光敏电阻应用 ppt课件
《光敏电阻说》课件
光谱响应
表示光敏电阻在不同波长光线下的灵敏度。理想的光敏电阻 应在全光谱范围内具有均匀的光谱响应，但实际产品可能存 在偏差。
04
光敏电阻的选型与使 用
光敏电阻的主要参数
灵敏度
光敏电阻对光的敏感程 度，通常以暗电阻和亮 电阻之间的差异来表示
。
响应时间
光敏电阻从一种状态转 换到另一种状态所需的
时间。
当光照射在光敏电阻上时，光子穿过光敏层，将能量传递给电子，使电子获得 能量成为自由电子，形成光生电场。光生电场对电子进行收集，形成光电流。
光敏电阻的等效电路
等效电路的组成
光敏电阻的等效电路由光敏层、 电极和基底等组成。
等效电路的参数
光敏层的电阻率、电极的接触电阻 和基底的绝缘电阻等参数都会影响 光敏电阻的性能。
亮电阻与亮电流
亮电阻
在有光照条件下，光敏电阻的电阻值。亮电阻越小，说明光敏电阻对光的响应越 灵敏。
亮电流
在有光照条件下，流过光敏电阻的电流。亮电流越大，说明光敏电阻的性能越好 。
光电灵敏度与光谱响应
光电灵敏度
表示光敏电阻单位面积上产生光电流的能力，通常用微安/勒 克斯表示。光电灵敏度越高，说明光敏电阻的性能越好。
《光敏电阻说》 PPT课件
目 录
• 光敏电阻简介 • 光敏电阻的工作原理 • 光敏电阻的参数与性能指标 • 光敏电阻的选型与使用 • 光敏电阻的发展趋势与未来展望 • 总结
01
光敏电阻简介
什么是光敏电阻
定义
光敏电阻是一种光电传感器，能 够将光信号转换为电信号。
工作原理
光敏电阻由半导体材料制成，其 电阻值随光照强度的变化而变化 。当光敏电阻受到光照时，其阻 值会减小，从而产生电信号。
第十二讲 光敏电阻
22
二、特性参数
2.光电导灵敏度
S g定义为光电导g p与输入光照度E之比。
gp gpA Sg Φ E Φ A gp
g p ： 光电导（西门子S）
： 照度（勒克斯lx）
A：入射通量（流明lm)
21
二、特性参数
2.光电导灵敏度 灵敏度与光电增益的区别 材料特性 （1）灵敏度是光电导体在光照下产生光电导能力的大小。 结构参数 （2）增益指在工作状态下，各参数对光电导效应的增强能力。
U G ( n n p p ) 2 L
U
L
样品长度可以大大提高增益； ②、增加载流子的寿命也可提高增益。 光敏面作成蛇形，电极作成梳状是可保证有较大的受光表面，减小电 极之间距离，减小极间电子渡越时间，也有利于提高灵敏度。
为什么要做成 蛇形？
电阻的前历效应。
2
知识应用
1、光敏电阻适于作为 ( B ) A、光的测量元件 B、光电导开关元件 C、加热元件 D、发光元件 2、光敏电阻的性能好、灵敏度高，是指给定 电压下 ( C )
A、暗电阻大
B、亮电阻大 C、暗电阻与亮电阻差值大 D、暗电阻与亮电阻差值小
1
本讲小结
1、光敏电阻的原理和三种结构
Rf V0 I s Rd 1 R i
Is：信号电流 光敏电阻工作电路图
36
一、原理与结构
1 基本原理
当负载电阻(RL)与暗电阻(Rd)相同 时，可获得最大的信号输出。
相对输出(%)
信号输出与RL/Rd的关系曲线
35
一、原理与结构
2 基本结构 在微弱辐射作用下光电导灵敏度与光敏电阻两电极间距离l的平方成 反比；在强辐射作用下光电导灵敏度与光敏电阻两电极间距离l的二分之 三次方成反比。 它由一块涂在绝缘基底上的光电导
光电导器件(光敏电阻)
目 录
• 引言 • 光敏电阻的工作原理 • 光敏电阻的种类与特性 • 光敏电阻的应用实例 • 光敏电阻的发展趋势与未来展望 • 结论
01 引言
主题简介
01
光电导器件（光敏电阻）是一种 光电转换器件，其工作原理是利 用光电导效应将光信号转换为电 信号。
02
光电导器件具有灵敏度高、响应 速度快、线性范围宽等优点，广 泛应用于光信号检测、光通信、 自动控制等领域。
光电倍增管
总结词
光电倍增管是一种高灵敏度的光电器件，它通过倍增光电效应产生的微弱电流来提高检测灵敏度。
详细描述
光电倍增管由多个倍增极组成，每个倍增极都具有较高的增益。当光照在光电倍增管的阴极上时，光 生电子被释放并被电场加速到下一个倍增极，在那里再次发生光电效应并释放更多的电子。通过多个 倍增极的连续放大，微弱的光电流被显著放大，从而实现高灵敏度的光电检测。
05 光敏电阻的发展趋势与未 来展望
提高光电转换效率
01
02
03
新型结构设计
通过优化光敏电阻的结构 设计，提高对光的吸收和 利用效率，从而提高光电 转换效率。
材料改性
通过材料改性技术，改善 光敏电阻的光吸收和光电 转换性能，如掺杂、合金 化等手段。
表面处理
对光敏电阻表面进行特殊 处理，提高表面光吸收和 光电转换效率，如涂覆增 透膜、表面微纳结构等。
光电灵敏度
响应时间
