什么是光敏電阻器、LDR 或光敏電阻器

光相關(guān)電阻器、LDR 或光敏電阻器是電子元件，通常用于電子電路設(shè)計(jì)中，需要檢測(cè)光的存在或水平。

LDR與其他形式的電阻器（如碳膜電阻器、金屬氧化膜電阻器、金屬膜電阻器等）有很大不同，這些電阻器廣泛用于其他電子設(shè)計(jì)。它們專為其光敏性和由此引起的電阻變化而設(shè)計(jì)。

這些電子元件可以用各種名稱來描述，包括光敏電阻器、LDR、光敏電阻器，甚至光電管、光電管或光電導(dǎo)體。

雖然也可以使用其他電子元件，如光電二極管或光電晶體管，但LDR或光敏電阻在許多電子電路設(shè)計(jì)中特別方便使用。它們?yōu)楣庹账降淖兓峁┝撕艽蟮碾娮枳兓?/p>

鑒于其低成本、易于制造和易于使用，LDR 已被用于各種不同的應(yīng)用。LDR 曾一度用于照相測(cè)光表，即使是現(xiàn)在，它們?nèi)匀挥糜谛枰獧z測(cè)光照水平的各種應(yīng)用中。

什么是光敏電阻器、LDR 或光敏電阻器

光敏電阻或光相關(guān)電阻是對(duì)光敏感的電子元件。當(dāng)光線落在它上面時(shí)，電阻就會(huì)發(fā)生變化。LDR 的電阻值可能會(huì)在許多數(shù)量級(jí)上發(fā)生變化，電阻值會(huì)隨著光水平的增加而下降。

LDR 或光敏電阻的電阻值在黑暗中為幾兆歐，然后在明亮的光線下下降到幾百歐姆的情況并不少見。

由于電阻變化如此之大，LDR 易于使用，并且有許多 LDR 電路可用。光敏電阻或光敏電阻的靈敏度也隨入射光的波長(zhǎng)而變化。

LDR 由半導(dǎo)體材料制成，使其具有光敏特性。可以使用許多材料，但這些光敏電阻的一種流行材料是硫化鎘 CdS，盡管由于使用鎘的環(huán)境問題，這些電池的使用現(xiàn)在在歐洲受到限制。

同樣，其他鎘基半導(dǎo)體材料，如鎘、碲化鎘，也受到限制。其他可以使用的材料包括硫化鉛、PbS 和銻化銦、InSb。

雖然這些光敏電阻使用半導(dǎo)體材料，但它們是純粹的無源器件，因?yàn)樗鼈儾痪哂蠵N結(jié)，這將它們與其他光電探測(cè)器（如光電二極管和光電晶體管）區(qū)分開來。

LDR / 光敏電阻符號(hào)

電子電路中使用的LDR符號(hào)基于電阻電路符號(hào)，但以箭頭的形式顯示光。通過這種方式，它遵循與光電二極管和光電晶體管電路符號(hào)相同的約定，其中箭頭用于表示落在這些組件上的光。

光敏電阻/光敏電阻電路符號(hào)

新型電阻器符號(hào)（即矩形框）和較舊的鋸齒形線電阻器電路符號(hào)都顯示了光敏電阻器/光敏電阻器電路符號(hào)。

通常，光相關(guān)電阻器符號(hào)可能沒有圓圈。這通常在電子電路原理圖上完成，以節(jié)省空間并減少圖上的線和圓的數(shù)量，以重新增加復(fù)雜性。

LDR 的工作原理

在不深入研究復(fù)雜解釋的情況下，理解 LDR 工作原理的基礎(chǔ)知識(shí)相對(duì)容易。首先有必要了解電流由電子在材料內(nèi)的運(yùn)動(dòng)組成。

良導(dǎo)體具有大量的自由電子，這些自由電子可以在電位差的作用下沿給定方向漂移。具有高電阻的絕緣體的自由電子很少，因此很難使它們移動(dòng)，因此很難有電流流動(dòng)。

LDR 或光敏電阻器由任何具有高電阻的半導(dǎo)體材料制成。它具有很高的電阻，因?yàn)楹苌儆须娮邮亲杂傻牟⑶夷軌蛞苿?dòng)——絕大多數(shù)電子被鎖定在晶格中并且無法移動(dòng)。因此，在這種狀態(tài)下，LDR電阻很高。

