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。我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在各種實際電路的連接及原理。先是講述了光敏電阻的構成、電阻變化原理、電阻的阻值變化特征等。并重點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：TN361 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）05（b）-0033-02

光敏電阻本質上就是一個純電阻元件，并且沒有極性。它既可接到直流電路中使用，也可接于交流電源電路中使用。

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的陶瓷基板，兩側使用兩只金屬電極接成引腳。光敏電阻的外部包裹著一層透明樹脂防潮膜，在起到能透射光線作用的同時，還能起到加固的作用，同時起到防潮的目的。它的兩片金屬電極互相交，呈梳齒形狀交錯。半導體光敏層均勻分布在波紋狀的梳齒間隙里。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。

這種制作一方面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。當光線透過梳齒間隙的樹脂膜，照射到半導體材料的光敏層上時，半導體滿帶（價帶）中的電子吸收到光線照射的能量，當價帶的電子吸收太陽光的能量達到能夠使其躍遷的數值時，電子就由半導體的滿帶躍遷到半導體的導帶，由此增加了一對電子與空穴對（在滿帶中多出一個帶正電荷的空穴，在導帶中新增一個帶負電荷的自由電子）。隨著外界光線強度的增加，價帶和導帶之間的自由電荷也會越來越多。這些增加的電荷量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，由此形成電流，從而促使電路中的電流增大。

2 光敏電阻的特征

光敏電阻又叫光電探測器件，是根據光電導效應制成的。光敏電阻的阻值特征是會隨著外界光線的強弱變化而產生變化。當沒有光線時，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，此時光敏電阻所在的對應電路中產生的電流值很小。當光敏電阻接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

綜上所述，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波長的影響。根據不同波長的光照射到光敏電阻上時，其所產生的靈敏度特征不同。我們把光敏電阻分成了三種形式：第一種是硫化鉛、碲化鉛、硒化鉛，銻化銦等半導體光敏材料，它們被稱為紅外光敏電阻，是對紅外光比較敏感的電阻器件，應用到實際生活中主要是對紅外線探測；第二種是對紫外線比較靈敏的電阻器，被稱為紫外光敏電阻，這類半導體的材質主要是硫化鎘、硒化鎘，應用在電路中用于探測紫外線；第三種是可見光光敏電阻，這類半導體材料組成的電阻器對可見光比較靈敏，半導體光敏層的材質主要有碲化鎘、砷化稼、硫化鋅等，主要設計在各種可見光的光控電路及各種需要實現可見光光控的裝置中。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

光明敏電阻可以應用于照相機的自動曝光控制電路中，構成此電路的元器件主要有：光敏電阻、電壓比較器、三極管、電容等。在這個電路中，光敏電阻接到快門開關和一個電容構成的串聯回路中。該電路工作的原理是：按下照相機快門的按鈕時，該電路中的（快門）開關S與光敏電阻所構成的測光電路被接通。接于電壓比較器負極的電容C兩端的電壓Uc在電路被接通的瞬間還是0，此時由于電壓比較器負極的電位低于正極的電位，所以其輸出結果為高電平，從而使接在其后面的晶體管導通，接在三極管輸出極的電磁鐵將帶動快門的葉片運動，致使照相機快門被打開，開始曝光。

在照相機的快門電路被打開的同時，電源通過光敏電阻向電容開始充電，電容充電的快慢（取決于電容的充電時間），電容的充電時間正比于光敏電阻的阻值與電容的乘積，光敏電阻的阻值大小受景物接受的光線照度控制，景物接受的光線照度愈高時光敏電阻對應產生的阻值愈低，電路充電時間越短，即充電速度越快。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

光敏電阻也可以應用在應急自動照明燈的電路中。其工作原理是：一旦電路供電停止，電路中的光敏電阻RG就會因為失去光線的照射而阻值變大，使振蕩電路受到觸發而開始工作，TWH8751振蕩器輸出一系列脈沖電信號，這些信號經升壓后，啟動日光燈管，實現生活中應急照明的需求。

3.3 光敏電阻在火災報警器中的應用

本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。火災報警的原理是在正常照度下，適當調整電位器的阻值，使電路中的比較器LM393的反相接收端電壓高于同相端的電壓，電路指示燈不亮。一旦出現火災，光敏電阻受到強火焰的照射，電阻阻值減小，致使反相電壓降低，報警指示燈亮。同時利用光敏電阻受光照后阻值變化的特性改變555定時器的振蕩頻率。光照強，阻值較小，電路頻率低；光照弱，阻值大，產生頻率高。555定時器的震蕩信號經音頻功率放大器LM386放大后輸出，振蕩頻率的變化直接對應揚聲器呼叫頻率的變化。

火災自動滅火系統采用可編程邏輯器件CPLD控制，報警電路可由八個獨立的報警器構成，這些報警器可布置在庫房內部，由CPLD接收八個報警器狀態。當有火災發生時，靠近火災現場的報警器啟動，發出聲光報警信號；同時，輸出信號被CPLD采集到，啟動對應位置的滅火系統開始工作。

4 結語

該文前一部分講述的是光敏電阻的基本概念，主要介紹電阻的結構、工作原理、阻值的特征等。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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