表示光敏电阻阻值变化量与光照强度变化 量的比值，反映了光敏电阻对光的敏感程 度。
光敏电阻从无光照状态到有光照状态，或 从有光照状态到无光照状态所需的时间， 反映了光敏电阻的反应速度。
03 光敏电阻的种类与特性
光电二极管
光敏电阻
4．照相机电子测光电路
下图所示是照相机电子测光电路。在中档照相机中，光敏电阻器作为电 子测光元件。电路中，Rl是光敏电阻器，R2是热敏电阻器，VD1和VD2是发 光二极管。
4.HgxCd1-xTe探测器
HgxCd1-xTe探测器是一种化合物本征型光电导探测器，它是由 HgTe和CdTe两种材料混在一起的固溶体，其禁带宽度随组分x呈线性变化， 当x=0.2时响应波长为8um~14um，工作温度77K，用液氮制冷。内电流 增益约为500，低电阻，广泛用于10.6um的CO2激光探测。
光敏电阻的特性
1.光电特性： Ip=SgErUa
Ip——光电流，即光敏电阻两端加上 一定电压后亮电流I与暗电流Id之差。 E——光照度。 R——光照指数，它与材料和入射光 强弱有关。 U——光敏电阻两端所加电压。 a——电压指数，它与光电导体和电 极材料之间的接触有关。 Sg——光电导灵敏度。
2.伏安特性
使用注意事项
1.用于测光的光源光谱特性必须与光敏电阻的光敏特性匹配； 2.要防止光敏电阻受杂散光的影响； 3要防止使用光敏电阻的电参数（电压、功耗）超过允许值；
4.根据不同用途，选用不同特性的光敏电阻。一般来说，用于信息数 字传输时，选用亮电阻与暗电阻差别大的光敏电阻为宜，且尽量选用 光照指数r大的光敏电阻；用于模拟信息传输时，则以选用r值小的光 敏电阻为好，因为这种光敏电阻的线性特性好。
5.光谱响应特性
光敏电阻的光谱特性
几种典型的光敏电阻
1.CdS探测器和CdSe探测器 CdS探测器和CdSe探测器是两种低造价的可见光辐射探测器，它们 的主要特点是高可靠和长寿命，因而广泛应用于自动化技术和摄影机中的 光计量。这两种器件的光电导增益比较高（103～104）。 2.PbS探测器 PbS探测器是一种性能优良的近红外辐射探测器，其波长响应范围在 1um~3.4um，峰值响应波长为2um，内阻（暗阻）大约为1MΩ，响应时 间约200us，室温工作能提供较大的电压输出。广泛应用于遥感技术和武 器红外制导技术。 3.InSb探测器 InSb探测器也是良好的近红外辐射探测器，它虽然也能在室温工作， 但噪声较大。在77K下，噪声性能大大改善，峰值响应波长为5um，它和 PbS探测器显著的不同在于：内阻低（大约50Ω），而响应时间短（大约 50×10-9），因而适应于快速红外信号探测。
光敏电阻(PPT课件)
电流
电压 电压
电磁感应 电磁感应
牛顿第 二定律
加速度
电压
五、小结： 1、传感器的概念： 传感器是指这样一类元件：它能够感受诸如力、温度、光、 声、化学成分等非电学量，并能把它们按照一定的规律转换 为电压、电流等电学量，或转换为电路的通断。 2、传感器的工作原理： 非电学量 敏感元件 转换器件 转换电 路 电学量
4)应用：光控电路、光电计数器、报警器
实验一 : 光控开关
实验原理及知识准备
（1）如图所示光控电路， 用发光二极管LED模仿路灯， RG为光敏电阻，R1的最大电 阻为51 kΩ，R2为 330 kΩ， 试分析其工作原理。
（2）要想在天更暗时路灯才会亮，应该把R1 的阻值调大些还是调小些？为什么？
图乙中，用白炽 灯模仿路灯，为何 要用到继电器？
（2）光敏传感器部件
1、光敏电阻
1）特性： 当改变光照强度时，电阻的大小也随着改变。
一般随着光照强度的增大电阻值减小。
2）材料： 制作光敏电阻的材料一般为半导体。如：硫化镉
3）半导体的导电原理： 半导体靠其中的载流子（自由电子和空穴） 来导电
光敏电阻能够把光照强弱这个光学量 转换为电 阻这个电学量
3、敏感元件： （1）光敏电阻 （光电传感器）
（2）热敏电阻和热电阻 （ 温度传感器） （3）电容式传感器 （位移传感器）
（4）霍尔元件 （磁传感器）
二、常用的几种传感
1、干簧管 2、光敏电阻 3、热敏电阻 4、金属热电阻 是一种能感知磁场的传感器 电阻随光照的增强而减小 （半导体材料） 一般随温度升高电阻减小 （半导体材料） 温度升高电阻增大
5、电容式位移传感器 6、霍尔元件
【课后设计】火警报警器 设计要求：温度过高，发生警报 学生分组讨论：①需要什么器材？ ②提出设计方案； ③讨论并提出改进意见； ④还可以用于生活中的哪些方面？
《光敏电阻》课件
目录
• 光敏电阻简介 • 光敏电阻的应用 • 光敏电阻的优缺点 • 光敏电阻的参数与规格 • 光敏电阻的选择与使用 • 光敏电阻的发展趋势与未来展望
01
光敏电阻简介
定义与特性
定义
光敏电阻是一种光电传感器，能 够将光信号转换为电信号。
特性