當(dāng)光落在半導(dǎo)體上時(shí)，光子被半導(dǎo)體晶格吸收，它們的一些能量被傳遞到電子上。

傳遞給電子的能量使其中一些電子有足夠的能量從晶格中掙脫出來，這樣它們就可以導(dǎo)電。這導(dǎo)致半導(dǎo)體電阻降低，從而降低整體LDR電阻。

這個(gè)過程是漸進(jìn)的，隨著更多的光照射在LDR半導(dǎo)體上，更多的電子被釋放出來導(dǎo)電，電阻進(jìn)一步下降。

光敏電阻/LDR結(jié)構(gòu)式

在結(jié)構(gòu)上，光敏電阻是一種光敏電阻，具有暴露在光線下的水平體。

光敏電阻的基本格式如下所示：

光敏電阻結(jié)構(gòu)

有源半導(dǎo)體區(qū)域通常沉積在半絕緣襯底上，而有源區(qū)域通常被輕摻雜。

在許多分立式光敏電阻器件中，使用指間圖案來增加光敏電阻暴露在光線下的面積。圖案在活動(dòng)區(qū)域表面的金屬化中切割，這樣可以讓光線通過。兩個(gè)金屬化區(qū)域充當(dāng)電阻器的兩個(gè)觸點(diǎn)。該面積必須做得相對(duì)較大，因?yàn)樾枰獙⒔佑|對(duì)有源區(qū)域的電阻降至最低。

光敏電阻結(jié)構(gòu)顯示指間圖案，以最大限度地?cái)U(kuò)大暴露面積。

這種類型的結(jié)構(gòu)廣泛用于許多可見的小型光敏電阻或光敏電阻。趾間模式非常容易識(shí)別。

光敏電阻使用的材料是半導(dǎo)體，包括 CdSe、CdS、CdTe、InSb、InP、PbS、PbSe、Ge、Is、GaAs 等材料。每種材料在靈敏度波長(zhǎng)等方面具有不同的特性。

鑒于使用鎘的環(huán)境問題，這種材料在歐洲沒有用于任何產(chǎn)品，全球?qū)@種半導(dǎo)體的使用量已大大減少。

光敏電阻的種類

光相關(guān)電阻器、LDR 或光敏電阻器分為以下兩種類型或類別之一：

本征光敏電阻：本征光敏電阻使用未摻雜的半導(dǎo)體材料，包括硅或鍺。落在LDR上的光子激發(fā)電子，將它們從價(jià)帶移動(dòng)到導(dǎo)帶。

因此，這些電子可以自由導(dǎo)電。落在設(shè)備上的光越多，釋放的電子就越多，電導(dǎo)率水平就越高，這會(huì)導(dǎo)致較低的電阻水平。

外在光敏電阻：外在光敏電阻由摻雜雜質(zhì)的材料制成的半導(dǎo)體。這些雜質(zhì)或摻雜劑在現(xiàn)有價(jià)帶上方形成新的能量帶。

因此，由于能隙較小，電子需要較少的能量才能轉(zhuǎn)移到導(dǎo)帶。

無論光敏電阻或光敏電阻的類型如何，這兩種類型的電阻都會(huì)隨著入射光水平的增加而增加或電阻下降。

LDR 頻率依賴性

光敏電阻的靈敏度隨影響器件敏感區(qū)域的光的波長(zhǎng)而變化。效果非常明顯，發(fā)現(xiàn)如果波長(zhǎng)超出給定范圍，則沒有明顯的效果。

由不同材料制成的設(shè)備對(duì)不同波長(zhǎng)的光有不同的響應(yīng)，這意味著不同的電子元件可以用于不同的應(yīng)用。

還發(fā)現(xiàn)外在光敏電阻往往對(duì)較長(zhǎng)波長(zhǎng)的光更敏感，可用于紅外線。然而，在使用紅外線時(shí)，必須注意避免熱量積聚，但輻射會(huì)引起興高采烈的效果。

光敏電阻/光相關(guān)電阻延遲

與光敏電阻或光相關(guān)電阻器相關(guān)的一個(gè)重要方面是延遲，即電子元件響應(yīng)任何變化所需的時(shí)間。這方面對(duì)于電路設(shè)計(jì)尤為重要。

