光敏电阻器工作原理,光敏电阻的特性及应用

2017-03-15 17:18分类：电子元器件阅读：

光敏电阻器简称“光电阻”或“光导管”，它是一种电阻值能够随光照强度变化而变化的特殊敏感电阻器件。跟光敏晶体管一样，光敏电阻器也是由半导体材料制作而成，其不同之处在于它没有PN结（故也称无结器件），两个引脚也无极性之分，使用起来更灵活、更方便。

光敏电阻器的用途非常广泛，在各种光的测量、光的控制及光电转换等电路中都得到了广泛应用，在生活用电子小产品（如光控玩具、光控开关等）中的应用比光敏晶体管还要普遍得多。因此，作为电子制作小达人，必须掌握光敏电阻器的基本特性、参数和识别方法。

外形和种类

常用光敏电阻器的实物外形如图19-1所示，其外形封装形式主要有金属管壳封装、玻璃管壳封装和塑料树脂封装3大类，引脚普遍为两根。金属封装管的顶端开有玻璃透光窗口，其性能好、价格较贵；玻璃封装管的管帽多呈凸透镜状，具有一定的会聚光线作用，可提高光照灵敏度；塑料树脂封装的其中一种与玻璃封装管外形相同，另一种则是在固定管芯及引脚的陶瓷基片上直接涂一层防潮环氧树脂而成（常称非密封型结构），它价格便宜、使用广泛。光敏电阻器的外形特征比较明显，其管芯受光面一般均有独特的波浪型曲线花纹。

光敏电阻器按制作材料不同，可分为多晶光敏电阻器和单晶光敏电阻器两大类。按材料名称还可分为硫化镉( CdS)、硒化镉(CdSe)、硫化铅(PbS)、硒化铅(PbSe)、锑化铟( InSb)光敏电阻器等。从光敏电阻器对不同光线的敏感程度来划分，有常用的可见光光敏电阻器，有特殊用途的红外光敏电阻器和紫外光敏电阻器等。

结构及特点

金属管壳封装的光敏电阻器结构如图19-2所示。光敏电阻器的管芯一般是在装有引脚的陶瓷基片上涂上光导电体（如硫化镉多晶体）并经过烧结而成。因管芯怕潮湿，所以采用全密封结构或在其表面涂防潮环氧树脂（非密封型）。管芯中光导电体的膜越长，面积越大，受光后，其电阻值变化也越大。因此，一般都把光导电体膜做成弓字形（蛇形状），使两电极成为交叉的梳状。目前，用量最大的光导电体材料是硫化镉( CdS)，且掺有少量铜、银等杂质，以有效提高产品的光灵敏度。

光敏电阻器作为一种无结（即PN结）器件，其光敏特性主要利用了光导电体（即半导体）的光致导电特性。在受到光照时，光导电体会被激发产生空穴和自由电子（统称光生载流子），并在外加电场的作用下作相向漂移运动，电子奔向电源的正极，空穴奔向电源的负极，从而使光导电体的电阻率发生显著变化。即：光敏电阻器的电阻值会随入射光线的强弱而改变，入射光线越强，电阻值越小；入射光线越弱，电阻值越大。利用这一特性，可对各种“光”信号进行检测，并通过专门的处理电路，完成电子自动检测、光电控制、通信、报警等任务。

由于不同材料、不同掺杂和不同工艺制成的光敏电阻器，具有在特定波长的光照射下，其电阻值随入射光线强弱变化较为灵敏的特性（也就是说具有不同的光谱特性），所以常见产品有可见光光敏电阻器、红外光光敏电阻器和紫外光光敏电阻器等之分。

主要参数

①亮电阻（RL）。这是指光敏电阻器在受到一定强度（常为1001x）的光照射时，所反映出的电阻值（简称亮阻）。

②暗电阻（RD）。这是指光敏电阻器在无光照射（即01 x）的黑暗环境下，所反映出的电阻值（简称暗阻）。

③阻值变化倍数(K)。这是指光敏电阻器不受光照时的暗电阻与受到光照时的亮电阻的比值，即K=RD/RL，它反映出光敏电阻器对光的敏感程度。实际应用时，该参数越大越好。值得注意的是，一些厂家的产品采用暗电阻与亮电阻的相对变化值（RD/RL）来定义该参数，并称之为灵敏度。

④最大工作电压( URM)。这是指光敏电阻器在额定功率下所允许承受的最高工作电压．，光敏电阻器的最高工作电压一般在20 - 250V，使用中不得超过该极限值。

⑤额定功率（PM）。这是指光敏电阻器在接入电路正常工作时，所允许消耗的最大电功率（也称允许功耗）。一般光敏电阻器的感光面积越大，它的额定功率也越大。当环境温度升高时，光敏电阻器允许消耗的功率就要降低。光敏电阻器在使用时不允许超过这一极限值，以免造成器件损坏。

