光敏电阻论文

光敏电阻论文 光敏电阻传感器应用分析 姓名:许康 学号:3110405047 摘要:随着科技的发展，人类越来越注重信息和自动化，在日常的生产学习过程中，人们常常要进行自动筛选、自动传送，而为了实现这些，光电传感发挥了不可磨灭的作用。光敏传感器的物理基础是光电效应，即光敏材料的电学特性因受到光的照射而发生变化。本文就光电传感器中的光敏电阻进行详细的介绍。首先是对其工作原理的大概解释，然后就理论基础进行分类介绍其原理。再对光敏电阻进行实验，来进一步了解其工作原理和主要的特点。接着是对光敏电阻的参数进行介绍和解释，再对不同型号的光敏电阻进行参数比较。最后是具体应用的列举和介绍。 引言:光敏电阻又称光敏电阻器或光导管，常用的制作材料为硫化镉，另外还有硒、硫化铝、硫化铅和硫化铋等材料。这些制作材料具有在特定波长的光照射下，其阻值迅速减小的特性。这是由于光照产生的载流子都参与导电，在外加电场的作用下作漂移运动，电子奔向电源的正极，空穴奔向电源的负极，从而使光敏电阻器的阻值迅速下降。 1、 工作原理 1.1理论基础 光电效应通常分为外光电效应和内光电效应两大类。外光电效应是指在光照射下，电子逸出物体表面的外发射的现象，也称光电发射效应，基于这种效应的光电器件有光电管、光电倍增管等。内光电效应是指入射的光强改变物质导电率的物理现象，称为光电导效应，大多数光电控制应用的传感器，如光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管、硅光电池等都属于内光电效应类传感器。 1.1.1外光电效应 光照在照在光电材料上，材料表面的电子吸收的能量，若电子吸收的能量足够大，电子会克服束缚逸出表面，从而改变光电子材料的导电性，这种现象成为外光电效应。 12mv,hv,w根据爱因斯坦的光电子效应，光子是运动着的粒子流，每种光子的能量为hv(v为光波2频率，h为普朗克常数)，由此可见不同频率的光子具有不同的能量，光波频率越高，光子能量越大。假设光子的全部能量交给光子，电子能量将会增加，增加的能量一部分用于克服正离子的束缚，另一部分转换成电子能量。根据能量守恒定律: hc ,,K式中，m为电子质量,v为电子逸出的初速度,w为逸出功。 w 由上式可知，要使光电子逸出阴极表面的必要条件是hv>w。由于不同材料具有不同的逸出功，因此对每一种阴极材料，入射光都有一个确定的频率限，当入射光的频率低于此频率限时，不论光强多大，都不会产生光电子发射，此频率限被称为“红限”。相应的波长为 式中， c为光速，w为逸出功。 1.1.2、内光电效应 当光照射到半导体表面时,由于半导体中的电子吸收了光子的能量,使电子从半导体表面逸出至周围空间的现象叫外光电效应。利用这种现象可以制成阴极射线管、光电倍增管和摄像管的光阴极等。半导体材料的价带与导带间有一个带隙,其能量间隔为Eg。一般情况下,价带中的电子不会自发地跃迁到导带,所以半导体材料的导电性远不如导体。但如果通过某种方式给价带中的电子提供能量,就可以将其激发到导带中,形成载流子,增加导电性。光照就是一种激励方式。当入射光的能量hν?Eg( Eg为带隙间隔)时,价带中的电子就会吸收光子的能量,跃迁到导带,而在价带中留下一个空穴,形成一对可以导电的电子——空穴对。这里的电子并未逸出形成光电子,但显然存在着由于光照而产生的电效应。因此,这种光电效应就是一种内光电效应。从理论和实验结果分析,要使价带中的电子跃迁到导带,也存在一个入射光的极限能量,即Eλ=hν0=Eg,其中ν0是低频限(即极限频率ν0=Egh)。这个关系也可以用长波限表示,即λ0=hcEg。入射光的频率大于ν0或波长小于λ0时,才会发生电子的带间跃迁。当入射光能量较小,不能使电子由价带跃迁到导带时,有可能使电子吸收光能后,在一个能带内的亚能级结构间(即图1中每个能带的细线间)跃迁。 1.2光敏电阻 1)光敏电阻又称光导管，常用的制作材料为硫化镉，另外还有硒、硫化铝、硫化铅和硫化铋等材料。这些制作材料具有在特定波长的光照射下，其阻值迅速减小的特性。这是由于光照产生的载流子都参与导电，在外加电场的作用下作漂移运动，电子奔向电源的正极，空穴奔向电源的负极，从而使光敏电阻器的阻值迅速下降。 2)光敏电阻的伏安特性测量 图1 光敏电阻伏安特性测试电路 (1)按原理图1连接好实验线路，将光源用的 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 钨丝灯和光敏电阻板置测试架中，电阻盒以及转接盒插在九孔板中，电源由DH-VC3直流恒压源提供。 (2)通过改变光源电压或调节光源到光敏电阻之间的距离以提供一定的光强，每次在一定的光照条件下，测出加在光敏电阻上电压U为+2V、+ 4V、+6V、 URI,+8V、+10V时5个光电流数据，即,同时算出此时光敏电阻的阻值ph1.00K, U,UR。以后逐步调大相对光强重复上述实验，进行5,6次不同光强实R,pIph 验数据测量。 (3)根据实验数据画出光敏电阻的一组伏安特性曲线。 光 强 46.8 315.7 1099 2688.9 5436.7 ( lx) UR(V) U(V) 2 0.056 0.203 0.404 0.614 0.810 4 0.113 0.412 0.830 1.251 1.643 6 0.174 0.621 1.245 1.874 2.457 8 0.232 0.831 1.670 2.505 3.281 10 0.290 1.040 2.088 3.139 4.103 光敏电阻伏安特性曲线 5 446.8Lx 317.5Lx3 1099LxI(mA)22688.9Lx 6436.7Lx1 0 246810 U(V) 由图可知，在一定光强下，光敏电阻的光电流与光电压成线性关系，随电压的增大二增 大，并且，光强越大，其增长越快。 2、 技术性能分析 根据光敏电阻的光谱特性，可分为三种光敏电阻器:紫外光敏电阻器、红外光敏电阻器、可见光光敏电阻器。 光敏电阻的主要参数是: (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，常用“100LX”表示。 (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，常用“0LX”表示。 (3)灵敏度。灵敏度是指光敏电阻不受光照射时的电阻值(暗电阻)与受光照射时的电阻值(亮电阻)的相对变化值。 (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。伏安特性曲线用来描述光敏电阻的外加电压与光电流的关系，对于光敏器件来说，其光电流随外加电压的增大而增大。 (7)温度系数。光敏电阻的光电效应受温度影响较大，部分光敏电阻在低温下的光电灵敏较高，而在高温下的灵敏度则较低。 (8)额定功率。额定功率是指光敏电阻用于某种线路中所允许消耗的功率，当温度升高时，其消耗的功率就降低 光敏电阻按陶瓷基板直径参数分类比较: 响应 时间 最大最大环境温光谱亮电阻 照度暗电阻 100 mS 规格 型号 电压 功耗 度 峰值 (10Lux) 电阻(MΩ) γ10 (VDC) (mW) (?) (nm) (KΩ) 特性 上下 升 降 -30,GL3516 100 50 540 5-10 0.6 0.5 30 30 2 +70 -30,GL3526 100 50 540 10-20 1 0.6 30 30 3 +70 -30,GL3537-1 100 50 540 20-30 2 0.6 30 30 4 +70 Φ3 系列 -30,GL3537-2 100 50 540 30-50 3 0.7 30 30 4 +70 -30,GL3547-1 100 50 540 50-100 5 0.8 30 30 6 +70 -30,GL3547-2 100 50 540 100-200 10 0.9 30 30 6 +70 -30,GL4516 150 50 540 5-10 0.6 0.5 30 30 2 +70 -30,GL4526 150 50 540 10-20 1 0.6 30 30 3 +70 -30,GL4537-1 150 50 540 20-30 2 0.7 30 30 4 +70 Φ4 系列 -30,GL4527-2 150 50 540 30-50 3 0.8 30 30 4 +70 -30,GL4548-1 150 50 540 50-100 5 0.8 30 30 6 +70 -30,GL4548-2 150 50 540 100-200 10 0.9 30 30 6 +70 -30,GL5516 150 90 540 5-10 0.5 0.5 30 30 2 +70 -30,GL5528 150 100 540 10-20 1 0.6 20 30 3 +70 -30,GL5537-1 150 100 540 20-30 2 0.6 20 30 4 +70 -30,GL5537-2 150 100 540 30-50 3 0.7 20 30 4 +70 -30,GL5539 150 100 540 50-100 5 0.8 20 30 5 +70 -30,GL5549 150 100 540 100-200 10 0.9 20 30 6 +70 Φ5-30,GL5606 150 100 560 4-7 0.5 0.5 30 30 2 系列 +70 -30,GL5616 150 100 560 5-10 0.8 0.6 30 30 2 +70 -30,GL5626 150 100 560 10-20 2 0.6 20 30 3 +70 -30,GL5637-1 150 100 560 20-30 3 0.7 20 30 4 +70 -30,GL5637-2 150 100 560 30-50 4 0.8 20 30 4 +70 -30,GL5639 150 100 