分析光敏电阻的结构、原理及其应用

光敏电阻(photo resistor)的实物如图 1 所示。结构比较简单，体形也比较小，维修中常用的有直径为 5 mm 和 9 mm 的。顶视图如图 2 所示。在顶部有两片呈梳状的金属电极，且两片金属电极的梳齿是互相交错的，从波纹状的梳齿间隙里露出来的物质即为半导体光敏层，从金属电极的上面还可以看到两只金属引脚的顶部。剖面图如图 3 所示。上面是两片梳状金属电极，中间是半导体光敏层(实际上是通过涂抹、喷涂及烧结等方式，在陶瓷基板上形成一层很薄的半导体光敏层)，下面是陶瓷基板，两侧是两只金属引脚。在整个结构的外部由一层透明树脂防潮膜包裹着，起到透光、防潮及加固的作用。

光 敏 电 阻的工作原理是：基于它 的 光 电效应，当光线透过树脂 膜 和 梳齿间隙 照 射 到半导体 光 敏 层上，半导体满带(价带) 中的电子吸收 一 个 光子的能量后，就可由半导体的满带跃迁到半导体的导带，产生电子—空穴对，即在满带中产生一个带正电荷的空穴，在导带中产生一个带负电荷的自由电子，在外加电场的作用下，自由电子奔向电源的正极，空穴奔向电源的负极，形成电流并参与导电，使电路电流增大。这时用如图 3 所示的电路进行实验，LED 发光二极管会被点亮。用万用表检测光敏电阻的电阻值，其电阻很小，一般仅为 800Ω～70 kΩ 左右。而当入射光线消失后，由光子激发产生的电子—空穴对进行复合，使电路的电流减小，同时光敏电阻的电阻变得很大，一般可达 1 MΩ 以上。

以上分析为两种极端情况，要么光线很强，要么光线很弱，实际光敏电阻的电阻及电流都是随入射光线强弱变化而变化的，当入射光线增强时，电阻变小、电流变大；当入射光线减弱时，电阻变大、电流变小。可用下列公式来表达光敏电阻的电流与入射光线强弱的变化关系：I=KUaLb

式中 I 为通过光敏电阻的电流；U 为外加的工作电压；L 为入射到光敏电阻上的光线照度；K 为比例系数；a 为电压指数(一般接近于 1)；b 为照度指数。

另外，为了增强光敏电阻的灵敏度，特将金属电极制作成梳状，利用互相交错的梳齿，来增长正、负电极的交界线，使在同样的入射光线条件下，能够产生更多的电子—空穴对。

光敏电阻的灵敏度不但与入射光线的强度有关，而且还与入射光线的波长有关。根据光敏电阻的光谱特性，可分为三种光敏电阻：一是红外光敏电阻，对红外线比较灵敏，半导体光敏层的材质主要有：硫化铅、碲化铅、硒化铅，锑化铟等，主要用于红外线探测；二是紫外光敏电阻，对紫外线比较灵敏，半导体光敏层的材质主要有：硫化镉、硒化镉等，主要用于紫外线探测；三是可见光光敏电阻，对可见光比较灵敏，半导体光敏层的材质主要有：硫化镉、硒化镉、碲化镉、砷化镓、硫化锌等，主要用于各种光控电路及光控装置。如光控路灯、光控航标灯、光控窗帘、光控塑料大棚、光控火灾报警器、光控防盗报警器、照相机自动曝光装置、自动给水和停水装置以及光电计数器、光电温度计等。同时需要说明，光敏电阻没有极性，属纯电阻型器件，它既可用于直流电路，也可用于交流电路。