝置和“位置檢測器”，極薄零件的厚度檢測器，照相機自動曝光裝置，光電計數器，煙霧報警器，光電跟蹤系統等方面。

按半導體材料分為本徵型光敏電阻、摻雜型光敏電阻。

1.光電流、亮電阻。光敏電阻器在一定的外加電壓下，當有光照射時，流過的電流稱為光電流，外加電壓與光電流之比稱為亮電阻，常用“100LX”表示。

2.暗電流、暗電阻。光敏電阻在一定的外加電壓下，當沒有光照射的時候，流過的電流稱為暗電流。外加電壓與暗電流之比稱為暗電阻，常用“0LX”表示。

3.靈敏度。靈敏度是指光敏電阻不受光照射時的電阻值（暗電阻）與受光照射時的電阻值（亮電阻）的相對變化值。

4.光譜響應。光譜響應又稱光譜靈敏度，是指光敏電阻在不同波長的單色光照射下的靈敏度。若將不同波長下的靈敏度畫成曲線，就可以得到光譜響應的曲線。

5.光照特性。光照特性指光敏電阻輸出的電信號隨光照度而變化的特性。從光敏電阻的光照特性曲線可以看出，隨著的光照強度的增加，光敏電阻的阻值開始迅速下降。若進一步增大光照強度，則電阻值變化減小，然後逐漸趨向平緩。在大多數情況下，該特性為非線性。

6.伏安特性曲線。伏安特性曲線用來描述光敏電阻的外加電壓與光電流的關係，對於光敏器件來說，其光電流隨外加電壓的增大而增大。

7.溫度係數。光敏電阻的光電效應受溫度影響較大，部分光敏電阻在低溫下的光電靈敏較高，而在高溫下的靈敏度則較低。

8.額定功率。額定功率是指光敏電阻用於某種線路中所允許消耗的功率，當溫度升高時，其消耗的功率就降低。

光敏電阻屬半導體光敏器件，除具靈敏度高，反應速度快，光譜特性及r值一致性好等特點外，在高溫，多濕的惡劣環境下，還能保持高度的穩定性和可靠性，可廣泛應用於照相機，太陽能庭院燈，草坪燈，驗鈔機，石英鐘，音樂杯，禮品盒，迷你小夜燈，光聲控開關，路燈自動開關以及各種光控玩具，光控燈飾，燈具等光自動開關控制領域。下面給出幾個典型應用電路。

調光電路

圖1是一種典型的光控調光電路，其工作原理是：當周圍光線變弱時引起光敏電阻的阻值增加，使加在電容C上的分壓上升，進而使可控硅的導通角增大，達到增大照明燈兩端電壓的目的。反之，若周圍的光線變亮，則RG的阻值下降，導致可控硅的導通角變小，照明燈兩端電壓也同時下降，使燈光變暗，從而實現對燈光照度的控制。

上述電路中整流橋給出的是必須是直流脈動電壓，不能將其用電容濾波變成平滑直流電壓，否則電路將無法正常工作。原因在於直流脈動電壓既能給可控硅提供過零關斷的基本條件，又可使電容C的充電在每個半周從零開始，準確完成對可控硅的同步移相觸發。

以光敏電阻為核心元件的帶繼電器控制輸出的光控開關電路有許多形式，如自鎖亮激發、暗激發及精密亮激發、暗激發等等，下面給出幾種典型電路。

圖2是一種簡單的暗激發繼電器開關電路。其工作原理是：當照度下降到設置值時由於光敏電阻阻值上升激發VT1導通，VT2的激勵電流使繼電器工作，常開觸點閉合，常閉觸點斷開，實現對外電路的控制。

圖3是一種精密的暗激發時滯繼電器開關電路。其工作原理是：當照度下降到設置值時由於光敏電阻阻值上升使運放IC的反相端電位升高，其輸出激發VT導通，VT的激勵電流使繼電器工作，常開觸點閉合，常閉觸點斷開，實現對外電路的控制。

1.用一黑紙片將光敏電阻的透光窗口遮住，此時萬用表的指針基本保持不變，阻值接近無窮選擇大。此值越大說明光敏電阻性能越好；若此值很小或接近為零，說明光敏電阻損壞，不能使用。

2.將一光源對準光敏電阻的透光窗口，此時萬用表的指針應有較大幅度的向右擺動，阻值明顯減小，此值越小說明光敏電阻性能越好。若此值很大甚至無窮大，說明光敏電阻內部開路損壞，不能使用。

3.將光敏電阻透光窗口對準入射光線，用小黑紙片在光敏電阻的遮光窗上部晃動，使其間斷受光，此時，萬用表指針應隨黑紙片的晃動而左右擺動，如果萬用表指針始終停在某一位置，不隨紙片晃動而擺動，說明光敏電阻損壞。

硫化鉛光敏電阻在較寬的光譜範圍內均有較高的靈敏度，峰值在紅外區域；硫化鎘、硒化鎘的峰值在可見光區域。因此，在選用光敏電阻時，應把光敏電阻的材料和光源的種類結合起來考慮，才能獲得滿意的效果。

