光敏电阻器的特性和应用.docx

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光敏电阻器的特性和应用

光敏电阻器的特性和应用

站长　2006-4-215:

05:

30

    光敏电阻是采用半导体材料制作，利用内光电效应工作的光电元件。

它在光线的作用下其阻值往往变小，这种现象称为光导效应，因此，光敏电阻又称光导管。

    用于制造光敏电阻的材料主要是金属的硫化物、硒化物和碲化物等半导体。

通常采用涂敷、喷涂、烧结等方法在绝缘衬底上制作很薄的光敏电阻体及梳状欧姆电极，然后接出引线，封装在具有透光镜的密封壳体内，以免受潮影响其灵敏度。

光敏电阻的原理结构如图所示。

在黑暗环境里，它的电阻值很高，当受到光照时，只要光子能量大于半导体材料的禁带宽度，则价带中的电子吸收一个光子的能量后可跃迁到导带，并在价带中产生一个带正电荷的空穴，这种由光照产生的电子—空穴对增加了半导体材料中载流子的数目，使其电阻率变小，从而造成光敏电阻阻值下降。

光照愈强，阻值愈低。

入射光消失后，由光子激发产生的电子—空穴对将逐渐复合，光敏电阻的阻值也就逐渐恢复原值。

    在光敏电阻两端的金属电极之间加上电压，其中便有电流通过，受到适当波长的光线照射时，电流就会随光强的增加而变大，从而实现光电转换。

光敏电阻没有极性，纯粹是一个电阻器件，使用时既可加直流电压，也可以加交流电压。

基本特性及其主要参数

    1、暗电阻、亮电阻

    光敏电阻在室温和全暗条件下测得的稳定电阻值称为暗电阻，或暗阻。

此时流过的电流称为暗电流。

例如MG41-21型光敏电阻暗阻大于等于0.1M。

    光敏电阻在室温和一定光照条件下测得的稳定电阻值称为亮电阻或亮阻。

此时流过的电流称为亮电流。

MG41-21型光敏电阻亮阻小于等于1k。

    亮电流与暗电流之差称为光电流。

    显然，光敏电阻的暗阻越大越好，而亮阻越小越好，也就是说暗电流要小，亮电流要大，这样光敏电阻的灵敏度就高。

    2、伏安特性

    在一定照度下，光敏电阻两端所加的电压与流过光敏电阻的电流之间的关系，称为伏安特性。

    由图2.6.2可知，光敏电阻伏安特性近似直线，而且没有饱和现象。

受耗散功率的限制，在使用时，光敏电阻两端的电压不能超过最高工作电压，图中虚线为允许功耗曲线，由此可确定光敏电阻正常工作电压。

       图2.6.2 光敏电阻的伏安特性    图2.6.3 光敏电阻的光电特性  图  2.6.4 光敏电阻的光谱特性

    3、光电特性

    光敏电阻的光电流与光照度之间的关系称为光电特性。

如图2.6.3所示，光敏电阻的光电特性呈非线性。

因此不适宜做检测元件，这是光敏电阻的缺点之一，在自动控制中它常用做开关式光电传感器。

    4、光谱特性

    对于不同波长的入射光，光敏电阻的相对灵敏度是不相同的。

各种材料的光谱特性如图2.6.4所示。

从图中看出，硫化镉的峰值在可见光区域，而硫化铅的峰值在红外区域，因此在选用光敏电阻时应当把元件和光源的种类结合起来考虑，才能获得满意的结果。

    5、 频率特性

    当光敏电阻受到脉冲光照时，光电流要经过一段时间才能达到稳态值，光照突然消失时，光电流也不立刻为零。

这说明光敏电阻有时延特性。

由于不同材料的光敏电阻时延特性不同，所以它们的频率特性也不相同。

图2.6.5给出相对灵敏度Kr，与光强变化频率f之间的关系曲线，可以看出硫化铅的使用频率比硫化铊高的多。

但多数光敏电阻的时延都较大，因此不能用在要求快速响应的场合，这是光敏电阻的一个缺陷。

              图2.6.5 光敏电阻的频率特性                     图2.6.6 硫化铅的光谱温度特性

    6、温度特性

    光敏电阻和其他半导体器件一样，受温度影响较大，当温度升高时，它的暗电阻会下降。

温度的变化对光谱特性也有很大影响。

图2.6.6是硫化铅光敏电阻的光谱温度特性曲线。

从图中可以看出，它的峰值随着温度上升向波长短的方向移动。

因此，有时为了提高灵敏度，或为了能接受远红外光而采取降温措施。

    常用的光敏电阻器是硫化镉光敏电阻器，它是由半导体材料制成的。

光敏电阻器的阻值随入射光线（可见光）的强弱变化而变化，在黑暗条件下，它的阻值（暗阻）可达1~10MΩ；在强光条件（100LX）下，它阻值（亮阻）仅有几百至数千欧姆。

