一、定义与原理

光敏电阻是一种利用半导体材料在光照下电阻发生变化的元件。具体来说，它是用硫化镉、硒等半导体材料制成的特殊电阻器，其电阻值随着入射光强的变化而变化。在光照下，半导体材料的电子会被激发，跃迁到导带中，使得半导体材料的电导率增大，电阻减小；而在无光照下，半导体材料的电子处于基态，电导率较小，电阻较大。

图1 光敏电阻的封装实物图

二、结构与封装

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。

图2 光敏电阻的结构示意图

光敏电阻的封装通常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有多种规格，如Ø3mm、Ø4mm、Ø5mm等。

三、特性参数

光敏电阻的主要特性参数包括：

3.1光电流与亮电阻：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。

3.2暗电流与暗电阻：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，此时的电阻称为暗电阻。

3.3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。

3.4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。

3.5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。随着光照强度的增加，光敏电阻的阻值开始迅速下降，然后逐渐趋向平缓。在大多数情况下，该特性为非线性。

3.6伏安特性：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。

3.7温度特性：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，说明硫化镉光敏电阻的灵敏度随温度升高而降低。此外，温度升高时，光敏电阻的额定功率降低。

3.8频率特性：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，不能用在要求快速响应的场合。

四、类型

光敏电阻可以按照不同的标准进行分类：

4.1按半导体材料分类：可分为本征型光敏电阻和掺杂型光敏电阻。掺杂型光敏电阻性能稳定，特性较好，故大都采用它。

4.2按光谱响应分类：可分为紫外光敏电阻器、红外光敏电阻器和可见光光敏电阻器。

4.3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。

4.4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。

4.5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。

五、应用

光敏电阻在光电控制、自动控制、通信等领域有着广泛的应用，具体如下：

5.1光电测距：通过测量光敏电阻在不同光照强度下的电阻值变化，可以推算出光源与光敏电阻之间的距离。这种方法在工业自动化、机器人导航等领域中有着广泛的应用。

5.2光电测量：光敏电阻还可以用于测量光照强度、光通量等光学参数。通过将其与适当的电路和仪表相连，可以实现对光学参数的精确测量。

5.3光电报警：当有人或物体进入感应区域时，会遮挡住光源并改变光敏电阻的电阻值。通过检测这一变化并触发报警电路，可以实现光电报警功能。这在安防监控、工业自动化等领域中具有重要意义。

5.4光控开关：光敏电阻可以作为光控开关的敏感元件，用于自动调节照明系统的亮度，例如在夜间自动开启路灯或者调节室内照明。

六、优缺点

6.1光敏电阻的优点包括：

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。
工作电流大：可达数毫安。
无极性之分：使用方便。
既可以测强光也可以测弱光。

6.2光敏电阻的缺点包括：

强光照射下光电转换线性较差。
光电弛豫过程较长。
频率响应低：无法应用在对速度要求很高的场合。
工作特性受温度影响较大。

七、应用示例

1、光敏电阻调光电路

图3.是一种典型的光控调光电路，其工作原理是：当周围光线变弱时引起光敏电阻RG的阻值增加，使加在电容C上的分压上升，进而使可控硅的导通角增大，达到增大照明灯两端电压的目的。反之，若周围的光线变亮，则RG的阻值下降，导致可控硅的导通角变小，照明灯两端电压也同时下降，使灯光变暗，从而实现对灯光照度的控制。

图3 光控调光电路

注意：上述电路中整流桥给出的是必须是直流脉动电压，不能将其用电容滤波变成平滑直流电压，否则电路将无***常工作。原因在于直流脉动电压既能给可控硅提供过零关断的基本条件，又可使电容C的充电在每个半周从零开始，准确完成对可控硅的同步移相触发。

2、光敏电阻式光控开关

以光敏电阻为核心元件的带继电器控制输出的光控开关电路有许多形式，如自锁亮激发、暗激发及精密亮激发、暗激发等等，下面给出几种典型电路。

图4.是一种简单的暗激发继电器开关电路。其工作原理是：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，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。

图4 简单的暗激发光控开关电路

3、暗激发时滞继电器开关电路

图5.是一种精密的暗激发时滞继电器开关电路。其工作原理是：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。

图5 暗激发时滞继电器开关电路

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