560 50-100 8 0.9 20 30 5 +70 -30,GL5649 150 100 560 100-200 15 0.95 20 30 6 +70 Φ7-30,GL7516 150 100 540 5-10 0.5 0.6 30 30 2 系列 +70 -30,GL7528 150 100 540 10-20 1 0.6 30 30 3 +70 -30,GL7537-1 150 150 560 20-30 2 0.7 30 30 4 +70 -30,GL7537-2 150 150 560 30-50 4 0.8 30 30 4 +70 -30,GL7539 150 150 560 50-100 8 0.8 30 30 6 +70 -30,GL10516 200 150 560 5-10 1 0.6 30 30 3 +70 -30,GL10528 200 150 560 10-20 2 0.6 30 30 3 +70 Φ10-30,GL10537-1 200 150 560 20-30 3 0.7 30 30 4 系列 +70 -30,GL10537-2 200 150 560 30-50 5 0.7 30 30 4 +70 -30,GL10539 250 200 560 50-100 8 0.8 30 30 6 +70 -30,GL12516 250 200 560 5-10 1 0.6 30 30 3 +70 -30,GL12528 250 200 560 10-20 2 0.6 30 30 3 +70 Φ12-30,GL12537-1 250 200 560 20-30 3 0.7 30 30 4 系列 +70 -30,GL12537-2 250 200 560 30-50 5 0.7 30 30 4 +70 -30,GL12539 250 200 560 50-100 8 0.8 30 30 6 +70 -30,GL20516 500 500 560 5-10 1 0.6 30 30 3 +70 -30,GL20528 500 500 560 10-20 2 0.6 30 30 3 +70 Φ20-30,GL20537-1 500 500 560 20-30 3 0.7 30 30 4 系列 +70 -30,GL20537-2 500 500 560 30-50 5 0.7 30 30 4 +70 -30,GL20539 500 500 560 50-100 8 0.8 30 30 6 +70 3、 光电传感器的应用 光敏电阻可用于进行光的测量和光的控制，测量方面主要是用于测量光强，控制方面最常见的就是路灯控制和楼道感应灯的控制，在电路接通的状态下，路灯会随着周围光强的变化而变化，楼道中的灯白天不亮晚上亮也利用了光敏电阻的对光的感应特点。光敏电阻还被应用于海上导航，通常海上的浮标用的就是光敏电阻作为航道灯的开关，到晚上光敏电阻阻值变小，接通控制电路，将灯打开;白天光敏电阻增大将控制电路断开，关掉电灯。 光敏管大体有开关作用，环境光检测作用，各种光线接收作用。在太阳能自动跟踪控制中，做光电检测用，接受太阳光，校正方位。光敏二级管被应用于收音机、电视、电脑等设备中，比如用LED发光二极光替代液晶显示器背后的光源，能达到节能且稳定的作用。光敏三极管可用来控制开关的状态，其主要原因是三极管对光照强度十分敏感，可以根据根据光照强弱来控制电流大小，从而在继电器的配合下控制开关的通断状态，实现自动化控制。由于光敏管对光的敏感性很高，还可用于测量温度，因为不同温度的物体辐射的光不同，以此可以间接测量 还可用于传输信号，如光藕合器，光耦合器亦称光电隔温度。此外，光敏三极管 离器，简称光耦，光耦合器以光为媒介传输电信号，它对输入、输出电信号有良好的隔离作用，所以，它在各种电路中得到广泛的应用。另外，红光光敏管可用于测量红外线，这一点可用来做夜视仪 硅光电池在日常生活中也是十分常见的，因为它能将光能转变为电能，像一些太阳能发电板和太阳能电池中就有硅光电池，被广泛用于卫星、太阳能发电、太阳能热水器以及手机等。 光电传感器的用途很多很广，还有一些等待我们去发现。比如我们经常抱怨阳光下看不清手机和电脑，我们可以利用光敏器件来改变手机和电脑的屏幕亮度，从而更能看清楚，。还有我们的空调，可以通过检测红外线自动调至人的舒适温度，当温度过低或过高就开启调节装置，若在人体舒适范围左右则可关闭调节装置，从而节省能源。我们还可以穿一件有硅光电池板的衣服，衣服内有温度调节装置，由硅光电池提供能源，调节温度。 4、 结语 本文主要介绍了光电传感器，首先是介绍其理论基础，在理论基础上细分外光电效应和内光电效应来介绍。然后是具体介绍了光电传感器中的光敏电阻进行了介绍和性能测试。随后又对光敏电阻的参数进行了介绍和解释，再按光敏电阻陶瓷基板直径分类进行了各类参数的比较。最后是介绍了具体的应用。 参考资料:《现代传感技术》 《传感器原理及应用》 《百度百科》 《维基百科》