在LDR/光敏電阻達(dá)到新光水平的最終值之前，光水平的任何變化都需要相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間，因此，在光值變化相當(dāng)快的情況下，LDR/光敏電阻不是一個(gè)好的選擇。然而，當(dāng)光線變化在一段時(shí)間內(nèi)發(fā)生時(shí)，它們就足夠了。

電阻變化的速率稱為電阻恢復(fù)速率。LDR/光敏電阻通常在完全黑暗后施加光時(shí)在幾十毫秒內(nèi)做出反應(yīng)，但當(dāng)光被移除時(shí)，電阻可能需要長(zhǎng)達(dá)一秒鐘左右的時(shí)間才能達(dá)到其最終水平。

正是出于這個(gè)原因，光敏電阻的電子元件數(shù)據(jù)表中通常引用的規(guī)格之一是給定時(shí)間（通常以秒為單位）后的暗電阻。通常引用兩個(gè)值，一個(gè)表示一秒，另一個(gè)表示五秒。這些給出了電阻器延遲的指示。

光敏電阻應(yīng)用

光敏電阻可用于許多不同的應(yīng)用，并且可以在許多不同的電子電路設(shè)計(jì)中看到。它們具有非常簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)，并且是低成本且堅(jiān)固耐用的設(shè)備。

它們廣泛用于許多不同的電子設(shè)備和電路設(shè)計(jì)，包括照相測(cè)光表、火災(zāi)或煙霧報(bào)警器以及防盜報(bào)警器，它們還用作路燈的照明控制。

外在光敏電阻器為更長(zhǎng)的波長(zhǎng)提供靈敏度，因此它們?cè)诟鞣N電子電路設(shè)計(jì)中作為紅外光電探測(cè)器很受歡迎。光敏電阻也可用于檢測(cè)核輻射。

LDR 電路

有許多電路用于光相關(guān)電阻器。這些LDR電路可以基于雙極晶體管、FET運(yùn)算放大器等。

然而，大多數(shù)LDR電路的基礎(chǔ)是分電位器，然后可以與其他各種電路一起使用，以根據(jù)需要處理電壓。

基本電位分壓器由兩個(gè)串聯(lián)電阻器組成，其中一端通常連接到固定電位，另一端連接到地。

使用電位分壓器的基本LDR電路

使用以下公式計(jì)算輸出電壓非常簡(jiǎn)單。

Vout=Vin(R2R1+R2) ?外=?在(?2?1+?2)

注意：這假設(shè)分電位器電路在輸出端沒有對(duì)電壓產(chǎn)生重大影響的負(fù)載。通常，高阻抗 laod 將意味著電路將按預(yù)期運(yùn)行，否則負(fù)載和 R2應(yīng)計(jì)算在 parellel 中，以形成電位分隔器下肢的整體阻力。

可以看出，如果光相關(guān)電阻器是，例如R2，然后隨著它的變化，電位分壓器的輸出電壓也會(huì)發(fā)生變化。

然后，該輸出電壓可以連接到晶體管、FET、運(yùn)算放大器或其他合適的電路。它可以用來放大差異，也可以以各種方式用于許多其他電路之一。

例如，如果LDR在低光照條件下為50kΩ，在照明時(shí)為2kΩ，并且分電位器由10 V供電，電阻R1為10kΩ，則假設(shè)無負(fù)載，輸出電壓將在低光照條件下的8.33V和全光條件下的0.166V之間變化。

該電壓可以很容易地饋入比較器或其他合適的電路，然后用于驅(qū)動(dòng)邏輯線，該邏輯線可以以某種方式用于處理。

光相關(guān)電阻器規(guī)格

在考慮在任何電子電路設(shè)計(jì)中使用 LDR/光敏電阻器時(shí)，有幾個(gè)規(guī)格對(duì)于光敏電阻器很重要。

這些光敏電阻規(guī)格包括：

光相關(guān)電阻器被廣泛使用，盡管它們的性能相當(dāng)緩慢，但它們?nèi)匀惶峁┝说蛬雰捍?，但有效的方法來檢測(cè)光和一般光照水平。

審核編輯：黃飛