光敏电阻的光电特性
光敏电阻种类和特点
光敏电阻种类和特点
光敏电阻是一种特殊的电阻，它的电阻值会随着光照强度的变化而发生改变。
光敏电阻通过光敏效应来实现光电转换，将光能转化为电能，而光敏电阻的特点主要表现在以下几个方面。
1.种类
根据光敏电阻的材料和工作原理不同，可以分为多种不同的类型。
其中常见的有硫化镉电阻、硫化锌电阻、碲化铋电阻、硒化银电阻等。
2.特点
光敏电阻具有以下几个特点：
(1)灵敏度高：光敏电阻对光的响应速度非常快，能够在微弱的光照下产生响应，因此具有很高的灵敏度。
(2)阻值变化范围大：光敏电阻的阻值可以根据光照强度的变化而发生很大的变化，这种变化范围可以达到几十倍甚至几百倍。
(3)频率响应范围窄：由于光敏电阻的内部构造和工作原理的限制，它对光照强度的响应是有一定的延迟的，因此其频率响应范围相对较窄。
(4)温度稳定性差：光敏电阻的阻值会随着温度的变化而发生变化，
因此其温度稳定性相对较差。
3.应用
光敏电阻广泛应用于光控开关、光电测量、光电转换、光电传感器、光电导航、光电通讯等领域。
在自动控制、电子仪器、机电一体化等方面也有着广泛的应用。
光敏电阻的种类和特点多种多样，具有灵敏度高、阻值变化范围大等特点，应用范围广泛。
随着科技的不断发展，光敏电阻的应用前景也会越来越广阔。
什么是光敏电阻的光谱特性
光敏电阻(photoresistor)是一种光电效应器件，它的特点就是随着入射光强度的变化而改变电阻值。
光敏电阻的光谱特性指的是其在不同波长的光线下对电阻值的变化情况。
一般来说，光敏电阻的电阻值随着入射光强度的增加而降低，而不同类型的光敏电阻对不同波长的光线敏感程度是不同的。
例如，CdS类型的光敏电阻对红外光线的敏感程度高于可见光线，而SiC类型的光敏电阻则对可见光线的敏感程度高于红外光线。
还有一类是红外光敏型电阻，它对波长在800 ~ 1100nm的红外光线有很高的敏感度.
因此，在选择和使用光敏电阻时，需要根据应用环境和需要测量的光线波长选择合适的类型。
光敏电阻的主要参数与特性(精)
光敏电阻的主要参数与特性1. 光敏电阻的主要参数(1) 暗电阻♦光敏电阻在不受光时的阻值称为暗电阻，此时流过的电流称为暗电流。
(2) 亮电阻♦光敏电阻在受光照射时的电阻称为亮电阻，此时流过的电流称为亮电流。
(3) 光电流♦亮电流与暗电流之差称为光电流。
2. 光敏电阻的基本特性(1)伏安特性♦在一定照度下，流过光敏电阻的电流与光敏电阻两端的电压的关系称为光敏电 阻的伏安特性。
硫化镉光敏电阻的伏安特性(2)光谱特性♦光敏电阻的相对光敏灵敏度与入射波长的关系称为光谱特性，亦称为光谱响 应。
下图为几种不同材料光敏电阻的光谱特性。
对应于不同波长，光敏电阻的灵敏度 是不同的。
4100 200功悴 W2O <色無护一遅老15000A 射光淮庚i 和30(X10 100閒w4<)2fl光敏电阻的光谱特性(3)光照特性♦光敏电阻的光照特性是光敏电阻的光电流与光强之间的关系，如图8-10所示♦由于光敏电阻的光照特性呈非线性，因此不宜作为测量元件，一般在自动控制系统中常用作开关式光电信号传感元件。
0 0.6 1.2ma* am)光敏电阻的光照特性(4)温度特性♦光敏电阻受温度的影响较大。
当温度升高时，它的暗电阻和灵敏度都下降。
♦温度变化影响光敏电阻的光谱响应，尤其是响应于红外区的硫化铅光敏电阻受温度影响更大。
下图为硫化铅光敏电阻的光谱温度特性曲线。
