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光敏電阻是采用半導體材料制作,利用內(nèi)光電效應工作的光電元件。它在光線的作用下其阻值往往變小,這種現(xiàn)象稱為光導效應,因此,光敏電阻又稱光導管。
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,封裝在具有透光鏡的密封殼體內(nèi),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,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。
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,受到適當波長的光線照射時,電流就會隨光強的增加而變大,從而實現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換。光敏電阻沒有極性,純粹是一個電阻器件,使用時既可加直流電壓,也可以加交流電壓。
基本特性及其主要參數(shù)
1、暗電阻、亮電阻
光敏電阻在室溫和全暗條件下測得的穩(wěn)定電阻值稱為暗電阻,或暗阻。此時流過的電流稱為暗電流。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(wěn)定電阻值稱為亮電阻或亮阻。此時流過的電流稱為亮電流。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光敏電阻的電流之間的關系,稱為伏安特性。
由圖2.6.2可知,光敏電阻伏安特性近似直線,而且沒有飽和現(xiàn)象。受耗散功率的限制,在使用時,光敏電阻兩端的電壓不能超過最高工作電壓,圖中虛線為允許功耗曲線,由此可確定光敏電阻正常工作電壓。
圖2.6.2 光敏電阻的伏安特性 圖2.6.3 光敏電阻的光電特性 圖 2.6.4 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系稱為光電特性。如圖2.6.3所示,光敏電阻的光電特性呈非線性。因此不適宜做檢測元件,這是光敏電阻的缺點之一,在自動控制中它常用做開關式光電傳感器。
4、光譜特性
對于不同波長的入射光,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2.6.4所示。從圖中看出,硫化鎘的峰值在可見光區(qū)域,而硫化鉛的峰值在紅外區(qū)域,因此在選用光敏電阻時應當把元件和光源的種類結合起來考慮,才能獲得滿意的結果。
5、 頻率特性
當光敏電阻受到脈沖光照時,光電流要經(jīng)過一段時間才能達到穩(wěn)態(tài)值,光照突然消失時,光電流也不立刻為零。這說明光敏電阻有時延特性。由于不同材料的光敏電 阻時延特性不同,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之間的關系曲線,可以看出硫化鉛的使用頻率比硫化鉈高的 多。但多數(shù)光敏電阻的時延都較大,因此不能用在要求快速響應的場合,這是光敏電阻的一個缺陷。
圖2.6.5 光敏電阻的頻率特性 圖2.6.6 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,它的暗電阻會下降。溫度的變化對光譜特性也有很大影響。圖2.6.6是硫化鉛光敏電阻的光 譜溫度特性曲線。從圖中可以看出,它的峰值隨著溫度上升向波長短的方向移動。因此,有時為了提高靈敏度,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(可見光)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(shù)千歐姆。光敏電阻器對光的敏感性(即光譜特性)與人眼對可見光 (0.4~0.76)μm的響應很接近,只要人眼可感受的光,都會引起它的阻值變化。所以設計光控電路時,都用白熾燈泡(小電珠)光線或自然光線作控制光 源,使設計大為簡化。
光敏電阻隨入射光線的強弱其對應的阻值變化不是線性的,也就不能用它作光電的線性變換,這是使用者應注意的地方。初學者可購置一只光敏電阻器 (MG45型),在夜間點一盞60~100W的白熾燈,用萬用表直接測量光敏電阻器的阻值。測量時,應把光敏電阻對著白熾燈的光,再逐漸拉開與燈的距離 (由近到遠),觀察萬用表指示的阻值變化,可以直觀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(售價便宜)。它們的額定功率均在200mW以下。
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