基礎知識之光電阻
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1. 什么是光電阻？
光電阻是用硫化鎘或硒化鎘等半導體材料制成的特殊電阻器，其工作原理是基于內光電效應。光照愈強，阻值就愈低，隨著(zhù)光照強度的升高，電阻值迅速降低，亮電阻值可小至1KΩ以下。光敏電阻對光線(xiàn)十分敏感，其在無(wú)光照時(shí)，呈高阻狀態(tài)，暗電阻一般可達1.5MΩ。
本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/202403/456087.htm光敏電阻器一般用于光的測量、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，它是由半導體材料制成的。光敏電阻器對光的敏感性（即光譜特性）與人眼對可見(jiàn)光（0.4~0.76）μm的響應很接近，只要人眼可感受的光，都會(huì )引起它的阻值變化。
下圖為常見(jiàn)的光敏傳感器：
2. 光電阻是如何工作的？
光敏電阻的工作原理是基于內光電效應。在半導體光敏材料兩端裝上電極引線(xiàn)，將其封裝在帶有透明窗的管殼里就構成光敏電阻，為了增加靈敏度，兩電極常做成梳狀。用于制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。通常采用涂敷、噴涂、燒結等方法在絕緣襯底上制作很薄的光敏電阻體及梳狀歐姆電極，接出引線(xiàn)，封裝在具有透光鏡的密封殼體內，以免受潮影響其靈敏度。
光敏電阻的材料在光照下會(huì )發(fā)生光電效應，即光子的能量會(huì )被吸收并導致材料的電阻值發(fā)生變化。當光敏電阻暴露在光線(xiàn)下時(shí)，光子會(huì )激發(fā)光敏材料中的電子，使其躍遷到導帶中，產(chǎn)生電流。這會(huì )導致光敏電阻的電阻值降低。因此，光敏電阻的電阻值和光照強度呈反比關(guān)系：光照強度越高，電阻值越低。光敏電阻沒(méi)有極性，純粹是一個(gè)電阻器件，使用時(shí)既可加直流電壓，也加交流電壓。半導體的導電能力取決于半導體導帶內載流子數目的多少。
3. 如何應用光電阻傳感器？
光敏電阻傳感器（也稱(chēng)為光敏電阻器或光敏電流元件）是一種能夠感知光照強度變化的電子元件。它們在許多應用中都有廣泛的用途。以下是幾個(gè)常見(jiàn)的光敏電阻傳感器的應用方向：
1、光照控制：光敏電阻傳感器可以用于室內外照明系統中，根據光照強度的變化自動(dòng)調節燈光的亮度。
2、智能家居：光敏電阻傳感器可以與其他智能家居設備（如智能燈泡、窗簾等）配合使用，根據環(huán)境的光照變化實(shí)現自動(dòng)化控制。
3、攝影與攝像：光敏電阻傳感器可以幫助相機自動(dòng)調節快門(mén)速度和曝光時(shí)間，以便在不同的光照條件下拍攝清晰的照片和視頻。
4、安防系統：光敏電阻傳感器可以用于安防系統中，當周?chē)h(huán)境的亮度發(fā)生變化時(shí)，觸發(fā)警報或其他安全措施。
5、能量節約：光敏電阻傳感器可用于智能照明系統或太陽(yáng)能發(fā)電系統，以?xún)?yōu)化能量使用并提高能源效率。
4. 光電阻的典型應用電路
圖(1)是一種典型的光控調光電路，其工作原理是：當周?chē)饩€(xiàn)變弱時(shí)引起光敏電阻的阻值增加，使加在電容C上的分壓上升，進(jìn)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?chē)墓饩€(xiàn)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(shí)下降，使燈光變暗，從而實(shí)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(dòng)電壓，不能將其用電容濾波變成平滑直流電壓，又可使電容C的充電在每個(gè)半周從零開(kāi)始，準確完成對可控硅的同步移相觸發(fā)。
圖(2)是一種簡(jiǎn)單的暗激發(fā)繼電器開(kāi)關(guān)電路。其工作原理是：當照度下降到設置值時(shí)由于光敏電阻阻值上升激發(fā)VT1導通，VT2的激勵電流使繼電器工作，常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)，實(shí)現對外電路的控制。