ion •硫化铅光敏电阻的光谱温度特性曲线(5)光敏电阻的响应时间和频率特性♦实验证明，光电流的变化对于光的变化，在时间上有一个滞后，通常用时间常数t 来描述，这叫做光电导的弛豫现象。
所谓时间常数即为光敏电阻自停止光照起到电流下降到原来的63%所需的时间，因此，t越小，响应越迅速，但大多数光敏电阻的时间常数都较大，这是它的缺点之一。
下图所示为硫化镉和硫化铅的光敏电阻的频率特性。
入射光调制频率(Hz)光敏电阻的频率特性。
光敏电阻的分类
光敏电阻的分类光敏电阻是一种利用半导体的光电导效应制成的特殊电阻器，它的电阻值能随着入射光的强弱而改变。
光敏电阻器一般用于光的测量、光的控制和光电转换（将光的变化转换为电的变化）。
常用的光敏电阻器有硫化镉、硒化镉、硫化铅、碲化铅等材料制成的。
本文将介绍光敏电阻的分类、原理、参数、特性和应用。
光敏电阻的分类根据光敏电阻的材料、结构和光谱特性，可以将其分为以下几种类型：紫外光敏电阻：对紫外线比较敏感，包括硫化镉、硒化镉等材料制成的光敏电阻。
它们主要用于探测紫外线，如紫外线灯、紫外线计数器等。
红外光敏电阻：主要有硫化铅、碲化铅、硒化铅、锑化铟等材料制成的光敏电阻。
它们对红外线有较高的灵敏度，广泛应用于导弹制导、天文探测、非接触测量、人体病变探测、红外光谱、红外通讯等国防、科研、工农业生产等领域。
可见光光敏电阻：包括硒、硫化镉、硒化镉、碲化镉、砷化镓、硅、锗、硫化锌等材料制成的光敏电阻。
它们对可见光有较好的响应，与人眼对可见光的感受相近。
主要应用于各种光电控制系统，如出入口的光电自动启闭，导航灯、路灯等照明系统的自动开关，自动供水和自动停水装置，机械自动保护装置，及“位置探测器”、摄像头自动曝光装置、光电计数器、烟雾报警器、光电跟踪系统等。
其他类型的光敏电阻：还有一些特殊类型的光敏电阻，如氧化铟锡（ITO）光敏电阻，它是一种透明导电薄膜，具有高透明度和低表面电阻，可用于触摸屏和液晶显示器等；还有一些入射光弱时，电阻减小，入射光强时，电阻增大的反向型光敏电阻，如氧化钛（TiO2）和氧化锌（ZnO）等。
下表列出了一些常见的光敏电阻材料及其特点：材料特点硫化镉（CdS）对可见光较灵敏，暗电流小，响应速度快，价格低廉硒化镉（CdSe）对紫外线和可见光较灵敏，暗电流小，响应速度快，价格低廉硫化铅（PbS）对红外线较灵敏，暗电流大，响应速度慢，价格较高碲化铅（PbTe）对红外线较灵敏，暗电流大，响应速度慢，价格较高硒化铅（PbSe）对红外线较灵敏，暗电流大，响应速度慢，价格较高锑化铟（InSb）对红外线较灵敏，暗电流大，响应速度慢，价格较高硒（Se）对可见光和紫外线较灵敏，暗电流大，响应速度慢，价格较高砷化镓（GaAs）对可见光和紫外线较灵敏，暗电流小，响应速度快，价格较高硅（Si）对可见光和紫外线较灵敏，暗电流小，响应速度快，价格适中锗（Ge）对可见光和红外线较灵敏，暗电流小，响应速度快，价格适中硫化锌（ZnS）对可见光和紫外线较灵敏，暗电流小，响应速度快，价格适中氧化铟锡（ITO）透明导电薄膜，对可见光和紫外线较灵敏，暗电流小，响应速度快，价格较高光敏电阻的原理光敏电阻的工作原理是基于内光电效应。
光敏电阻知识
全面认识光敏电阻光敏电阻在电子电路中应用很广泛，如下光控电路图，在无光线时，光敏电阻RG阻值较大，VT1截止，VT2导通，继电器动作，led发亮。
反之led熄灭，RP用于调节灵敏度。
这种电路光敏电阻可以接在上方，也可以接在下方，这时性质就相反了，变成了光线强时led亮。
