光敏电阻及其应用

马爱霞+梁妍

摘 要：光敏电阻是一种无极性的纯电阻，其阻值随入射光的强弱而改变。我们把电阻随入射光的强弱改变的现象称为半导体的光电效应。该文讲述的是可见光光敏电阻在各种实际电路的连接及原理。先是讲述了光敏电阻的构成、电阻变化原理、电阻的阻值变化特征等。并重点阐述了光敏电阻的应用，重点介绍的是其在照相机自动曝光控制电路中的应用、应急自动照明灯电路中的应用及其在火灾报警电路中的应用。

关键词：光敏电阻 自动曝光 火灾报警

中图分类号：TN361 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2017）05（b）-0033-02

光敏电阻本质上就是一个纯电阻元件，并且没有极性。它既可接到直流电路中使用，也可接于交流电源电路中使用。

光敏电阻其制作材料是半导体，工作原理就是利用半导体的光电效应。它的电阻值会随着入射光的强弱而发生改变；即当入射光较强时，电阻较小，当入射光变弱时，电阻比较大。

由此种原理制成的光敏电阻器可用于光的波长、单一色光的强弱测量、光信号的控制和光电转换（将光的变化转换为电的变化）等。

1 光敏电阻的结构和工作原理

1.1 光敏电阻的结构

光敏电阻的基本结构是下面的陶瓷基板，两侧使用两只金属电极接成引脚。光敏电阻的外部包裹着一层透明树脂防潮膜，在起到能透射光线作用的同时，还能起到加固的作用，同时起到防潮的目的。它的两片金属电极互相交，呈梳齿形状交错。半导体光敏层均匀分布在波纹状的梳齿间隙里。这一层很薄的半导体光敏层，是通过涂抹、喷涂或烧结在陶瓷基板上形成。

这种制作一方面可保证较大的受光表面，又可以减小电极之间的距离，同时也能提高该器件的灵敏度。

1.2 光敏电阻的工作原理

光敏电阻的工作原理是基于半导体材料的光电效应。当光线透过梳齿间隙的树脂膜，照射到半导体材料的光敏层上时，半导体满带（价带）中的电子吸收到光线照射的能量，当价带的电子吸收太阳光的能量达到能够使其跃迁的数值时，电子就由半导体的满带跃迁到半导体的导带，由此增加了一对电子与空穴对（在满带中多出一个带正电荷的空穴，在导带中新增一个带负电荷的自由电子）。随着外界光线强度的增加，价带和导带之间的自由电荷也会越来越多。这些增加的电荷量在外加电场的作用下，自由电子受正电荷的吸引奔向电源的正极，空穴则奔向电源的负极，由此形成电流，从而促使电路中的电流增大。

2 光敏电阻的特征

光敏电阻又叫光电探测器件，是根据光电导效应制成的。光敏电阻的阻值特征是会随着外界光线的强弱变化而产生变化。当没有光线时，光敏电阻阻值（暗电阻）很大，一般是几兆欧，甚至有的可达到几百兆欧，此时光敏电阻所在的对应电路中产生的电流值很小。当光敏电阻接受到一定波长范围的光照时，它的阻值（亮电阻）急剧减小，亮电阻一般是几千欧姆，最小可达几百欧姆，若两者置于同一电路中，则电路中的电流会急剧增加。

3 光敏电阻的应用

综上所述，光敏电阻的灵敏度受到入射光线的强度影响。不仅如此，经测定还发现光敏电阻灵敏度也会受到入射光线波长的影响。根据不同波长的光照射到光敏电阻上时，其所产生的灵敏度特征不同。我们把光敏电阻分成了三种形式：第一种是硫化铅、碲化铅、硒化铅，锑化铟等半导体光敏材料，它们被称为红外光敏电阻，是对红外光比较敏感的电阻器件，应用到实际生活中主要是对红外线探测；第二种是对紫外线比较灵敏的电阻器，被称为紫外光敏电阻，这类半导体的材质主要是硫化镉、硒化镉，应用在电路中用于探测紫外线；第三种是可见光光敏电阻，这类半导体材料组成的电阻器对可见光比较灵敏，半导体光敏层的材质主要有碲化镉、砷化稼、硫化锌等，主要设计在各种可见光的光控电路及各种需要实现可见光光控的装置中。如，光控火灾报警器、照相机自动曝光装置、光控防盗报警器、光控窗帘、光控塑料温湿度大棚、自动给停水装置以及光电温度计等。

3.1 光敏电阻在照相机自动曝光控制电路中的应用

光明敏电阻可以应用于照相机的自动曝光控制电路中，构成此电路的元器件主要有：光敏电阻、电压比较器、三极管、电容等。在这个电路中，光敏电阻接到快门开关和一个电容构成的串联回路中。该电路工作的原理是：按下照相机快门的按钮时，该电路中的（快门）开关S与光敏电阻所构成的测光电路被接通。接于电压比较器负极的电容C两端的电压Uc在电路被接通的瞬间还是0，此时由于电压比较器负极的电位低于正极的电位，所以其输出结果为高电平，从而使接在其后面的晶体管导通，接在三极管输出极的电磁铁将带动快门的叶片运动，致使照相机快门被打开，开始曝光。

在照相机的快门电路被打开的同时，电源通过光敏电阻向电容开始充电，电容充电的快慢（取决于电容的充电时间），电容的充电时间正比于光敏电阻的阻值与电容的乘积，光敏电阻的阻值大小受景物接受的光线照度控制，景物接受的光线照度愈高时光敏电阻对应产生的阻值愈低，电路充电时间越短，即充电速度越快。反之景物照度较低时光敏电阻的阻值较大，充电速度较慢。这就是为什么我们晚上照相时需要较长的曝光时间的原因。

3.2 光敏电阻在应急自动照明灯电路中的应用

光敏电阻也可以应用在应急自动照明灯的电路中。其工作原理是：一旦电路供电停止，电路中的光敏电阻RG就会因为失去光线的照射而阻值变大，使振荡电路受到触发而开始工作，TWH8751振荡器输出一系列脉冲电信号，这些信号经升压后，启动日光灯管，实现生活中应急照明的需求。

3.3 光敏电阻在火灾报警器中的应用

本应用是利用光敏电阻的阻值受光照后产生变化的光电特性来检测火灾。火灾报警的原理是在正常照度下，适当调整电位器的阻值，使电路中的比较器LM393的反相接收端电压高于同相端的电压，电路指示灯不亮。一旦出现火灾，光敏电阻受到强火焰的照射，电阻阻值减小，致使反相电压降低，报警指示灯亮。同时利用光敏电阻受光照后阻值变化的特性改变555定时器的振荡频率。光照强，阻值较小，电路频率低；光照弱，阻值大，产生频率高。555定时器的震荡信号经音频功率放大器LM386放大后输出，振荡频率的变化直接对应扬声器呼叫频率的变化。

火灾自动灭火系统采用可编程逻辑器件CPLD控制，报警电路可由八个独立的报警器构成，这些报警器可布置在库房内部，由CPLD接收八个报警器状态。当有火灾发生时，靠近火灾现场的报警器启动，发出声光报警信号；同时，输出信号被CPLD采集到，启动对应位置的灭火系统开始工作。

4 结语

该文前一部分讲述的是光敏电阻的基本概念，主要介绍电阻的结构、工作原理、阻值的特征等。后一部分阐述的是光敏电阻的应用，重点介绍的是光敏电阻的几个典型应用，在各个具体应用电路中讲述了各个应用的基本电路组成和详细的原理及应用。

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