光敏電阻及其應用

馬愛霞+　梁妍

摘 要：光敏電阻是一種無極性的純電阻，其阻值隨入射光的強弱而改變。人們把電阻隨入射光的強弱改變的現象稱為半導體的光電效應。該文講述的是可見光光敏電阻的應用，首先介紹了光敏電阻的結構、工作原理、光敏電阻的特征等，隨后闡述了光敏電阻的應用，重點介紹的是其在照相機自動曝光控制電路中的應用、應急自動照明燈電路中的應用及其在火災報警電路中的應用。

關鍵詞：光敏電阻 自動曝光 火災報警

中圖分類號：TM75 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）04（a）-0115-02

光敏電阻是一種沒有極性的純電阻器件，它在電路應用中既可用于直流電路，也可應用在交流電路中。

光敏電阻其制作材料是半導體，工作原理就是利用半導體的光電效應。它的電阻值會隨著入射光的強弱而發生改變，即當入射光較強時，電阻較小；當入射光變弱時，電阻比較大。

由此種原理制成的光敏電阻器可用于光的波長、單一色光的強弱測量，光信號的控制和光電轉換（將光的變化轉換為電的變化）等。

1 光敏電阻的結構和工作原理

1.1 光敏電阻的結構

光敏電阻的基本結構是下面由陶瓷基板構成，兩側是由兩只金屬電極形成引腳。整個結構的外圍由一層透明樹脂防潮膜包裹著，一方面起到透光作用，同時又能起到防潮和加固的作用。它的兩片金屬電極的呈梳齒狀互相交錯，從波紋狀的梳齒間隙里露出來的物質即為半導體光敏層。這一層很薄的半導體光敏層，是通過涂抹、噴涂或燒結在陶瓷基板上形成的。

這種制作既可保證較大的受光表面，又可以減小電極之間的距離，同時也能提高該器件的靈敏度。

1.2 光敏電阻的工作原理

光敏電阻的工作原理是基于半導體材料的光電效應。當光線透過樹脂膜和梳齒間隙照射到半導體光敏層上時，半導體滿帶（價帶）中的電子會吸收到光線照射帶來的能量，當吸收的能量達到一定值時，電子就可由半導體的滿帶躍遷到半導體的導帶，這樣就產生了一對電子一空穴對，即在滿帶中產生一個帶正電荷的空穴，在導帶中產生一個帶負電荷的自由電子。在外加電場的作用下，自由電子受正電荷的吸引奔向電源的正極，空穴則奔向電源的負極，這些參與導電的粒子形成電流，從而使電路中的電流增大。

2 光敏電阻的特征

光敏電阻是根據光電導效應制成的光電探測器件。光敏電阻的特征是阻值會隨著光照強弱的變化而發生變化。當無光照時，光敏電阻阻值（暗電阻）很大，一般是幾兆歐，甚至有的可達到幾百兆歐，此時電路中對應產生的電流也很小。當光敏電阻受到一定波長范圍的光照時，它的阻值（亮電阻）急劇減小，亮電阻一般是幾千歐姆，最小可達幾百歐姆，若兩者置于同一電路中，則電路中的電流會急劇增加。

3 光敏電阻的應用

如上所述，光敏電阻的靈敏度受到入射光線的強度影響。不僅如此，經測定還發現光敏電阻靈敏度也會受到入射光線的波長的影響。根據測定光敏電阻對不同波長的光，其所產生的靈敏度特征。把光敏電阻分為3種形式的電阻：一種是硫化鉛、碲化鉛、硒化鉛，銻化銦等半導體光敏材料，對紅外光較為敏感的光敏電阻。這種光敏電阻主要用于紅外線探測；二是對紫外線比較靈敏的紫外光敏電阻，半導體光敏層的材質主要有：硫化福 ，硒化福等，主要用于紫外線探測；三是對可見光比較靈敏的可見光光敏電阻，半導體光敏層的材質主要有：硫化福、硒化福、篩化福、砷化稼、硫化鋅等，主要用于各種光控電路及光控裝置。如光控火災報警器、照相機自動曝光裝置、光控防盜報警器、光控窗簾、光控塑料溫濕度大棚、自動給停水裝置以及光電溫度計等。

3.1 光敏電阻在照相機自動曝光控制電路中的應用

構成照相機自動曝光電路的主要元器件有：光敏電阻、電壓比較器、三極管、電容等。當按動該電路的快門的按鈕時，電路中的開關S與光敏電阻所構成的測光和充電電路被接通。接通時電容C兩端的電壓Uc（接于電壓比較器的負極）還是0，此時由于電壓比較器的負輸入端的電位低于正輸入端而使其輸出為高電平，使晶體管導通，電磁鐵將帶動快門的葉片打開快門，照相機開始曝光。

快門打開的同時，電源通過電位器與光敏電阻向電容充電，其充電的速度（即充電時間的長短）取決于由光敏電阻的阻值與電容的乘積大小產生的充電時間常數，二光敏電阻的大小受景物的照度控制，景物照度愈高時光敏電阻的阻值愈低，充電速度愈快。反之景物照度較低時光敏電阻的阻值較大，充電速度較慢。這就是為什么我們晚上照相時需要較長的曝光時間的原因。

3.2 光敏電阻在應急自動照明燈電路中的應用

如圖1所示是光敏電阻在應急自動照明中的應用。其工作原理是：一旦電網停電，光敏電阻RG就會會因為失去光照而阻值增大，使TWH8751的②腳產生低電位，觸發振蕩電路開始工作，TWH8751的輸出端輸出一系列脈沖電流，其脈沖電流經變壓器T升壓后，啟動日光燈管，實現電網停電后的應急照明。

3.3 光敏電阻在火災報警器中的應用

該應用是利用光敏電阻的阻值受光照后產生變化的光電特性來檢測火災。工作原理是工作前（正常照度下），適時調節電位器的阻值，使電路中的比較器LM393的反相輸入端電位高于同相端的電位，這時指示燈較暗。如果發生火災，光敏電阻受到到火焰的照射，阻值相應減小，致使同相端電位升高，報警指示變亮。同時利用光敏電阻受光照后阻值變化的特性控制555定時器的振蕩頻率。光照強，阻值變小，輸出頻率低；光照弱，阻值變大，輸出頻率高。555定時器的輸出信號經音頻功率放大器LM386，從揚聲器輸出，振蕩頻率的變化就反映在揚聲器的呼叫頻率上。

火災自動滅火系統使用可編程邏輯器件CPLD控制，報警系統可由八個獨立的報警器組成，這些報警器可均布于庫房內部，由CPLD監控八個報警器狀態。當有火災發生時，臨近火災現場的報警器工作，發出聲光報警信號；同時，火災信號由CPLD采集到，控制相應部位的滅火系統工作。

4 結語

該文前一部分講述的是光敏電阻的基本概念，包括光敏電阻的結構、工作原理、光敏電阻的特征等。后一部分闡述的是光敏電阻的應用，重點介紹的是光敏電阻的幾個典型應用，在各個具體應用電路中講述了各個應用的基本電路組成和詳細的原理及應用。

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