????????最近拿到一個(gè)光敏電阻，想著做一個(gè)簡單的聲光控?zé)?，其中必須用到的器件就是光敏電阻和駐極話筒。以前只知道光敏電阻在不同的光照下，電阻會(huì)發(fā)生變化。雖然它是一個(gè)常用的傳感器，但光電原理，內(nèi)部組成和光電特性，伏安特性都沒有深入研究。抱著對(duì)待電子科學(xué)的嚴(yán)謹(jǐn)態(tài)度，趁著這機(jī)會(huì)，好好分析一下光敏電阻特性，并做實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。

????????光電傳感器的基本原理都是將被測(cè)量的變換轉(zhuǎn)換成光信號(hào)變化，然后借助光電元件將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，其中光電原理是不同形式的光電效應(yīng)。

光電效應(yīng)：

?????? 物理學(xué)認(rèn)為，光是由分離的能團(tuán)---光子組成，兼有波和粒子的特性（光的波粒二象性），把光看作一個(gè)波群，波群可想象為一個(gè)頻率為f的震蕩，能量E和頻率f的關(guān)系為

E=h*f

式中h=6.626 * 10 (-34)（Js），為普朗克常量。

因此，不同顏色的光子因其光波頻率不同而能量不同，光波頻率越高，光子能量越大，綠光光子比紅光光子具有更多的能量，光照射在物體上可看成是一連串具有能量為E的粒子轟擊在物體上，此時(shí)光子能量就傳遞給電子，并且是一個(gè)光子的全部能量一次性的被一個(gè)電子吸收，電子得到光子傳遞的能量后，其狀態(tài)就會(huì)發(fā)生變化，從而使受光照射體的物體產(chǎn)生相應(yīng)的光電效應(yīng)。光子與物體間連接體是電子，當(dāng)光子被半導(dǎo)體吸收后，半導(dǎo)體內(nèi)的電子從光子那獲得能量，并馬上釋放出來參加導(dǎo)電。同樣，一個(gè)自由電子被俘獲后，便失去能量，變成用發(fā)射光子的形式釋放能量。通常把光電效應(yīng)分為三類：

1）???? 在光線作用下使電子溢出物體表面稱為外光電效應(yīng)。制作原件有真空光電管，光電倍增管。

2）???? 在光線作用下使物體的電阻率改變稱為光電導(dǎo)效應(yīng)。光敏電阻就是根據(jù)光電導(dǎo)現(xiàn)象制作的器件。

3）???? 在光線作用下物體產(chǎn)生一定方向的電動(dòng)勢(shì)稱為光生伏特效應(yīng)。能夠制作成光電池。

光敏電阻簡介：

????????光敏電阻是采用半導(dǎo)體材料制作，利用內(nèi)光電效應(yīng)的光電器件又稱光導(dǎo)管。光敏電阻沒有極性，純粹是一個(gè)電阻器件，使用時(shí)既可加直流電壓，也可以加交流電壓。

????????光敏電阻的結(jié)構(gòu)很簡單，常用的制作材料為硫化鎘，另外還有硒、硫化鋁、硫化鉛和硫化鉍等材料。圖1為樹脂封裝的硫化鎘光敏電阻。在玻璃底板上均勻地涂上一層薄薄的半導(dǎo)體物質(zhì)，稱為光導(dǎo)層。半導(dǎo)體的兩端裝有金屬電極，金屬電極與引出線端相連接，光敏電阻就通過引出線端接入電路。為了防止周圍介質(zhì)的影響，在半導(dǎo)體光敏層上覆蓋了一層樹脂膜，樹脂膜的成分應(yīng)使它在光敏層最敏感的波長范圍內(nèi)透射率最大。為了提高靈敏度，光敏電阻的電極一般采用梳狀圖案。光敏電阻引腳無極性。

主要參數(shù)：

????????光敏電阻的主要參數(shù)有：暗電阻、暗電流、亮電阻、亮電流和光電流。（1）暗電阻：光敏電阻在室溫條件下，光照消失之后經(jīng)過一段時(shí)間（遮光全暗后靜置一定時(shí)間）所測(cè)得電阻值稱為光敏電阻的暗電阻，用萬用表測(cè)量暗電阻為2.859M。

此時(shí)流過光敏電阻的電流稱為暗電流,測(cè)量原理如圖2。取E=12V，RL=1.8MΩ，利用式1可得出光敏電阻的暗電流I暗

（2）亮電阻：光敏電阻在接受光照時(shí)測(cè)得的電阻稱為光敏電阻的亮電阻，此時(shí)流過光敏電阻的電流稱為光敏電阻的亮電流。

使用萬用表電阻檔測(cè)量光敏電阻引腳，即可得到亮電阻為1.05k。。

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亮電流測(cè)量：測(cè)量原理如圖3，可獲得光敏電阻的亮電流。圖中取E=12V，RL=5.1k。讀取電流表讀數(shù)，即可得出在該光照條件下的亮電流I亮。

光敏電阻基本特性：

????????光敏電阻的基本特性主要包括：伏安特性、光照特性和光譜特性.

（1）伏安特性：在一定照度下，流過光敏電阻的電流與光敏電阻兩端的電壓的關(guān)系稱為光敏電阻的伏安特性。光敏電阻在一定的電壓范圍內(nèi)，其I—U曲線為直線，如圖4所示為硫化鎘光敏電阻的伏安特曲線。由該曲線可知，光敏電阻所加電壓越高，光電流越大，而且沒有飽和現(xiàn)象。在給定電壓的情況下，光電流的數(shù)值將隨光強(qiáng)增大而增大。

（2）光照特性：光敏電阻的光電特性用于描述光電流I和光照強(qiáng)度之間的關(guān)系。不同材料制成的光敏電阻，其光照特性是不同的，絕大多數(shù)光敏電阻光照特性是非線性的，因此不適合做檢測(cè)原件，如圖7所示。

為了實(shí)現(xiàn)光照強(qiáng)度控制，我們發(fā)射光采用PWM光源，能夠精確的控制光源。

測(cè)量可參考亮電流測(cè)量原理圖，如圖6所示，選取9個(gè)不同的照度值（設(shè)置PWM頻率=100Hz、PWM波占空比=10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%），E=8V，RL=1kΩ。依次測(cè)量電壓U、電流I、和光電流值。

?? 光源驅(qū)動(dòng)電路和光敏電阻測(cè)量電路

（3）時(shí)間響應(yīng)特性：光敏電阻的光電流不能隨著光強(qiáng)改變而立刻變化，即光敏電阻產(chǎn)生的光電流有一定的惰性，這種惰性通常用時(shí)間常數(shù)表示。大多數(shù)的光敏電阻時(shí)間常數(shù)都較大，這是它的缺點(diǎn)之一。不同材料的光敏電阻具有不同的時(shí)間常數(shù)（毫秒數(shù)量級(jí)），因而它們的頻率特性也就各不相同，如圖8所示。我們用示波器測(cè)量光敏電阻兩端的峰峰值。示波器通道1連接在T1,通道二連接在T2.

PWM頻率從5Hz變化到10k、PWM波占空比=50%，E=8V，RL=1kΩ。依次測(cè)量光敏電阻兩端電壓

圖10為三種不同材料制成的光敏電阻的光譜特性。光敏電阻對(duì)應(yīng)于不同波長，其靈敏度是不同的，而且不同材料的光敏電阻光譜響應(yīng)曲線也不同。