光敏电阻

光敏电阻

光敏电阻器（photovaristor）又叫光感电阻，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；入射光强，电阻减小，入射光弱，电阻增大。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）。

通常，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。一般光敏电阻器结构如图所示。

原理

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。

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—空穴对增加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—空穴对将逐渐复合，光敏电阻的阻值也就逐渐恢复原值。

分类

根据光敏电阻的光谱特性，可分为三种光敏电阻器：

紫外光敏电阻器：对紫外线较灵敏，包括硫化镉、硒化镉光敏电阻器等，用于探测紫外线。

红外光敏电阻器：主要有硫化铅、碲化铅、硒化铅。锑化铟等光敏电阻器，广泛用于导弹制导、天文探测、非接触测量、人体病变探测、红外光谱，红外通信等国防、科学研究和工农业生产中。

可见光光敏电阻器：包括硒、硫化镉、硒化镉、碲化镉、砷化镓、硅、锗、硫化锌光敏电阻器等。主要用于各种光电控制系统，如光电自动开关门户，航标灯、路灯和其他照明系统的自动亮灭，自动给水和自动停水装置，机械上的自动保护装置和“位置检测器”，极薄零件的厚度检测器，照相机自动曝光装置，光电计数器，烟雾报警器，光电跟踪系统等方面。

主要参数

光敏电阻的主要参数有亮电阻，暗电阻，光电特性 光谱特性，频率特性，温度特性。在光敏电阻两端的金属电极之间加上电压，其中便有电流通过，受到适当波长的光线照射时，电流就会随光强的增加而变大，从而实现光电转换。没有极性，纯粹是个电阻器件，使用时可加直流也可以加交流

制作材料

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，然后接出引线，封装在具有透光镜的密封壳体内，以免受潮影响其灵敏度。光敏电阻的原理结构如图2.6.1所示。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—空穴对增加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—空穴对将逐渐复合，光敏电阻的阻值也就逐渐恢复原值。

应用范围

光敏电阻的应用广泛，例如：照相机自动测光、光电控制、室内光线控制、报警器、工业控制、光控开关、光控灯、电子玩具、光控音乐IC、 电子验钞机等各个领域。

光敏电阻又称光导管，它的工作原理是基于光电导效应：在无光照时，光敏电阻具有很高的阻值，在有光照时，当光子的能量大于材料禁带宽度，价带中的电子吸收光子能量后跃迁到导带，激发出可以导电的电子—空穴对，使电阻降低；光线愈强，激发出的电子—空穴对越多，电阻值越低；光照停止后，自由电子与空穴复合，导电性能下降，电阻恢复原值。光敏电阻几乎都是用半导体材料制成的光电器件。光敏电阻没有极性，纯粹是一个电阻器件，若在两端加一电压，则电路中的电流随光强弱而变化，这种现象在非接触式光电控制中十分有用。使用时既可加直流电压，也可加交流电压，光敏电阻的暗电阻一般为兆欧级，亮电阻在千欧以下。

图1为光敏电阻的原理结构。它是涂于玻璃底板上的一薄层半导体物质，半导体的两端装有电极，金属电极与引出线端相连接，光敏电阻就通过引出线端接入电路。为了防止周围介质的影响，在半导体光敏层上覆盖了一层漆膜，漆膜的成分应使它在光敏层最敏感的波长范围内透射率最大。其时间常数一般在毫秒级，光敏电阻具有特性稳定、寿命长、价格低等优点。

图1

光敏电阻通常用在陶瓷或硅衬底上沉积一层半导体材料CdS或CdSe制成。外覆一层透明树脂构成光学透镜用于光的聚焦，CdS或CdSe半导体材料在无光照射状态下，自由载流子很少，当受光照射时，载流子增加，电阻减小。其值与所用材料和制作工艺等相关，伴随着电阻的改变，其光响应时间也会改变。光敏电阻对不同的光波长，其灵敏度也不同。CdS的峰值响应波长在600nm附近 ，CdSe的峰值响应波长在750nm附近。

光敏电阻的特性：

（1）光谱特性

光敏电阻对不同波长的光，光谱灵敏度不同，而且不同种类光敏电阻峰值波长也不同。光敏电阻的光谱灵敏度和峰值波长与所采用的材料、掺杂浓度有关。图2为硫化镉、硫化铅硫化铊光敏电阻的光谱特性曲线。由图可见，硫化镉光敏电阻可见光区域，接近人的视觉特性；而硫化铅在红外区域。

图2 光敏电阻的光谱灵敏度

（2）伏安特性

在一定照度下，光敏电阻两端所加的电压与光电流之间的关系，称为伏安特性。硫化镉光敏电阻的伏安特性曲线如图3所示，由曲线可知，在给定的偏压下，光照度越大，光电流也越大，在一定的光照度下，电压越大，光电流也越大，且没有饱和现象。但是不能无限制地提高电压，任何光敏电阻都有最大额定功率，最高工作电压和最大额定电流，超过最大工作电压和最大额定电流，都可能导致光敏电阻永久性损坏。耗散功率500mW

图3 光敏电阻的伏安特性

（3）响应时间和频率特性

在阶跃脉冲光照射下，光敏电阻的光电流要经历一段时间才达到最大饱和值，光照停止后，光电流也要经历一段时间才下降到零。这是光电导的弛豫现象，通常用响应时间来描述。响应时间又分为上升时间、和下降时间、，如图4所示。

图4 光敏电阻的响应时间

常用时间常数来描述响应时间的长短。光敏电阻的时间常数在数量级。实验表明：光敏电阻的响应时间与前历时间有关，在暗处防置时间越长，响应时间越长；响应时间也与照度有关，照度越大，响应时间越短。由于不同材料光敏电阻有不同的响应时间，因而它们的频率特性也不相同。图5表示不同材料光敏电阻的频率特性，即相对光谱灵敏度与照度调制频率的关系曲线。

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