今天就光敏电阻的原理结构、分类、特性等方面做一介绍。
光控电路第一部分光敏电阻原理结构在了解光敏电阻之前首先我们简单了解一下光电效应的有关知识：在光的照射下，电子逸出物体表面而产生光电子发射的现象称为外光电效应。
受到光照的半导体电阻率发生变化或产生光生电动势的现象称为内光电效应。
某些物质吸收了光子的能量产生本征吸收或杂质吸收，从而改变了物质电导率的现象称为光电导效应，如光敏电阻、光电二极管等；而因光照产生电动势的现象称为光生伏特效应，如光电池。
利用具有光电导效应的材料（硅、锗等本征半导体与杂质半导体，硫化镉、硒化镉、氧化铅等）可以制成电导随入射光亮度变化的器件，称为光电导探测器件或光敏电阻，它无需形成pn结。
在均匀的具有光电导效应的半导体材料的两端加上电极便构成了光敏电阻。
光敏电阻光敏电阻是敏感电阻的一种，它对光线敏感，当照射的光线强弱发生变化时，其阻值也会随之发生变化，无光时呈现高阻，有光时呈现低阻。
它的工作原理是当光照射光敏电阻的表面时，其内部被束缚的电子吸收光子能量成为自由电子，并形成空穴，在外界电场的作用下参与导电，照射越强，激发的电子-空穴越多，导电越强，电阻越小。
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材料薄膜和两端接有两个引线，封装在带有窗口的金属或塑料、玻璃外壳内。
为了提高光电导灵敏度，要尽可能的缩短两极间的距离，在一块均匀光电导体两端加上电极，贴在硬质玻璃、韵母、高频瓷工艺其它绝缘材料基板上，两端姐有电极引线，封装在带有窗口的塑料、金属、玻璃壳内。
光敏电阻特性研究实验报告
课程名称：大学物理实验（一）实验名称：光敏电阻特性研究二、实验原理1.光敏电阻：基于内光电效应的一种光传感器探头，用于光的测量、光的控制和光电转换（将光的变化转换为电的变化）图1 光敏电阻外观图2 光敏电阻符号图3 光敏电阻光照特性2.光敏电阻的结构和基本特性：光敏电阻器是利用半导体的光电效应制成的一种电阻值随入射光（可见光）的强弱而改变的电阻器；入射光强，电阻减小，入射光弱，电阻增大。
在黑暗条件下，它的阻值（暗阻）可达1～10 M欧，在强光条件（100 LX流明）下，它阻值（亮阻）仅有几百至数千欧。
3.光敏电阻的原理：图4 无光照时的光敏电阻原理示意图图5 有光照时的光敏电阻原理示意图光敏电阻是一种能够感知光的电子元件，其原理在于光照射到光敏电阻表面时，会激发其中的电子发生跃迁，导致电阻值发生变化。
具体来说，光敏电阻中含有一种半导体材料的物质作为感光元件如硒化铋、硫化镉等，当光线照射到这种材料上时，会让一些电子从价带跃迁到导带，使得电子数量增加，从而导致电阻值降低。
导体材料在没有光照射时，其中的电子处于价带中，不能自由移动。
因此，当光线强度增加时，电阻值就会相应地减小；反之，当光线强度减小或消失时，电阻值则会增大。
4.光敏电阻的伏安特性：光敏电阻在光强一定的情况下（偏振片角度θ不变）时，电阻是一个定值电阻。
根据R = U/I,可得到光强不变时电阻是一条直线，它的斜率就是电阻的阻值。
图6 光敏电阻伏安特性表5.光敏电阻光照特性：光敏电阻又称光导管，在特定波长的光照射下，其阻值会迅速减小。
原因：光照后产生的载流子都参与导电，从而使光敏电阻的阻值迅速下降（百兆欧到百欧）。
6.光敏电阻其他特性参数：1)暗电流、暗电阻：在一定的电压下，没有光照时，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。