圖(3)是一種精密的暗激發(fā)時(shí)滯繼電器開(kāi)關(guān)電路。其工作原理是：當照度下降到設置值時(shí)由于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(fā)VT導通，VT的激勵電流使繼電器工作，常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)，實(shí)現對外電路的控制。
4. 光電阻傳感器的優(yōu)缺點(diǎn)
優(yōu)點(diǎn)：
1、靈敏度高：光敏電阻對光照的變化非常敏感，能夠快速地響應光強的變化。
2、范圍廣：它可以覆蓋廣泛的光強范圍，從紅外到可見(jiàn)光再到紫外線(xiàn)。
3、成本低廉：與其他光敏元件相比，光敏電阻的制造成本相對較低，使其成為常見(jiàn)的光敏元件之一。
4、結構簡(jiǎn)單：光敏電阻通常由半導體材料制成，其結構相對簡(jiǎn)單，易于使用和集成到各種電路中。
缺點(diǎn)：
1、響應速度較慢：與其他光敏元件（如光電二極管）相比，光敏電阻的響應速度較慢，因此在某些快速響應要求的應用中可能不太適合。
2、線(xiàn)性度差：光敏電阻的響應與光照之間的關(guān)系并非線(xiàn)性，這可能導致一些精密光測量應用中的誤差。
綜上所述，光敏電阻具有高靈敏度、廣泛的光強范圍和低成本等優(yōu)點(diǎn)，但也存在響應速度較慢和線(xiàn)性度差的缺點(diǎn)。根據具體應用的需求，選擇適當的光敏元件，如光電二極管或光電傳感器，可能更為合適。
5. 光電阻傳感器的供應商有哪些？
Advanced Photonix : Advanced Photonix是一家專(zhuān)注于光電子技術(shù)的公司。他們的產(chǎn)品包括光電二極管、光電探測器、光纖通信模塊等。Advanced Photonix的產(chǎn)品主要應用于通信、醫療、工業(yè)和軍事領(lǐng)域。
Parallax Inc : Parallax Inc是一家提供教育和娛樂(lè )電子產(chǎn)品的公司。他們的產(chǎn)品包括基于微控制器的開(kāi)發(fā)板、傳感器、機器人等。Parallax Inc的產(chǎn)品主要面向教育市場(chǎng)和個(gè)人愛(ài)好者，旨在幫助人們學(xué)習和探索電子技術(shù)。
Sparkfun : Sparkfun Electronics是一家開(kāi)源硬件公司，提供各種各樣的電子元器件和開(kāi)發(fā)工具。他們的產(chǎn)品包括傳感器、模塊、開(kāi)發(fā)板等。Sparkfun的產(chǎn)品以創(chuàng )新性和開(kāi)源性為特點(diǎn)，適合創(chuàng )客和愛(ài)好者使用。
Adafruit : Adafruit是一家開(kāi)源硬件公司，專(zhuān)注于開(kāi)發(fā)和制造創(chuàng )新的電子產(chǎn)品和工具。他們提供各種各樣的電子元器件和模塊，包括傳感器、顯示屏、開(kāi)發(fā)板等。Adafruit的產(chǎn)品以易用性和開(kāi)源性為特點(diǎn)，適合創(chuàng )客和愛(ài)好者使用。
下面為上述供應商的應用場(chǎng)景對比：
6. 從哪里選型和購買(mǎi)光電阻傳感器？
DigiKey網(wǎng)站上光電阻傳感器選型
下面是對于Digikey網(wǎng)站前5個(gè)光敏電阻元器件的對比選型：
7.使用RP2040驅動(dòng)光敏電阻傳感器的單示例
下面為RP2040與光敏電阻傳感器模塊的實(shí)物連接圖：
下面為RP2040與光敏電阻傳感器模塊的管腳連接：
下面為RP2040與光敏電阻傳感器模塊使用的代碼：
from machine import Pin, ADC
from time import sleep
adc = ADC(Pin(26)) #設置ADC的管腳
while 1:
adc_num = adc.read_u16() #讀取ADC的原始值，0-65535 對應電壓 0.0v - 3.3v
adc_val = adc_num/65535*3.3 #將ADC的原始值轉換為電壓值
print(str(adc_val)) #將獲取到的值傳輸到PC端打印
下面為光敏電阻傳感器模塊無(wú)光照時(shí)PC端打印的數據：
下面為光敏電阻傳感器模塊在光照下時(shí)PC端打印的數據：
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