光敏电阻是一种典型的光电子元器件。所谓光电导效应是表示光电子元器件受到光照射反应,光电子元器件的电导率发生变化。光敏电阻和其它半导体元器件相比有以下特点:

    (1)光谱响应范围宽。根据光电导材料的不同,光谱响应可从紫外光、可见光、红外光，近红外扩展到远红外,尤其对红光和红外辐射有较好的响应度；

    (2)工作电流大；

    (3)所测光强范围宽。强光弱光亦可；

    (4)灵敏度高。光导电增益大于1；

    (5)偏置电压低,无极性；

    (6)使用方便。

    其缺点是在强光照射下光电转换线性较差，光电驰豫过程较长,频率响应很低，不环保。

    光敏电阻有两种类型：根据半导体材料的分类，一种是本征型光敏电阻；另一种是掺杂型光敏电阻。掺杂型光敏电阻中N型半导体材料制成的光敏电阻性能稳定,特性较好,故目前大都采用。光敏电阻若按它的光谱特性及最佳工作波长范围可分为三类:一类是对紫外光敏感的光敏电阻,如硫化镉和硒化镉等。另一类是对可见光敏感的光敏电阻,如硫化镉、硫化铊等。还有一类是对红外光敏感的光敏电阻,如硫化铅等。常见的光敏电阻有硫化镉光敏电阻、硫化铅光敏电阻、锑化铟光敏电阻、碲镉汞系列光敏电阻等。

    光敏电阻的工作原理是:在其两极加上一定电压后,当光照射在光敏电阻上时,由光照产生的光生载流子在外加电场作用下沿一定方向运动。在电路中产生电流,达到了光电转换的目的。光敏电阻的光电流与入射的光系数、量子效率和光电导体长度L有关。在设计光敏电阻时,常设法使L减小,使光电流增大。CdS光敏电阻面通常制成梳型状,目的就是减小L,提高内部增益,从而提高元件中的响应度。

    光敏电阻的基本偏置电路如图1所示。Rp为光敏电阻,Rl为负载电阻,Vb为偏置电压,V为光敏电阻两端电压。从图1中可知:

    I=Vb/(Rl+Rp),VL=RlVb/(Rl+Rp)

    (1)当RlμRp时,I=Vb/Rl。即负载电流与光敏电阻无关,近似为常数。此时为恒流偏置。

    光敏电阻的主要参数:

    光导电增益。它表示长度为L的光导电体两端加上电压V后,由光产生的光生载流子在电场的作用下所形成的外部光电流与光电子形成的内部电流之间的比值。因此灵敏的光敏电阻,必须有很大的增益系数。

    光谱响应率:表示某一特定波长下,输出光电流(或电压)与入射辐射能量之比。增大增益系数可得到很高的光谱响应率。实际上常用的光敏电阻的光谱响应率小于1安/瓦时间常数。光敏电阻在光照时,光生载流子的产生或消失都要经过一段时间,这就是光敏电阻的响应时间,它反映了光敏电阻的惰性。响应时间长,说明光敏电阻对光的变化反映慢或惰性大。

    光电特性:光敏电阻的光电流与入射光通量之间的关系称光电特性。

    前历效应:就是测试前光敏电阻所处的状态(无光照或有光照)对光敏电阻特性的影响。大多数光敏电阻在稳定的光照下,其阻值有明显的漂移现象,而且经过一段时间间隔后复测阻值还有变化。这种现象叫作前历效应。

    温度特性:光敏电阻的特性参数受工作温度的影响较大,只要温度稍有变化,它的其它参数都发生变化。而且这种变化无规律。为了提高光敏电阻性能的稳定性,降低噪声和提高探测率,就需要采取冷却装置。

    由于光敏电阻以上几个方面的特点,在实际工作中,得到了广泛应用。

    图2所示是利用光敏电阻控制的路灯自动点熄电路。该电路由两部分组成。电阻R、电容C和二极管D组成半波整流电路。CdS光敏电阻和J组成光控继电器。路灯接在继电器常闭触点上,由光控继电器控制灯的点燃和熄灭。工作原理是:晚上光线很暗,CdS光敏电阻阻值很大,流过J的电流很小,使继电器J不动作,路灯接通电源点亮。早上,天渐渐变亮,即照度逐渐增大,CdS光敏电阻受光照后,阻值变小,流过J的电流逐渐增大,当照度达到一定值时,流过继电器的电流足以使J动作,使其闭合,其常闭触点断开,路灯熄灭。

图 3 　照相机自动爆光电路

    图3为照相机自动爆光电路。可用于电子程序快门电路中。测光元件采用CdS光敏电阻。整个爆光电路是由R、C充电电路、时间检出电路(电压比较器A)及驱动电路组成。图中,K为快门按钮,Mg为快门电磁吸铁,RW1为调节快门速度的可调电位器,RW2是高照度时调节快门速度的电位器。其工作过程如下:

    在初始状态,即快门动作前,钽电容C被快门释放开关K短路,比较器A的同相输入端为0电平。反相输入端设置检测电平Vt(一般为1～115V),于是A输出为低电平,三极管T截止,电磁铁不吸合,快门叶片不动作。在按下相机快门的过程中,快门释放开关K动作,电源Vcc经开关K加到电容C的一端,由于C两端的电压不能突变,于是C的另一端电压也为Vcc,此时比较器A的同相端电压高于Vt,A输出高电平,T 导通,快门电磁铁Mg吸合。快门叶片开始动作,胶片爆光。同时C被充电。 

CdS和RW2上的电压为:     

    Vr =Vcc e-t(Rcds+Rw2)C

    随着电容C的充电,Vr电压下降,当Vr小于Vt时,A输出为低电平。于是T截止,快门关闭。

    从电容器C开始充电到比较器A翻转的时间为:t=(RCdS+Rw2)Cln(Vcc/Vt)

    Rw1是为调节快门爆光时间而设置的。Rw2是为高亮度时调节快门爆光时间而设置的。

    由上式可知:当Vcc、Vt、C和Rw2确定后,t只于RCdS大小有关,而RCdS又于景物光强有关,从而实现了在不同亮度下的自动爆光。

    另外,光敏电阻还可以用于定时、报警、测量光照用的照度计和自动控制装置等