具有高灵敏度、快速响应、稳定 性好等优点，广泛应用于光强度 检测、自动控制等领域。
技术发展趋势
技术创新
随着科技的不断进步，光敏电阻技术也在持续创新，新型 材料和工艺的应用将进一步提升光敏电阻的性能。
集成化与微型化
为了满足现代电子产品对小型化的需求，光敏电阻正朝着 集成化、微型化的方向发展，实现更小体积、更高灵敏度 的性能。
智能化与多功能化
光敏电阻技术将与人工智能、物联网等技术结合，实现智 能化、多功能化的应用，提升光敏电阻在自动化控制、智 能家居等领域的应用价值。
应用场景
广泛应用于家庭、学校、工厂、仓库等场所的火 灾预防和报警。
03
光敏电阻的优缺点
优点
01
02
03
04
高灵敏度
光敏电阻的灵敏度较高，能够 快速响应光线的变化。
线性输出
在一定的光照范围内，光敏电 阻的输出电压与光照强度成线 性关系，便于测量和控制。
稳定性好
光敏电阻的特性参数稳定，不 易受温度、湿度等因素的影响
应用场景
广泛应用于室内照明、舞 台灯光、阅读灯等场合。
光电开关
总结词
光敏电阻可以作为光电开关的感 应元件，实现物体位置的检测和
自动控制。
详细描述
通过检测物体遮挡或反射的光线， 光敏电阻可以输出相应的电信号， 从而判断物体的位置或运动状态。
光敏电阻的应用
1. 举例说明光敏电阻的应用画出原理图及工作过程 路灯自动点熄控制由两部分组成：电阻R 、电容C 和二极管D 组成半波整流滤波电路；RCds 光敏电阻和继电器组成光控继电器;路灯接在继电器常闭触点上,由光控继电器来控制路灯的点燃和熄灭．光暗时,光敏电阻的阻值很高,继电器关,灯亮；光亮时,光敏电阻的阻值降低,继电器开,灯灭;2. 硅光电池的工作原理和等效电路为下图：a 光电池工作原理图b 光电池等效电路图c 进一步简化 从图b 中可以得到流过负载R L 的电流方程为：)1()1(/0/0--=--==KT qV s E KT qV s p D p e I E S e I I I I I －其中,S E 为光电池的光电灵敏度,E 为入射光照度,I s0是反向饱和电流,是光电池加反向偏压后出现的暗电流;当I L ＝0时,R L ＝∞开路,此时曲线与电压轴交点的电压通常称为光电池开路时两端的开路电压,以V OC 表示,由式1解得：⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=1ln 0I Iq kT Up OC当IpIo 时,)/ln()/(0I I q kT U p OC ≈当R L ＝0即特性曲线与电流轴的交点时所得的电流称为光电流短路电流,以Isc 表示,所以Isc ＝I p ＝Se ·E从上两式可知,光电池的短路光电流Isc 与入射光照度成正比,而开路电压Uoc 与光照度的对数成正比;3. 光外差检测只有在下列条件下才可能得到满足：①信号光波和本征光波必须具有相同的模式结构,这意味着所用激光器应该单频基模运转;②信号光和本振光束在光混频面上必须相互重合,为了提供最大信噪比,它们的光斑直径最好相等,因为不重合的部分对中频信号无贡献,只贡献噪声; ③信号光波和本振光波的能流矢量必须尽可能保持同一方向,这意味着两束光必须保持空间上的角准直;④在角准直,即传播方向一致的情况下,两束光的波前面还必须曲率匹配,即或者是平面,或者有相同曲率的曲面;⑤在上述条件都得到满足时,有效的光混频还要求两光波必须同偏振,因为在光混频面上它们是矢量相加;4.光电检测系统的定义：是指对待测光学量或由非光学待测物理量转换成的光学量,通过光电变换和电路处理的方法进行检测的系统;光电检测系统的构成：光源,照明光学系统,,被测对象,光学变换,光信号匹配处理,光电转换,电信号的放大与处理,计算机,控制,存储和显示等部分;5.在微弱辐射作用下,光电导材料的光电灵敏度有什么特点为什么把光敏电阻造成蛇形在微弱辐射作用下,光电导材料的光电灵敏度是定值,输出光电流与入射光通量成正比,即保持线性关系;光敏电阻做成蛇形,一方面既可以保证有较大的受光面积,一方面减小电极之间的距离,从而既可以减小载流子的有效极间渡越时间,提高载流子的平均寿命,增大增益,也有利于提高灵敏度;6.写出硅光电二极管的全电流方程,说明各项物理意义; 无光照流过PN 结的电流方程：)1(/0-=KT qU s d e I I有光照反偏压流过PN 结的电流方程：I=I s0e qU/KT -1- I p是正向暗电流； 是反向饱和电流； 是电子电荷量； 是结端偏置电压； 是玻尔兹曼常数； 是热力学温度； 是光生电流;7.为什么结型光电器件在正向偏置时没有明显的光电效应需在哪种偏置状态为什么p-n 结在外加正向偏压时,即使没有光照,电流也随着电压指数级在增加,所以有光照时,光电效应不明显;p-n 结必须在零偏和反向偏压的状态下,有明显的光电效应产生,这是因为p-n 结在反偏电压下产生的电流要饱和,所以光照增加时,得到的光生电流就会明显增加;8.