光敏電阻工作原理

光敏電阻器(photovaristor)又叫光感電阻，是利用半導體的光電效應制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。光敏電阻器一般用于光的測量、光的控制和光電轉(zhuǎn)換(將光的變化轉(zhuǎn)換為電的變化)。

圖一

圖二

通常，光敏電阻器都制成薄片結(jié)構(gòu)，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(nèi)就激發(fā)出電子—空穴對，參與導電，使電路中電流增強。一般光敏電阻器結(jié)構(gòu)如圖所示。

(二)光敏電阻的分類

根據(jù)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，用于探測紫外線。

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，廣泛用于導彈制導、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(nóng)業(yè)生產(chǎn)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。主要用于各種光電控制系統(tǒng)，如光電自動開關門戶，航標燈、路燈和其他照明系統(tǒng)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(shù)器，煙霧報警器，光電跟蹤系統(tǒng)等方面。

(三)光敏電阻的材料及原理

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。

在黑暗環(huán)境里，它的電阻值很高，當受到光照時，只要光子能量大于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，并在價帶中產(chǎn)生一個帶正電荷的空穴，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(shù)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。

(四)光敏電阻的應用

光敏電阻可廣泛應用于各種光控電路，如對燈光的控制、調(diào)節(jié)等場合，也可用于光控開關，下面給出幾個典型應用電路。

1、光敏電阻調(diào)光電路

圖1是一種典型的光控調(diào)光電路，其工作原理是：當周圍光線變?nèi)鯐r引起光敏電阻RG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(xiàn)對燈光照度的控制。

圖1 光控調(diào)光電路

注意：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。原因在于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(fā)。

2、光敏電阻式光控開關

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(fā)、暗激發(fā)及精密亮激發(fā)、暗激發(fā)等等，下面給出幾種典型電路。

圖2是一種簡單的暗激發(fā)繼電器開關電路。其工作原理是：當照度下降到設置值時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，常開觸點閉合，常閉觸點斷開，實現(xiàn)對外電路的控制。

圖2 簡單的暗激發(fā)光控開關

圖3是一種精密的暗激發(fā)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，常開觸點閉合，常閉觸點斷開，實現(xiàn)對外電路的控制。