2)灵敏度：灵敏度是指暗电阻与受光照射时的亮电阻的相对变化值。
3)光谱响应：是指光敏电阻在不同波长的光照下的灵敏度。
光敏电阻和光敏管的特点
一、光敏电阻的特点
光敏电阻是一种可以通过光线照射来改变电阻值的元器件，具有以下特点：
1. 对光线敏感：光敏电阻对光线敏感，即在光照强度发生变化时，其电阻值也会发生相应的变化。
2. 可调性较差：由于光敏电阻的电阻值变化范围较小，因此其可调性相对较差。
在实际应用中，通常需要与其他电路元件组合使用，才能发挥出更好的效果。
3. 价格便宜：相比于其他光敏元件，如光敏二极管、光敏三极管等，光敏电阻的价格较为便宜，因此在一些成本要求不高的应用中得到广泛应用。
4. 应用范围广：光敏电阻在光控开关、光控电子器、光控电动玩具、照度计和光敏测距仪等领域都有广泛的应用。
5. 可靠性低：由于光敏电阻本身存在一定的温度漂移和光谱响应差异，因此其稳定性和可靠性较低，需要在实际应用中加以注意。
二、光敏管的特点
光敏管是一种利用光电效应来控制电流的元件，具有以下特点：
1. 灵敏度高：光敏管对光线非常敏感，可以检测到非常微弱的光信号，并将其转化为电信号输出。
在低光条件下，其检测能力明显优于其他光敏元件。
2. 可调性好：光敏管的灵敏度可以通过调整其工作电压、阳极电阻等参数进行调节，因此其可调性比光敏电阻要好很多。
3. 阻抗高：光敏管的输入阻抗比其他光敏元件要高得多，可
以达到几十兆欧姆以上，因此可以直接驱动高阻抗负载。
4. 应用范围广：光敏管在光控继电器、光控开关、光控电子器等领域都有广泛的应用。
5. 价格高：相对于光敏电阻等其他光敏元件，光敏管的价格较为昂贵，因此在成本敏感的应用中使用较少。
综上所述，光敏电阻和光敏管都有各自的优点和缺点，应根据具体的应用需求来选择合适的光敏元件。
光敏电阻特性
光敏电阻特性【实验目的】1.了解光敏电阻的基本特性。
2.测量光敏电阻的伏安特性曲线和光照特性曲线。
【实验仪器】DH-CGOP1光电传感器实验仪1套（包括灯泡盒，光敏电阻LDR ，九孔板实验箱,1K 电阻）；DH-VC3直流恒压源1台；万用表1块；导线若干【实验原理】光敏电阻是采用半导体材料制作，利用内光电效应工作的光电元件。
它在光线的作用下其阻值往往变小，这种现象称为光导效应，因此，光敏电阻又称光导管。
用于制造光敏电阻的材料主要是金属的硫化物、硒化物和碲化物等半导体。
通常采用涂敷、喷涂、烧结等方法在绝缘衬底上制作很薄的光敏电阻体及梳状欧姆电极，然后接出引线，封装在具有透光镜的密封壳体内，以免受潮影响其灵敏度。
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一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，从而造成光敏电导率增加，电导率的改变量为p n pe ne σμμ∆=∆+∆\*MERGEFORMAT (1)式中e 为电荷电量，∆p 为空穴浓度的改变量，∆n 为电子浓度的改变量，μp 为空穴的迁移率，μn 为电子的迁移率。
当光敏电阻两端加上电压U 后，光电流为ph A I U d σ=∆\*MERGEFORMAT (2)其中A 为与电流垂直的截面积，d 为电极间的距离。
由和可知，光照一定时，光敏电阻两端所加电压与光电流为线性关系，呈电阻特性。
光照愈强，阻值愈低。
入射光消失后，由光子激发产生的电子一空穴对将逐渐复合，光敏电阻的阻值也就逐渐恢复原值。