通常，光敏電阻器都製成薄片結構，以便吸收更多的光能。當它受到光的照射時，半導體片（光敏層）內就激發出電子—空穴對，參與導電，使電路中電流增強。為了獲得高的靈敏度，光敏電阻的電極常採用梳狀圖案，它是在一定的掩膜下向光電導薄膜上蒸鍍金或銦等金屬形成的。一般光敏電阻器結構如右圖所示。

光敏電阻器通常由光敏層、玻璃基片（或樹脂防潮膜）和電極等組成。光敏電阻器在電路中用字母“R”或“RL”、“RG”表示

光敏電阻常用硫化鎘（CdS）製成。它分為環氧樹脂封裝和金屬封裝兩款，同屬於導線型（DIP型），環氧樹脂封裝光敏電阻按陶瓷基板直徑分為Ø3mm、Ø4mm、Ø5mm、Ø7mm、Ø11mm、Ø12mm、Ø20mm、Ø25mm。

優點

內部的光電效應和電極無關（光電二極體才有關），即可以使用直流電源

靈敏度和半導體材料、以及入射光的波長有關

環氧樹脂膠封裝(Coated with epoxy) 可靠性好 (Good reliability) 體積小 (Small volume) 靈敏度高 (High sensitivity) 反應速度快 (Quick response)光譜特性好(Good spectrum characteristic)

缺點

①在強光照射下光電轉換線性較差;②光電馳豫過程較長,何為光電導的馳豫現象?即光照后,半導體的光電導隨光照時間逐漸上升,經一段時間到達定態值。光照停止后,光電導逐漸下降;③頻率響應(器件檢測變化很快的光信號的能力)很低。 

受溫度影響較大，響應速度不快，在ms到s之間，延遲時間受入射光的光照度影響（光電二極體無此缺點，光電二極體靈敏度比光敏電阻高），是耗材。

光敏電阻的工作原理是基於內光電效應。在半導體光敏材料兩端裝上電極引線，將其封裝在帶有透明窗的管殼裡就構成光敏電阻，為了增加靈敏度，兩電極常做成梳狀。用於製造光敏電阻的材料主要是金屬的硫化物、硒化物和碲化物等半導體。通常採用塗敷、噴塗、燒結等方法在絕緣襯底上製作很薄的光敏電阻體及梳狀歐姆電極，接出引線，封裝在具有透光鏡的密封殼體內，以免受潮影響其靈敏度。

在黑暗環境里，它的電阻值很高，當受到光照時，只要光子能量大於半導體材料的禁帶寬度，則價帶中的電子吸收一個光子的能量后可躍遷到導帶，並在價帶中產生一個帶正電荷的空穴，這種由光照產生的電子—空穴對了半導體材料中載流子的數目，使其電阻率變小，從而造成光敏電阻阻值下降。光照愈強，阻值愈低。入射光消失后，由光子激發產生的電子—空穴對將複合，光敏電阻的阻值也就恢復原值。在光敏電阻兩端的金屬電極加上電壓，其中便有電流通過，受到波長的光線照射時，電流就會隨光強的而變大，從而實現光電轉換。光敏電阻沒有極性，純粹是一個電阻器件，使用時既可加直流電壓，也加交流電壓。半導體的導電能力取決於半導體導帶內載流子數目的多少。

光敏電阻是用硫化隔或硒化隔等半導體材料製成的特殊電阻器，表面還塗有防潮樹脂，具有光電導效應。光敏電阻的工作原理是基於內光電效應，即在半導體光敏材料兩端裝上電極引線，將其封裝在帶有透明窗的管殼裡就構成光敏電阻。為了增加靈敏度，兩電極常做成梳狀。

半導體的導電能力取決於半導體導帶內載流子數目的多少。當光敏電阻受到光照時，價帶中的電子吸收光子能量后躍遷到導帶，成為自由電子，同時產生空穴，電子—空穴對的出現使電阻率變小。光照愈強，光生電子—空穴對就越多，阻值就愈低。當光敏電阻兩端加上電壓后，流過光敏電阻的電流隨光照增大而增大。入射光消失，電子—空穴對逐漸複合，電阻也逐漸恢復原值，電流也逐漸減小。 

光敏電阻對光線十分敏感，其在無光照時，呈高阻狀態，暗電阻一般可達1.5MΩ。當有光照時，材料中激發出自由電子和空穴，其電阻值減小，隨著光照強度的升高，電阻值迅速降低，亮電阻值可小至1KΩ以下。

光敏電阻器的光照特性在大多數情況下是非線性的，只有在微小的範圍內呈線性，光敏電阻器的電阻值有較大的離散性（電阻變化、範圍大無規律）。 

光敏電阻器的靈敏度是指光敏電阻器不受到光照是的電阻值（暗阻）和受到光照時電阻值（亮阻）的相對變化值。光敏電阻的暗阻和亮阻間阻值之比約為1500：1，暗阻值越大越好，使用時給其施加直流或交流偏壓，MG型光敏電阻器適用於可見光。其主要用於各種自動控制電路、光電計數、光電跟蹤、光控電燈、照相機的自動暴光及彩色電視機的亮度自動控制電路等場合。