光电倍增管的供电电路分为负高压供电与正高压供电,试说明两种供电电路的特点;阳极接地,负高压供电:可消除外部信号输出电路与阳极之间的电位差;后面可通过一个低电压耦合电容与交流放大器相接,也可以直接与直流放大器相接由于靠近管子玻壳的金属支架或磁屏蔽筒接地,它们与阴极和倍增极之间存在比较高的电位差,结果使某些光电子打到玻壳上产生噪声；如果靠近光电阴极的端面或玻壳接地,具有高负电位的阴极与地之间就会产生漏电流;阴极接地,正高压供电：光、磁、电的屏蔽罩可以跟阴极靠得近些,屏蔽效果好,暗电流小,噪声低;阳极处于正高压,会导致寄生电容大,匹配电缆连接复杂,特别是后面若接直流放大其,整个放大器都处于高电压,不利于安全操作;后接交流放大器,使用耐高压的耦合电容来输出信号,也可将外部信号电路与阳极高压电源隔开;只适用于交流或脉冲信号测量系统;1.分析主动红外报警电路的工作原理;该主动红外报警电路分为发送端和接收端,发送端由发光二极管产生红外辐射,入射到光电三极管中,在经过光电变换及电路处理获得信息;当有人通过时,随人的移动进一步转换为交变的电信号输出;电信号经放大,鉴别后,控制警灯,警铃等装置进行报警;同时也可以利用报警信号其他处理的控制,如关门,摄像,开高压等;2,叙述激光干涉测长的原理,画出原理图;2.利用psd 位置传感器如何测量光点Ａ偏离中心的位置1I ＝0I R ／1R ,2I ＝0I R ／2R1I ／0I ＝R ／1R =2L-x ’ /2L 2I ／0I ＝R ／2R =x ’/2Lx ’=L1-1I -2I /1I +2I则入射光点M 的坐标为x=L 1I -2I /1I +2I4.PSD 用于液面位置变化测量的示意图cos h x θ∆=⋅1I ＝0I R ／1R ,2I ＝0I R ／2R 1I ／0I ＝R ／1R =2L-x ’ /2L 2I ／0I ＝R ／2R =x ’/2Lx ’=L1-1I -2I /1I +2I则入射光点M 的坐标为x=L 1I -2I /1I +2I5.以双光束干涉为例,分析相干检测的基本原理：设两相干平面波的振动 E1x,y 和E2x,y 分别为：⎩⎨⎧+-=+-=)]},([ex p{),()]},([ex p{),(22221111y x t j a y x E y x t j a y x E ϕωϕω两束光合成时,所形成干涉条纹的强度分布Ix,y 可表示为：)],(cos[2),(212221y x t a a a a y x I ϕω+∆++=)]},(cos[),(1){,(y x t y x y x A ϕωγ+∆+=式中,2221),(a a y x A +=是条纹光强的直流分量；)/(2),(222121a a a a y x +=γ是条纹的对比度； 21ωωω-=∆ 是光频差； ),(),(),(21y x y x y x ϕϕϕ-= 相位差; 当两束频率相同的光即单频光相干时,有21ωω= ,即 0=∆ω,此时)]},(cos[),(1){,(),(y x y x y x A y x I ϕγ+= 当两束光的频率不同,干涉条纹将以 ω∆的角频率随时间波动,形成光学拍频信号,也叫外差干涉信号;如果两束光的频率相差较大,超过光电检测器件的频响范围,将观察不到干涉条纹;在两束光的频率相差不大 ω∆较小的情况下,采用光电检测器件可以探测到干涉条纹信号,并且可以通过电信号处理直接测量拍频信号的频差及相位等参数,从而能以极高的灵敏度测量出相干光束本本身的特征参量,形成外差检测技术;实际上,干涉条纹的强度取决于相干光的相位差,而相位差又取决于光传输介质的折射率n 对光的传播距离ds 的线积分,即02λπϕ⎰=Lnds对于均匀介质,上式可简化为：/2λπϕnL =对上式中的变量L 和n 作全微分可得到相位变化量1I ϕ)(20L n n L ∆+∆=∆λπϕ6.溶液浓度的测量原理和工作过程：光源1发出的光经单色器2后成为单色光,该单色光的波长应选为待测溶液的峰值吸收波长;将该光线用分束器BS 分成两束,分别通过待测溶液S2和参比溶液S1,并用两个性能一致的光电探测器接收;由于参比溶液对工作波长的光不产生吸收,而待测溶液对该波长的光有较强的吸收,因此,探测器PD1接收到的光强度I1即为入射光强度I0,而探测器PD2接收到的光强度I2取决于待测溶液的浓度;系统输出电压为：2110012210122(lg lg )/lgR K U C I I R R C R K ϕϕϕϕ=-=数;为PD1上产生的光电流;2I ϕ为PD2上产生的光式中,C0为比例常电流；K1、K2为PD1和PD2的灵敏度,1ϕ 、2ϕ 为到达PD1和PD2上的光通量;若PD1和PD2性能一致,则K1＝K2,故上式可变为：2121001212lg lg R R IU C C R R I ϕϕ== 由于在忽略反射和散射的情况下,I1=I2,故02lgI U K I =可见,最后输出电压即为溶液的吸光度值,亦即反映了溶液的浓度;7.