光敏电阻

光敏电阻器或光导管

光敏电阻（photoresistor orlight-dependent resistor，后者缩写为LDR）是一种基于内光电效应的半导体元件，它的阻值依赖于入射光强的变化。入射光强增加，光敏电阻的阻值减小，入射光减弱，光敏电阻阻值增大。光敏电阻没有极性，使用时在其两端施加一个任意方向的外加电压，通过测量回路中的电流大小就可以反映入射光的强弱。

简介

光敏电阻是用半导体材料制备的光电导器件，其基于半导体的内光电效应，光照愈强，阻值就愈低，亮电阻值可小至1KΩ以下。在无光照时，光敏电阻呈高阻状态，暗电阻一般可达1.5MΩ。光敏电阻具有体积小、反应速度快、光谱响应范围宽等优势，在光电控制、自动控制、通信等领域有着广泛应用。

器件结构

光敏电阻的典型结构包括：绝缘衬底、光敏层和电极。光敏层一般采用轻掺杂的半导体材料，如金属硫化物、硒化物和碲化物，通过淀积方法与绝缘衬底结合。电极材料一般采用金、铟等金属，利用蒸镀或溅射方法制备在光敏层的两侧，形成欧姆接触。为了尽可能降低接触电阻，蒸镀的电极面积必须足够大。为了不影响光敏层的受光面积，兼顾器件的灵敏度，电极通常采用梳齿状图案。光敏电阻的封装通常采用采用环氧树脂封装和金属封装。在光敏电阻的电极上引线到封装基座，然后封装在带有透明窗的管壳里，以避免受潮影响其灵敏度。环氧树脂封装光敏电阻按陶瓷基板直径分为Ø3mm、Ø4mm、Ø5mm、Ø7mm、Ø11mm、Ø12mm、Ø20mm、Ø25mm 。

参数特性

（1）光电流、亮电阻。光敏电阻器在一定的外加电压下，当有光照射时，流过的电流称为光电流，外加电压与光电流之比称为亮电阻，表示符号为“100LX”。

（2）暗电流、暗电阻。光敏电阻在一定的外加电压下，当没有光照射的时候，流过的电流称为暗电流。外加电压与暗电流之比称为暗电阻，表示符号为“0LX”

（3）灵敏度。灵敏度指的是光敏电阻的暗电阻与光电阻的比值。暗电阻越大、亮电阻越小，光敏电阻的灵敏度越高。

（4）光谱响应。光谱响应又称光谱灵敏度，是指光敏电阻在不同波长的单色光照射下的灵敏度。若将不同波长下的灵敏度画成曲线，就可以得到光谱响应的曲线。

（5）光照特性。光照特性指光敏电阻输出的电信号随光照度而变化的特性。从光敏电阻的光照特性曲线可以看出，随着的光照强度的增加，光敏电阻的阻值开始迅速下降。若进一步增大光照强度，则电阻值变化减小，然后逐渐趋向平缓。在大多数情况下，该特性为非线性。

（6）伏安特性曲线。在一定照度下，加在光敏电阻两端的电压与电流之间的关系称为伏安特性。在给定偏压下,光照度越大，光电流也越大。在一定的光照度下，所加的电压越大，光电流越大，而且无饱和现象。但是电压不能无限地增大，因为任何光敏电阻都受额定功率、最高工作电压和额定电流的限制，否则可能会导致光敏电阻永久性损坏。

（7）温度系数。光敏电阻的光电效应受温度影响较大。对于硫化镉光敏电阻，亮电阻和暗电阻均随着温度的升高而增大，且亮电阻的增大更为明显，说明了硫化镉光敏电阻的灵敏度随温度升高而降低。

（8）额定功率。额定功率是指光敏电阻在电路中工作时所允许消耗的功率，当温度升高时，其消耗的功率就降低。

（9）频率特性。当光敏电阻受到脉冲光照射时，光电流要经过一段时间才能达到稳定值，而在停止光照后，光电流也不立刻为零，这就是光敏电阻的时延特性。由于不同材料的光敏，电阻时延特性不同，所以它们的频率特性也不同。硫化铅的使用频率比硫化镉高得多，但多数光敏电阻的时延都比较大，所以，不能用在要求快速响应的场合。