光敏电阻器对光的敏感性（即光谱特性）与人眼对可见光（0.4~0.76）μm的响应很接近，只要人眼可感受的光，都会引起它的阻值变化。

所以设计光控电路时，都用白炽灯泡（小电珠）光线或自然光线作控制光源，使设计大为简化。

    光敏电阻随入射光线的强弱其对应的阻值变化不是线性的，也就不能用它作光电的线性变换，这是使用者应注意的地方。

初学者可购置一只光敏电阻器（MG45型），在夜间点一盏60~100W的白炽灯，用万用表直接测量光敏电阻器的阻值。

测量时，应把光敏电阻对着白炽灯的光，再逐渐拉开与灯的距离（由近到远），观察万用表指示的阻值变化，可以直观验证光敏电阻的特牲，以加深对它的感性认识。

    常用的光敏电阻器型号有密封型的MG41、MG42、MG43和非密封型的MG45（售价便宜）。

它们的额定功率均在200mW以下。

光敏电阻厂商改进产品性能开拓新兴应用领域

    中国大陆的光敏电阻厂商数量超过15家，主要分布在河南南阳、广东、浙江和江苏等地，月产量介于500-1,500万只之间。

厂商们不断改进现有产品的可靠性、灵敏度、响应速度及光谱特性等，同时还提供多种类型的光敏电阻以满足市场的需求。

 　　珠海利佳电子发展有限公司表示，该公司最近增加了光敏电阻的类型并推出不同直径和封装材料的产品。

其光敏电阻产品的直径范围介于4-20毫米之间，新产品主要应用于相机、太阳能灯具、微型灯具及电动玩具等领域的光探测和光自控。

利佳电子还声称获得了中科院光敏电阻技术成果的转让。

 　　为了满足市场对小尺寸、表面贴装和大额定电压产品的需求，深圳森霸光电有限公司最近推出了直径为3、4、5、7、9、12和20毫米，阻值为5k-0.2MΩ的光敏电阻。

这些器件的额定工作温度范围为-30-70℃，直径3毫米的产品额定电压为100伏，直径20毫米的产品额定电压约为500伏。

光谱特性为540纳米和560纳米，响应时间为30毫秒。

这些光敏电阻主要用于相机自动测光、室内光线控制、工业及光电控制、光控开关、光控灯以及电动玩具等。

 　　西安普瑞电子有限责任公司的PGM-MP系列光敏电阻采用金属封装，有助于散热，尤其是在过压情况下。

目前产品的额定阻值范围为2k-0.3MΩ，用于工业控制及光电控制、光控开关及电动玩具，可靠性高、响应时间快，并且适用于恶劣环境。

南阳信利达电子有限公司主要研发表面贴装型及大功率光敏电阻。

公司最近推出了直径为12毫米和20毫米的大功率产品，适用于太阳能灯具、光控开关、光控灯、电动玩具以及相机等产品的自动测光。

 　　很多厂商还将光敏电阻与其它元件组合在一起，提供多功能模块。

同时为了符合环保的要求，厂商、原材料供应商及研发机构还共同合作开发新型材料，拓展光敏电阻的应用领域，如小夜灯、光控开关、太阳能灯具、草坪照明灯以及光控玩具等，厂商还相应地增加了产能。

 　　“A/V设备也被视为光敏电阻新的应用领域。

”西安普瑞的销售经理赵戈林说。

该公司还将其月产能从100万只增加到500万只。

南阳信利达电子有限公司的总裁单东林表示：

“预计背光照明将成为光敏电阻的潜在应用市场。

使用光敏电阻后，显示器的亮度可随着环境光的变化自动进行调节。

”该公司下个月将在南阳兴建另一家工厂。

“新工厂占地1.34万平方米，完工后我们的光敏电阻月产量可从现有的700万只提高到1,500万只。

”单东林补充道。

深圳森霸光电去年也在南阳兴建了一座新厂。

该公司是大陆最大的光敏电阻厂商之一，占有本地太阳能灯具市场80%的份额。

目前该公司已将月产能增加到1,500万只。

 　　开拓出口市场，提供增值服务 　　国产的光敏电阻在表面灵敏度和可靠性方面与国外产品仍存在差距。

不过厂商正加大研发力度，不断缩小这一差距。

此外他们也在积极寻求国际认证，开拓出口市场。

 　多数光敏电阻厂商都通过了ISO质量认证。

珠海利佳的产品通过了日本理光公司的认证，最近还将其月产量从700万只提高到1,250万只。

南阳利达光电有限公司的经理丁镇赓表示，该公司的产品符合UL标准。

多数大型厂商将其总产量的60%以上用于出口，苏州尼赛拉电子有限公司的出口额占其总销售额的90%以上，出口市场包括日本、美国、台湾和香港等地。

 　由于竞争激烈、产能过剩、产品质量相对不稳定等因素影响，光敏电阻的报价自2000年以来便大幅下跌，跌幅达30-50%。

有厂商称现阶段价格已开始趋于稳定，但预计某些产品的价格在今后数月仍将持续下跌，跌幅在5-15%之间。

 　供应商均努力提供质量佳、价格低的光敏电阻。

为了保持其市场竞争力，一些厂商还提供增值服务。

南阳信利达的单东林说：

“我们的工程师还会帮助客户改进其电路，保证光敏电阻的良好运作。

”西安普瑞的赵戈林说：

“我们的销售与研发部门沟通很好，为客户提供满意的售前及售后服务。

” 