分析干涉条纹光强检测法,画出原理图;在干涉场中确定的位置上用光电元件直接检测干涉条纹的光强变化称为条纹光强检测法;下图给出了一维干涉测长的实例;为了获得最佳的光电信号,要求有最大的交变信号幅值和信噪比,这需要光学装置和光电检测器确保最佳工作条件,尽可能地提高两束光的相干度和光电转换的混频效率;单频光相干时,合成信号的瞬时光强为：221212(,,)2cos[()]I x y t a a a a t φ=++0[1cos(2)]LI I n δπλ∆=+供电电源电压和偏置电路电阻的阻值;。
光敏电阻-PPT
(2)转换电路把输出转换成电学量信号 通过元件把敏感元件的输出转换成电学量信号，最 后借助于转换电路把电学量信号转换为便于处理、 显示、记录或控制的量．下面通过力传感器来进一 步学习．
力传感器主要是利用敏感元件和变阻器把力学信号 (位移、速度、加速度等)转换为电学信号(电压、电 流等)的仪器．力传感器广泛地应用于社会生产、 现代科技中，如安装在导弹、飞机、潜艇和宇宙飞 船上的惯性导航系统及ABS防抱死制动系统等．
【精讲精析】 (1)电子秤需要将重力所产生的压力 这个力学量转换成电流这个电学量，需要力传感 器． (2)要控制恒温箱内的温度达到恒定值或在某一确定 范围内，需要将温度这个热学量转换成易测量的电 流这个电学量，应该用温度传感器． (3)根据要求，这个开关与亮度有关，可用光传感器 控制；还与有没有人经过有关，有人经过可用人走 动发出的声音控制，所以可用光和声传感器，也就 是平时商店里卖的声光控电子开关． 【答案】 (1)力传感器 (2)温度传感器 (3)声传 感器和光传感器
3．力敏电阻 通常电子秤中就有力敏电阻，它属于压力传感 器．常用的压力传感器有金属应变片和半导体 力敏电阻．力敏电ห้องสมุดไป่ตู้一般以桥式连接，受力后 就破坏了电桥的平衡，使之输出相应的电信 号．
4．气敏电阻 有一种煤气泄漏报警器，在瓦斯泄漏后会报 警，甚至启动抽油烟机通风．这种报警器内 就是装置了一种气敏电阻．这种半导体在表 面吸收了某种自身敏感的气体之后会发生反 应，而使自身的电阻值改变．气敏电阻根据 型号对不同的气体敏感．有的是对汽油，有 的是对一氧化碳，有的是对酒精．
(2)a 传感器的读数恰为零，即左侧弹簧的弹力 F1′＝0，因两弹簧相同，左弹簧伸长多少，右 弹簧就缩短多少，所以右弹簧的弹力变为 F2′ ＝20 N，滑块所受合力产生加速度，由牛顿第
1-5 光敏电阻与传感器[9页]
![1-5 光敏电阻与传感器[9页]](https://img.taocdn.com/s3/m/f81addc6f111f18582d05a90.png)
核心
• 读取输入值 • 根据输入值的变化，调整led
作业讲解
Байду номын сангаас
基本实际情况
• 1 个按钮控制三个led • 2 三个按钮控制1个led
交通灯的如何用一个按钮控制
• 基本任务： 按一下 交通灯变换一次。 • 至少是四种状态（0全灭，1亮红 2亮绿 3亮黄）
• 算法描述： • 定义1个数字变量：初始值为0 • 按钮按一次 ，数值增加1 • 当数字为4时，数字重新变成0 • 根据数值不同，选择不同的灯
1-5：光敏电阻与传感器
於潜中学《创新实验室绿筠课程系列》
什么是光敏电阻
• 光敏电阻器又称光导管，特性是在特定光的照射下，
其阻值迅速减小，可用于检测可见光。
• 简单来讲：阻值会随光照发生显著变化。
线路链接？
程序算法演示
• 获取A0读数 • 判断A0读数变化
程序算法演示
• 获取A0读数，判断A0读数变化 • 根据A0变化 触发led的亮与灭
光电子技术王俊波光敏电阻.ppt
2021/4/3
பைடு நூலகம்
说明 ：
（1) 光敏电阻为纯电阻，符合欧姆定律，对多数半 导体，当 电场强度超过104伏特/厘米 （强光时）， 不遵守欧姆 定律。硫化镉例外，其伏安特性在100多 伏（就2）不光成照线使光性敏了电。阻发热，使得在额定功耗内工作，其最
高使用电压由其耗散功率所决定，而功耗功率又和其面积 大小、散热情况有关。
比最大 2021/4/3
10、光谱特性：相对灵敏度与波长的关系
可见光区光敏电阻的光谱特性 光谱特性曲线覆盖了整个可见光区，峰值波长在515
～600nm之间。尤其硫化镉的峰值波长与人眼的很敏感的峰 值波长（555nm）是很接近的，因此可用于与人眼有关的仪 器，例如照相机、照度计、光度计等。
