光敏電阻器的特性和應用

光敏電阻是采用半導體材料制作，利用內led/' target='_blank'>光電效應工作的led/' target='_blank'>光電元件。它在光線(xiàn)的作用下其阻值往往變小，這種現象稱(chēng)為光導效應，因此，光敏電阻又稱(chēng)光導管。

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，然后接出引線(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。光敏電阻的原理結構如圖所示。在黑暗環(huán)境里，它的電阻值很高，當受到光照時(shí)，只要光子能量大于半導體材料的禁帶寬度，則價(jià)帶中的電子吸收一個(gè)光子的能量后可躍遷到導帶，并在價(jià)帶中產(chǎn)生一個(gè)帶正電荷的空穴，這種由光照產(chǎn)生的電子—空穴對增加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(fā)產(chǎn)生的電子—空穴對將逐漸復合，光敏電阻的阻值也就逐漸恢復原值。

在光敏電阻兩端的金屬電極之間加上電壓，其中便有電流通過(guò)，受到適當波長(cháng)的光線(xiàn)照射時(shí)，電流就會(huì )隨光強的增加而變大，從而實(shí)現光電轉換。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，也可以加交流電壓。

基本特性及其主要參數

1、暗電阻、亮電阻

光敏電阻在室溫和全暗條件下測得的穩定電阻值稱(chēng)為暗電阻，或暗阻。此時(shí)流過(guò)的電流稱(chēng)為暗電流。例如MG41-21型光敏電阻暗阻大于等于0.1M。

光敏電阻在室溫和一定光照條件下測得的穩定電阻值稱(chēng)為亮電阻或亮阻。此時(shí)流過(guò)的電流稱(chēng)為亮電流。MG41-21型光敏電阻亮阻小于等于1k。

亮電流與暗電流之差稱(chēng)為光電流。

顯然，光敏電阻的暗阻越大越好，而亮阻越小越好，也就是說(shuō)暗電流要小，亮電流要大，這樣光敏電阻的靈敏度就高。

2、伏安特性

在一定照度下，光敏電阻兩端所加的電壓與流過(guò)光敏電阻的電流之間的關(guān)系，稱(chēng)為伏安特性。

由圖2可知，光敏電阻伏安特性近似直線(xiàn)，而且沒(méi)有飽和現象。受耗散功率的限制，在使用時(shí)，光敏電阻兩端的電壓不能超過(guò)最高工作電壓，圖中虛線(xiàn)為允許功耗曲線(xiàn)，由此可確定光敏電阻正常工作電壓。

圖2 光敏電阻的伏安特性　　　　　　 圖3 光敏電阻的光電特性 　　　　　　圖 4 光敏電阻的光譜特性

3、光電特性

光敏電阻的光電流與光照度之間的關(guān)系稱(chēng)為光電特性。如圖3所示，光敏電阻的光電特性呈非線(xiàn)性。因此不適宜做檢測元件，這是光敏電阻的缺點(diǎn)之一，在自動(dòng)控制中它常用做開(kāi)關(guān)式光電傳感器。

4、光譜特性

對于不同波長(cháng)的入射光，光敏電阻的相對靈敏度是不相同的。各種材料的光譜特性如圖4所示。從圖中看出，硫化鎘的峰值在可見(jiàn)光區域，而硫化鉛的峰值在紅外區域，因此在選用光敏電阻時(shí)應當把元件和光源的種類(lèi)結合起來(lái)考慮，才能獲得滿(mǎn)意的結果。

5、 頻率特性

當光敏電阻受到脈沖光照時(shí)，光電流要經(jīng)過(guò)一段時(shí)間才能達到穩態(tài)值，光照突然消失時(shí)，光電流也不立刻為零。這說(shuō)明光敏電阻有時(shí)延特性。由于不同材料的光敏電阻時(shí)延特性不同，所以它們的頻率特性也不相同。圖2.6.5給出相對靈敏度Kr，與光強變化頻率f之間的關(guān)系曲線(xiàn)，可以看出硫化鉛的使用頻率比硫化鉈高的多。但多數光敏電阻的時(shí)延都較大，因此不能用在要求快速響應的場(chǎng)合，這是光敏電阻的一個(gè)缺陷。

圖5 光敏電阻的頻率特性　　　　　 圖6 硫化鉛的光譜溫度特性

6、溫度特性

光敏電阻和其他半導體器件一樣，受溫度影響較大，當溫度升高時(shí)，它的暗電阻會(huì )下降。溫度的變化對光譜特性也有很大影響。圖6是硫化鉛光敏電阻的光譜溫度特性曲線(xiàn)。從圖中可以看出，它的峰值隨著(zhù)溫度上升向波長(cháng)短的方向移動(dòng)。因此，有時(shí)為了提高靈敏度，或為了能接受遠紅外光而采取降溫措施。

常用的光敏電阻器是硫化鎘光敏電阻器，它是由半導體材料制成的。光敏電阻器的阻值隨入射光線(xiàn)（可見(jiàn)光）的強弱變化而變化，在黑暗條件下，它的阻值（暗阻）可達1~10MΩ；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(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。所以設計光控電路時(shí)，都用白熾燈泡（小電珠）光線(xiàn)或自然光線(xiàn)作控制光源，使設計大為簡(jiǎn)化。

光敏電阻隨入射光線(xiàn)的強弱其對應的阻值變化不是線(xiàn)性的，也就不能用它作光電的線(xiàn)性變換，這是使用者應注意的地方。初學(xué)者可購置一只光敏電阻器（MG45型），在夜間點(diǎn)一盞60~100W的白熾燈，用萬(wàn)用表直接測量光敏電阻器的阻值。測量時(shí)，應把光敏電阻對著(zhù)白熾燈的光，再逐漸拉開(kāi)與燈的距離（由近到遠），觀(guān)察萬(wàn)用表指示的阻值變化，可以直觀(guān)驗證光敏電阻的特牲，以加深對它的感性認識。

常用的光敏電阻器型號有密封型的MG41、MG42、MG43和非密封型的MG45（售價(jià)便宜）。它們的額定功率均在200mW以下。