光敏電阻的結構原理如圖11-5所示。光敏半導體材料是純電阻性的。當無光照射時,其暗電阻值很大(大多數光敏材料的暗電阻值超過1MΩ),電路的暗電流很小;當受到一定波長范圍的光照時,其電阻值急劇減小,電路電流隨之迅速增加。光敏半導體材料,除常用的硅、鍺外,硫化鎘、硫化鉛、銻化銦、硒化鎘等半導體材料的應用也日益廣泛。光敏電阻阻值的變化與光照波長有關,因此,應用時應根據光波波長,合理選擇由不同材料做成的光敏電阻。光敏電阻無極性之分,使用時在兩電極間加上恒定的交流或直流電壓均可。光敏電阻在電路圖中的符號見圖11-5b
光敏電阻的特性
1. 暗電阻、亮電阻與光電流
光敏電阻在未受到光照射時的阻值稱為暗電阻,此時流過的電流稱為暗電流。光敏電阻受到光照射時的電阻稱為亮電阻,此時流過的電流稱為亮電流。亮電流與暗電流之差稱為光電流。一般暗電阻越大,亮電阻越小,光敏電阻的靈敏度越高。
光敏電阻的暗電阻的阻值一般在兆歐數量級,亮電阻在幾千歐以下。暗電阻與亮電阻之比一般在102~106之間。
2. 光敏電阻的伏安特性
一般光敏電阻(如硫化鉛、硫化鉈)的伏安特性曲線如圖11-6。該曲線可知,所加的電壓越高,光電流越大,而且沒有飽和現象。在給定的電壓下,光電流的數值將隨光照增強而增大。
3. 光敏電阻的光照特性
光敏電阻的光照特性用于描述光電流和光照強度之間的關系。不同光敏電阻的光照特性是不相同的。絕大多數光敏電阻的光照特性曲線是非線性的,如圖11-7所示。
4. 光敏電阻的光譜特性
幾種常用光敏電阻材料的光譜特性曲線如圖11-8所示。對于不同波長的光,光敏電阻的靈敏度不相同。從圖中可以看出,硫化鎘的峰值在可見光區域,而硫化鉛的峰值在紅外區域。因此,在選用光敏電阻時應當把元件和光源的種類結合起來考慮,才能獲得滿意的結果。
5. 光敏電阻的溫度特性
隨著溫度不斷升高,光敏電阻的暗電阻和靈敏度都要下降,同時溫度變化也影響它的光譜特性曲線。圖11-9示出了硫化鉛的光敏溫度特性曲線。從圖中可以看出,它的峰值隨著溫度上升向波長短的方向已定。因此,有時為了提高元件的靈敏度,或為了能夠接收較長波段的紅外輻射,應采取一些制冷措施。
光敏電阻具有很高的靈敏度,光譜響應的范圍可以從紫外區域到紅外區域,而且體積小、性能穩定、價格便宜;但光照與產生的光電流之間呈非線性關系。所以,光敏電阻在自動化技術應用很多,在檢測技術中很少使用。