2021/4/3
2021/4/3
2.光电导灵敏
度 S g 定义为光电导g p 与输入光照度E
之S比g 。gEp Φgp
gpA Φ
A
g p ： 光电导（西门子 ：S）照度（勒克斯
A：入lx射）通量（流明
lm)
2021/4/3
注意：灵敏度与光电增益的区别 材料特性
（1）灵敏度是光电导体在光照下产生光电导能力的大小。 结构参数
U
L
在么，外在而n 电时是场 间作 内。用下，向从阳阳极极漂输移出，的如电果子大就于不t nrt是r，一那个
2021/4/3
增益可理解为：样品中每产生一个光生载流子所 构成的流入外电路的载流子数。
G τn tr
若G>1, 即单位时间流过器件的电荷数大于器件内 光激发的电荷，从而使电流得到放大。
2021/4/3
2021/4/3
8、时间频率响应 时：间特性与光照度、工作温度有明显的依赖 关系。 I
光敏电阻的应用
2. 光控开关电路
光控开关电路1 工作原理：当照度下降到设 置值时由于光敏电阻阻值上 升激发VT1导通，进而使得 VT2也导通，VT2的激励电
流使继电器工作，常开触点
闭合，常闭触点断开，实现 对外电路的控制。
2. 光控开关电路
光控开关电路2 工作原理：当照度下降到设置 值时由于光敏电阻阻值上升 使运放IC的反相端电位升高， 其输出激发VT导通，VT的激
励电流使继电器工作，常开
触点闭合，常闭触点断开， 实现对外电路的控制。
3. 应急照明灯电路
工作原理：一旦电网突然停电， 光敏电阻RG就会因失去光照
而呈高电阻，使得TWH8751
的2脚处于低电位，振荡电路 工作，TWH8751的输出端输
出一系列脉冲电流，经变压器
T升压后，驱动日光灯管，实 现电网停电后的自动照明。
4. 汽车大灯自动控制电路
工作原理：在夜间行车时，当无
灯光照射光敏电阻Rgm时，其呈高 阻值，555输出高电位，两个场效 应管均导通，汽车两前大灯D1和 D2均发光。当对方有车开来时，
Rgm呈低阻值，555输出低电位，
两个场效应管均截止，汽车两前 大灯熄灭。
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可控硅导通角增大 可控硅导通角变小
照明灯电压增大 照明灯电压下降
灯光变亮 灯光变暗
1. 调光电路
调光电路2
S拨向2时为一个普通调光台灯。RP、C 和氖泡 N组成张弛振荡器，用来产生脉冲触 发可控硅VS。调节RP能改变C充电速率，从 而能改变VS导通角，达到调光的目的。 S拨向1时，光敏电阻RG取代R3，当周围 光线较弱时，RG呈高阻，VD5右端电位升高， 电容C充电速率加快，振荡频率变高，VS导 通角增大，电灯两端电压升高、亮度增大。
光敏电阻的原理及应用
5、 频率特性
当光敏电阻受到脉冲光照时，光电流要经过一 段时间才能达到稳态值，光照忽然消失时，光电流 也不立即为零。这说明光敏电阻有时延特性。由于 不同材料的光敏电阻时延特性不同，所以它们的频 率特性也不相同。下图给出相对灵敏度Kr，与光强 变化频率f之间的关系曲线，可以看出硫化铅的使用 频率比硫化铊高的多。但多数光敏电阻的时延都较 大，因此不能用在要求快速响应的场合，这是光敏 电阻的一个缺陷。
一 基本特性及其主要参数
1、暗电阻、亮电阻 光光敏电阻在室温顺全暗条件下测得的 稳定电阻值称为暗电阻，或暗阻。此时 流过的电流称为暗电流。 光敏电阻在室温顺一定光照条件下测得 的稳定电阻值称为亮电阻或亮阻。此时 流过的电流称为亮电流。
2、伏安特性 在一定照度下，光敏电阻两端所加的电压与流过 光敏电阻的电流之间的关系，称为伏安特性。
光敏电阻的特性测量及应用
光敏电阻的原理
在黑暗环境里，它的电阻值很高，当受到光照 时，只要光子能量大于半导体材料的禁带宽度， 则价带中的电子吸收一个光子的能量后可跃迁 到导带，并在价带中产生一个带正电荷的空穴， 这种由光照产生的电子—空穴对增加了半导体 材料中载流子的数目，使其电阻率变小，从而 造成光敏电阻阻值下降。光照愈强，阻值愈低。 进射光消失后，由光子激发产生的电子—空穴 对将逐渐复合，光敏电阻的阻值也就逐渐恢复 原值。
光敏电阻伏安特性近似直线，而且没有饱象 如下图所示
3.光电特性
光敏电阻的光电流与光照度之间的关系称为光电特 性。如图3所示，光敏电阻的光电特性呈非线性。 因此不适宜做检测元件，这是光敏电阻的缺点之一， 在自动控制中它常用做开关式光电传感器。
4、光谱特性
对于不同波长的 进射光，光敏电阻的 相对灵敏度是不相同 的。各种材料的光谱 特性如图4所示。从图 中看出，硫化镉的峰 值在可见光区域，而 硫化铅的峰值在红外 区域，因此在选用光 敏电阻时应当把
14光电倍增光敏电阻教学幻灯片
2．对 (0.4～0.76μm)敏感的光敏电阻