⑥峰值波长(λp)。光敏电阻器对不同波长的光的反应灵敏度是不同的。规定当光敏电阻器的光谱响应为最大时，所对应的波长叫峰值波长。

⑦响应时间(tr)。这是指光敏电阻器将光信号转换成电信号所需要的时间。晌应时间越短，说明反应速度越快，工作频率也就越高。

⑧电阻温度系数(ar)。这是指光敏电阻器在环境温度每改变10C时，其电阻值的相对变化。它是表征光敏电阻器稳定性的重要参数。

除了以上常用参数外，反映光敏电阻器性能的参数还有光电流/L.暗电流/D，它们分别表示光敏电阻器在有光照射和无光照射时，在规定的外加电压下所通过光敏电阻器的电流。

型号命名

光敏电阻器的型号命名方法五花八门，最常见的国产MGXX-XX系列由4部分组成，其中：第1部分是主称，用汉语拼音字母“M”表示敏感元器件；第2部分是类别，用汉语拼音字母“G”表示光敏电阻器；第3部分是用途或特征，用阿拉伯数字“1-3”表示紫外光光敏电阻器，用“4-6”表示可见光敏电阻器，用“7-9”表示红外光光敏电阻器，用“0”表示特殊光敏电阻器；第4部分是产品规格和序号，格式为“X-XX”（×均为阿拉伯数字），主要用来区分有关参数和规格的差异等，具体可参见表19-1。

表19-1 国产MGXX-XX系列光敏电阻器的型号和主要参数
封装形式	型号	100来lx亮阻RL(KΩ)	0lx暗阻 RD(MΩ)	最大工作电压 UPM(V)	额定功率 PM（mW）	响应时间 tr(ms)	峰值波长 λp(nm)	使用环境温度（℃）
金属壳全密封型	MG41-21	≤1	≥0.1
	MG41-22	≤2	≥1	100	20
	MG41-23	≤5	≥5	100	20	≤20	620~630	-40~70
	MG41-24	≤10	≥10			≤20	620~630	-40~70
	MG41-47	≤100	≥50	150	100
	MG41-48	≤200	≥100	150	100
	MG42-02	≤2	≥0.1
	MG42-03	≤5	≥0.5	20	8	≤50
	MG42-04	≤10	≥1	20	8	≤50	520~590	-40~+55
	MG42-05	≤20	≥2				520~590	-40~+55
	MG42-16	≤50	≥10	50	10	≤20
	MG42-17	≤100	≥20	50	10	≤20
塑料树脂封装（非密封型）	MG44-02	≤2	≥0.2
	MG44-03	≤5	≥1	20	5
	MG44-04	≤10	≥2	20	5
	MG44-05	≤20	≥5
	MG45-12	≤2	≥1
	MG45-13	≤5	≥5	50	10
	MG45-14	≤10	≥10	50	10	≤20		-40~+70
	MG45-32	≤2	≥1			≤20		-40~+70
	MG45-33	≤5	≥5	150	50		560~580
	MG45-34	≤10	≥10	150	50		560~580
	MG45-35	≤20	≥20
	MG45-52	≤2	≥1
	MG45-53	≤5	≥5	250	200
	MG45-54	≤10	≥10

除上述以外，常用光敏电阻器还有RGXXX系列、GLXXXX系列、JN54CXXX系列、MJ55XX系列等。由于大多数光敏电阻器的型号都不会、也无法在管壳上面标注出来，所以要知道产品的型号，就只能查看产品包装及其说明书。对于无包装或说明书的光敏电阻器，通常不一定非要弄清楚它的型号，只要测试出关键的亮电阻RL、暗电阻RD等参数，一股就可根据需要进行使用了。

引脚识别

由于光敏电阻器的引脚无极性，所以它的两根引脚线排列是无位序的。在实际应用时，只要将两根引脚无倒顺之分接入电路中即可，这较之光敏二极管和光敏三极管来说，使用起来更加方便。但应注意的是，有的光敏电阻器具有3个引脚，它实际上是将两个光敏电阻器组装在了同一个外壳中，其常见型号有MG41-2×10B、MG41-2×10C、MG41-2×1 2、MG41—2×13、MG43-2×42、MG41-2×43型等，它们的内部电路接线和引脚识别如图19-3所示。在实际使用时，不可弄错公用脚。

电路符号

光敏电阻器的电路符号如图19-4所示。其图形符号是在普通固定电阻器的图形符号旁边增加了两个箭头朝里的箭头线——表示接受外来光线的意思，以形象地反映光敏电阻器的电阻值能够随着入射光线的强弱变化而变化。注意：以前光敏电阻器的电路符号中还加有一个圆圈（表示外壳），现已废弃这个圆圈。不过读者在查看早期的一些电路图时，会碰到带有圆圈的光敏电阻器图形符号，它跟不带圆圈的光敏电阻器图形符号所表示的含义是没有什么区别的，