在光敏电阻两端的金属电极之间加上电压，其中便有电流通过，受到适当波长的光线照射时，电流就会随光强的增加而变大，从而实现光电转换。
光敏电阻没有极性，纯粹是一个电阻器件，使用时既可加直流电压，也可以加交流电压。
1.伏安特性光敏传感器在一定的入射照度下，光敏元件的电流I与所加电压U之间的关系称为光敏器件的伏安特性。
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光敏电阻的光电特性
【目的要求】
1．了解光电导型光电传感器的特点； 2．测量光敏电阻的光电特性。
【实验原理】
将光信号转换为电信号的传感器称为光敏传感器，也称为光电式传感器，它可用于检测直接由光强度变化引起的非电量，如光强、光照度等；也可用来检测能转换成光量变化的其它非电量，如零件直径、表面粗糙度、位移、速度、加速度及物体形状、工作状态识别等。
光敏传感器具有非接触、响应快、性能可靠等特点，因而在工业自动控制及智能机器人中得到广泛应用。
1. 光电效应：
光敏传感器的物理基础是光电效应，光电效应通常分为外光电效应和内光电效应两大类。
在光辐射作用下电子逸出材料的表面，产生光电子发射称为外光电效应，或光电子发射效应，基于这种效应的光电器件有光电管、光电倍增管等。
电子并不逸出材料表面的则是内光电效应，光电导效应、光生伏特效应则属于内光电效应。
半导体材料的许多电学特性都因受到光的照射而发生变化，几乎大多数光电控制应用的传感器都是此类，通常有光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管、硅光电池等。
2. 光敏传感器的基本特性：
光敏传感器的基本特性包括：伏安特性、光照特性等。
(1) 伏安特性：
光敏传感器在一定的入射光照度下，光敏元件的电流I 与所加电压U 之间的关系称为光敏器件的伏安特性。
改变照度则可以得到一簇伏安特性曲线，它是传感器应用设计时的重要依据。
(2) 光照特性：
光敏传感器的光谱灵敏度与入射光强之间的关系称为光照特性，有时光敏传感器的输出电压或电流与入射光强之间的关系也称为光照特性，它也是光敏传感器应用设计时选择参数的重要依据之一。
3. 光敏电阻：
（1）光敏电阻的结构与工作原理
利用具有光电导效应的半导体材料制成的光敏传感器称为光敏电阻。
目前光敏电阻应用极为广泛，其基本结构见图14-1。
其工作过程为，当光敏电阻受到光照时，发生内光电效应，光敏电阻电导率的改变量为：
n p e n e p μ∙∙∆+μ∙∙∆=σ∆ （1）
在（1）式中，e 为电荷电量，p ∆为空穴浓度的改变量，n ∆为电子浓度的改变量，μ
表示迁移率。
当两端加上电压U 后，光电流为：
U d
A
I ph ∙σ∆∙=
（2） 式中A 为与电流垂直的表面积，d 为电极间的间距。
在一定的光照度下，σ∆为恒定的值，
因而光电流和电压成线性关系。
（2）光敏电阻的主要参数
光敏电阻的主要参数有：
① 暗电阻：光敏电阻在不受光照射时的阻值称为暗电阻，此时流过的电流称为暗电流。
② 亮电阻：光敏电阻在受光照射时的电阻称为亮电阻，此时流过的电流称为亮电流。
③ 光电流：亮电流与暗电流之差称为光电流。
（3）光敏电阻的基本特性
① 伏安特性：在一定照度下，流过光敏电阻的电流与光敏电阻两端的电压的关系称为光敏电阻的伏安特性。
图14-2为硫化镉光敏电阻的伏安特性曲线。
由图可见，在一定的电压范围内，光敏电阻的伏安特性曲线为直线。