CdS、CdSe等半导体化合物材料。
主要用于制造自动控制元件，如产品 计数器、路灯控制、照相曝光控制、 电影拾音及激光测距等。
(1)CdS光敏电阻
CdS 光 敏 电 阻 分 为 单 晶 型 和 多 晶型两种。可用来探测穿透深 度较大的x、α、β、γ射线，做 成上述的高能射线探测器。
如果倍增极的总级数为n，且各级 性能相同，考虑到电子的传输损失 ，则光电倍增管的电流增益为M
M=IA / Ik = f（g）n
式中n为倍增极级数， N为发射的电子数， σn表示第n级倍增极每 一个入射电子所能产
生的二次电子的倍数，
即该级的电流增益。
式中IA为阳极电流，Ik 为阴极电流。f为第一倍 增极对阴极发射电子的 收集效率，g为各倍增 极之间的电子传递效率。
在一些弱光直流测量中，信号 电流小到与暗电流可以比拟的程 度，这时在阳极输出电路中，可 采用暗电流补偿的方法。 图 (a)是一种最简单的补偿电路。 在检流计上并联可变电阻且与电 池串联的支路，调节可变电阻， 产生一个反方向的电流。正好抵 消暗电流，即所谓调零。经补偿 之后，测出的就是信号电流。 由于暗电流经常变化，所以使用 时要随时调零。
i
VRg (RL Rg
)2
式中负号表示光照增大时，
Rg减小( R g ＜0，i增大。
电流的变化，将引起电压u的变化，即有
RLi (RRLLVRRgg)2
由上式可见，输出电压△u并不随负载电阻线 性变化， 要使△u最大的条件为 RL=Rg
Rg是工作点Q处的亮电阻。这种状态称匹配 工作状态。显然，当入射光功率在较大的动 态范围内变化时，要始终保持匹配状态工作 是困难的。这是光敏电阻的不利因素之一。
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Ev
lgE2 lgE1
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14
当输出电压为9V时，设流过光敏电阻的电流为I3，阻值
为R3，则I3
Ubb Rc
9
5.88(mA)
代入γ 值R3 的Uw计Ic 0.算7 公5.688式(0m.7A便) =可900以() 计算出输出电压为9V时的
入射照度E3
lgR2 lgR3 0.66
lg40
1.736
E3=54.45（lx） （2）电路的电压灵敏度SV
SV
U E
76 54.45 40
0.0பைடு நூலகம்9(V/lx)
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12
例2 在如图所示的恒压偏置电路中，已知DW为2CW12型稳压
二极管，其稳定电压值为6V，设Rb=1kΩ ，RC=510Ω , 三极管 的电流放大倍率不小于80，电源电压Ubb=12V，当CdS光敏电阻 光敏面上的照度为150lx时恒压偏置电路的输出电压为10V,照度
d EV
iL
Ubb R2Sg ( R RL )2
Ev
uL
RLiL
Ubb R2RLSg ( R RL )2
Ev
可以看出，当电路参数确定后，输出电压信号与弱辐 射入射辐射量（照度Ev）成线性关系。
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4
2 恒流电路
在简单偏置电路中，当RL»R时，流过光敏电阻的电 流基本不变，此时的偏置电路称为恒流电路。然而，光 敏电阻自身的阻值已经很高，再满足恒流偏置的条件就 难以满足电路输出阻抗的要求，为此，可引入晶体管恒 流偏置电路。
lgE3 lgE2
lgE3
lgE2
lgR2 lgR3 0.66
2.292
E3=196(lx)
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由γ值的计算公式可以找到500lx时的阻值R4及 三极管的输出电流I4为
R4=214Ω
I4=24.7(mA)
而此时的输出电压UO为
UO=Ubb－I4R4=6.7(V)
即，在500lx的照度下恒压偏置电路的输出电压 为6.7V。
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1
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2
光敏电阻的变换电路
1 基本偏置电路
设在某照度Ev下，光敏电阻的阻值为R，电导为G， 流过偏置电阻RL的电流为IL
IL
Ubb R RL
用微变量表示
dI L
U bb (R RL )2
d
R
而， dR R2Sg dEV
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3
dI L
UbbR2Sg (R RL )2