原理

光敏电阻的工作原理是半导体的内光电效应。在黑暗条件下，光敏电阻内部的大部分电子是不能自由移动的价带电子，此时光敏电阻的阻值很高。当存在波长合适的光照时，光敏电阻内的价带电子会吸收光子能量跃迁到导带，成为可以导电的自由电子，并在价带中留下一个空穴。光强越大，激发的电子-空穴对数量越多，光敏电阻的阻值也就越低。需要强调的是，这种光吸收过程发生的必要条件是光子能量大于等于半导体的禁带宽度：

式中，E和Eg分别为光子能量和半导体的禁带宽度，ν和λ分别入射光的频率和波长，c是光速，h是普朗克常数。通过选择不同的半导体材料和掺杂元素，可以调控光敏电阻的响应波段。

当光被移除时，相反的情况发生了，导带电子与价带空穴重新结合，光敏电阻的阻值增加。光敏电阻的恢复过程不是瞬时完成的，通常需要一定的时间，典型值为几分之一秒到几百秒，取决于使用的半导体材料。

应用

光敏电阻属半导体光敏器件，具有灵敏度高，响应速度快，，稳定性好的优点。光敏电阻已经应用于照相机电子快门、火灾报警器、自动窗帘、太阳跟踪系统等光自动开关领域。

优缺点

光敏电阻具有以下特点：

优点：

（1）光谱响应范围宽。根据光电导材料的不同，光谱响应可从紫外、可见光、近红外扩展到远红外，尤其对红光和红外光具有较高的响应度。

（2）工作电流大，可达数毫安。

（3）灵敏度高，光电导增益大于1.

（4）无极性之分，使用方便。

（5）既可以测强光也可以测弱光。

缺点

（1）强光照射下光电转换线性较差。

（2）光电弛豫过程较长。

（3）频率响应低，无法应用在对速度要求很高的场合。

（4）工作特性受温度影响较大。

分类

（1）按半导体材料分：本征型光敏电阻、掺杂型光敏电阻。后者性能稳定，特性较好，故大都采用它。

（2）根据光敏电阻的光谱特性，可分为三种光敏电阻器：

1、紫外光敏电阻器：对紫外线较灵敏，包括硫化镉、硒化镉光敏电阻器等，用于探测紫外线。

2、红外光敏电阻器：主要有硫化铅、碲化铅、硒化铅。锑化铟等光敏电阻器，广泛用于导弹制导、天文探测、非接触测量、人体病变探测、红外光谱，红外通信等国防、科学研究和工农业生产中。

3、可见光光敏电阻器：包括硒、硫化镉、硒化镉、碲化镉、砷化镓、硅、锗、硫化锌光敏电阻器等。主要用于各种光电控制系统，如光电自动开关门户，航标灯、路灯和其他照明系统的自动亮灭，自动给水和自动停水装置，机械上的自动保护装置和“位置检测器”，极薄零件的厚度检测器，照相机自动曝光装置，光电计数器，烟雾报警器，光电跟踪系统等方面。

光敏电阻的检测

（1）用一黑纸片将光敏电阻的透光窗口遮住，此时万用表的指针基本保持不变，阻值接近无穷选择大。此值越大说明光敏电阻性能越好；若此值很小或接近为零，说明光敏电阻损坏，不能使用。

（2）将一光源对准光敏电阻的透光窗口，此时万用表的指针应有大幅度向右摆动，阻值明显减小，此值越小说明光敏电阻性能越好。若此值很大甚至无穷大，说明光敏电阻内部开路损坏，不能使用。

（3）将光敏电阻透光窗口对准入射光线，用小黑纸片在光敏电阻的遮光窗上部晃动，使其间断受光，此时，万用表指针应左右摆动，如果万用表指针始终停在某一位置，，说明光敏电阻损坏。

选用原则

硫化铅光敏电阻在较宽的光谱范围内均有较高的灵敏度，峰值在红外区域；硫化镉、硒化镉的峰值在可见光区域。因此，在选用光敏电阻时，应把光敏电阻的材料和光源的种类结合起来考虑，才能获得满意的效果。

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