② 光照特性：光敏电阻的光照特性是描述光电流和光照强度之间的关系，不同材料的光照特性是不同的，绝大多数光敏电阻光照特性是非线性的。
图14-3为硫化镉光敏电阻的光照特性曲线。
不同的光敏电阻的光照特性是不同的，但是在大多数的情况下，曲线的形状都与图14-3的结果类似。
由于光敏电阻的光照特性是非线性的，因此不适宜作线性敏感元件，这是光敏电阻的缺点之一，所以在自动控制中光敏电阻常用作开关量的光电传感器。
【实验仪器】
图14-4实验仪器
图中:
① 透明元件盒（暗筒内） ② 光敏电阻（暗筒内） ③ 灯泡/12V （暗筒内） ④ 暗筒 ⑤ 带刻度拉杆 ⑥ 实验元件 ⑦ 九孔实验板
【实验内容及步骤】
1. 暗电阻测量：光敏电阻在暗筒内不受到光照的情况下测量其电阻值，可在暗筒左侧的两插孔中插入数字万用表表笔进行测量。
2. 亮电阻测量：暗筒装置上拉杆未端的导线接入稳压电源的V 12~0/1A 接线柱，在暗筒左侧的两插孔中插入数字万用表表笔，将拉杆置“0”刻度处（光源与光敏电阻距离最近处），开启稳压电源，将“光照电源”调至12V ，使灯泡光源水平照射光敏电阻，测量其亮电阻，然后以步长2cm 分别测量不同的亮电阻。
（选作）降低“光照电源”电压以同样方法再测量一次，分析光敏电阻在不同光照不同距离情况下亮电阻的变化。
3. 光敏电阻的伏安特性测试：
（1） 按图14-5接线图接好实验线路，光源用的标准钨丝灯及检测用光敏电阻已装入暗筒中，连结V 12~V 3.3++电源至暗筒左侧的两插孔，灯泡导线接入光源电压V 12~0/1A 电源（可调）。
（2）先将可调光源调至一定的光照度，每次在一
定的光照条件下，测出加在光敏电阻上电压为： 3.3V 、5V 、8V 、12V 时电阻1R 两端的电压R U ，从而得到4个光电流数据
k Ω
00.1U I R
ph =
，同时算出此时光敏电阻的阻值，即：
Ph
R
cc g I U U R -=。
以后调节相对光强重复上述实验（要求至少在三个不同照度下重复以上
实验）。
4. 光敏电阻的光照特性测试： （1）实验接线方法同图14-5。
（2）从0U CC =开始到V 12U CC =，每次在一定的外加电压下测出光敏电阻在相对光照度从“弱光”逐步增强的光电流数据，即：k Ω
00.1U I R
ph =，同时算出此时光敏电阻的阻值，
即：Ph
R
cc g I U U R -=。
要求测出不同照度下的光电流数据，尤其要在弱光位置选择较多的
数据点，以使所得到的数据点能够绘出完整的光照特性曲线。
5. 根据实验数据画出光敏电阻的伏安特性曲线和光照特性曲线。
【思考题】
分析在测绘伏安特性曲线和光照特性曲线中光敏电阻阻值的变化情况。
【附录】
该实验装置暗筒中光源强弱及与光敏电阻距离大小的相应光照度见下表（供参考）。
实验报告模板
三、实验原理
1.简述光电效应原理，说明其分类及应用。
2.简述光敏电阻的主要参数和基本特性。
四、实验内容及主要步骤
五、实验数据记录与处理
1.记录光敏电阻的暗电阻和亮电阻。
（1）测量光敏电阻的暗电阻：
（2）测量光敏电阻的亮电阻：
2.测量光敏电阻的伏安特性。
表2-1测量光敏电阻伏安特性
表2-2测量光敏电阻伏安特性
表2-3测量光敏电阻伏安特性
3.测量光敏电阻的光照特性。
表3-1测量光敏电阻光照特性（电压：V）
表3-2测量光敏电阻光照特性（电压：V）
4.画出光敏电阻的一簇伏安特性曲线和一簇光照特性曲线。
六、实验结果与分析。