dU o
UW Ube Re
R 2 Sg dEv
或
uo
UW Re
R 2 Sg ev
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6
显然，恒流偏置电路的电压响应率SV为
Sv
UW Re
R2Sg
（2-30）
• 光敏电阻在恒流偏置电路的输出电压响应率与 光敏电阻阻值的平方成正比，与光电导灵敏度成正 比。
• 采用高阻值的光敏电阻可获得高探测响应率。
40~80lx之间的γ 值
lg6 lg4 0.59
lg80 lg40
输出为7V时光敏电阻的阻值应为
RP3
Ubb Ie
7V
5K
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11
光照度可由γ 值计算公式获得
lg6 lg5 0.59
lgE 3 lg40
lg
EV
3
lg6 lg5 0.59
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16
4 光敏电阻的应用实例
1) 照明灯的光电控制电路
如图所示为一种最简单的由光敏电阻作光电敏感器 件的照明灯光电自动控制电路。
它由3部分构成:
半波整流滤波电路 测光与控制的电路
执行电路
设使照明灯点亮的光 照度为EV
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继电器绕组的直流电阻为RJ，使继电器吸合的最小电流 为Imin，光敏电阻的光电导灵敏度为Sg，暗电导=0，则
为450lx时输出电压为8V,试计算输出电压为9V时的照度（设光
敏电阻在100~500lx间的γ值不变）为多少lx？ 照度到500lx时的
输出电压为多少？
解 三极管的基极被稳定在6V。
设光照度为150lx时的输出电流为I1，
与光敏电阻的阻值R1，则
I1
Ubb 10 Rc
12 10 510
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Uo Ubb Ic Rc
取微分，则得到输出电压的变化量为: dUo=－RcdIc=－RcdIe= RcSgUwdE uo Rc SgUW ev
光敏电阻在恒压偏置电路的输出信号电压与光 敏电阻的阻值无关。
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例1 在如图所示的恒流偏置电路中，已知电源电压为 12V，Rb为820Ω ，Re为3.3kΩ ，三极管的放大倍率不小 于80，稳压二极管的输出电压为4 V，光照度为40lx时输 出电压为6V，80 lx时为8V。（设光敏电阻在30到100lx 之间的值不变）
3.92(mA)
13
R1
UW
I1
0.7
6 0.7 3.92
1.4k
同样,照度为450lx时流过光敏电阻的电流I2与电阻R2为
I2
Ubb 8 Rc
7.8(mA)
R2=680Ω 由于光敏电阻在100到500lx间的γ 值不变，因此该光敏 电阻的γ 值应为
lgR1 lgR2 0.66
稳压管DW将晶体三极管的 基极电压稳定，即UB=UW，流过 晶体三极管发射极的电流Ie 为
Ie
UW Ube Re
处于放大状态的三极管发射极电流
与集电极电流近似相等。
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在晶体管恒流偏置电路中输出电压Uo为
求微分得
Uo Ubb IcR dUo IcdR
将 d R Sg R2d Ev 代入得
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3 恒压电路
利用晶体三极管很容易构成光敏电阻的恒压偏 置电路。
稳压管DW将晶体三极管的基 极电压稳定，即UB=UW。三 极管处于放大工作状态时， Ube=0.7V。
因此，UE=UW-Ube。 加在光敏 电阻上的电压为恒定值。 称 为恒压偏置电路。
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光敏电阻在恒压偏置电路的情况下输出的 电流IP与处于放大状态的三极管发射极电流Ie近 似相等。因此，恒压偏置电路的输出电压为:
试求：（1）输出电压为7伏的照 度为多少勒克司？
（2）该电路的电压灵敏度（V/ lx）。
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（1）根据题目给的条件，可得到不同光照下光敏电阻
的阻RR值P1P2UUbbbbIIee 68VV
6K
4K
(Ie
Uw Ube Re
1mA)
将Re1与Re2值代入γ 值计算公式，得到光照度在