硅制电晶体管取代硫化镉（CDS）光敏电阻

（发布时间：

1/19/2010 访问次数：

222）

编者按：

欧盟市场上出售含有超标铅、镉、汞、六价铬、多溴化联二苯（PBB）和多溴化二苯醚（PBDE）阻燃剂的新型电气和电子设备。

硅制电晶体管取代硫化镉（CdS）光敏电阻器。

    一年以前，欧盟的RoHs（限制使用某些有害物质指令）开始正式实施。

此指令禁止在欧盟市场上出售含有超标铅、镉、汞、六价铬、多溴化联二苯（PBB）和多溴化二苯醚（PBDE）阻燃剂的新型电气和电子设备。

于是，各公司都花费上亿美元去开发和认证替代物质。

开发无铅（Pb）产品的确需要付出巨大的努力，但有时却可以很容易地找到一些有害物质的替代物，其中的一个成功案例就是：

用简单、便宜、易于采用的硅制光电晶体管取代镉制环境光传感器。

    环境光传感器以类似人眼的方式对光进行检测，可广泛用于工业照明、消费类电子、汽车应用中。

这些传感器的典型应用是将部件进行开/关，或通过调节使其更方便易用，从而节省电池电量或提供额外的安全性。

一个较为普遍的应用是路灯和其它户外照明设备，它们可以自动进行开/关操作。

在这类应用中，Vishay的做法主要是：

以不含有害物质的 硅制光电晶体管（TEMT6000X01）取代光敏电阻器。

    大多数情况下，用光电晶体管取代光敏电阻器仅需对电阻值进行变更。

图1显示出如何用TEMT6000X01来取代光敏电阻器S1-CDS。

TEMT6000X01的光电转换系数大约为4mm电阻器的25%，因此相同性能的情况下，必须将电阻R1的值约改为原来的四倍，即达到8.2kΩ。

    尽管现在仍不确定美国、中国或印度是否会像欧盟一样实施这项严格的条例，但可以肯定的是他们正在向着这个方向迈进。

如果当今的大多数产品都是面向全球市场而设计，如果光电晶体管可以相当轻松地取代硫化镉光敏电阻，那么必然要求在环境光感应应用中采用光电晶体管。

美国NEP专业生产各种规格高品质硫化铅,硒化铅,铟镓砷红外探测器,广泛用于以下产品:

火焰探测器，锅炉控制等

气体分析仪，包括工业气体、汽车尾气等

湿度分析仪

红外温度测量

光谱仪

蛋白质成分分析仪

我们提供以下产品:

1.硫化铅红外光敏电阻系列（PbS）

2.电子冷却硫化铅红外光敏电阻系列（TECPbS）

3.硫化铅红外线阵探测器（PbSLinearArray）

4.硒化铅红外光敏电阻（PbSe）

红紫外双色探测器

双通道红外二氧化碳探测器

双通道红外酒精探测器

双通道红外一氧化碳探测器

四通道红外气体探测器

5.电子冷却硒化铅红外光敏电阻（TECPbSe）

6.硒化铅红外线阵探测器（PbSeLinearArray）

7.铟镓砷InGaAsPIN光电二极管近红外探测器

选购这些探测器时请同时参考最先进的MEMS脉冲红外光源.

相应曲线：

硫化铅：

硒化铅：

1.硫化铅光敏电阻系列:

电气参数

TestConditionsat25°C-Typical

A&AM

B&BM

C&CM

D*（Pk.,600,1）x1011

.5-1.2

.5-1.2

.5-1.2

WavelengthCut-off-Microns

3.0

3.0

2.7

PeakWavelengthResponse-Microns

2.5

2.5

2.2

TimeConstant-Microseconds

<100

100-300

>300

Resistance-Megohms

.2-2.0

.2-2.0

.5-10

注:

型号中的M为密封封装.

活性区参数

Code

Number

ActiveArea

BiasVoltage

Typical VW-1

Responsivity

Package

Size

Inches

mm

Typical

Maximum

.25

.010

.25

10

20

1.0x106

TO-5&TO-46

.5

.020

.5

20

40

6.0x105

TO-5&TO-46

1

.040

1

50

100

3.0x105

TO-5&TO-46

2

.080

2

100

200

1.5x105

TO-5

3

.120

3

150

300

1.0x105

TO-5

5

.200

5

250

500

6.0x104

TO-8

10

.400

10

500

1000

3.0x104

TO-3

机械参数

TO-46

TO-5

TO-8

TO-3

典型应用电路:

2.电子冷却硫化铅光敏电阻系列

电气参数

TestConditionsat25°C-Typical

D

D2

D21**

D*（Pk.,600,1）x1011

1.5

2.5

2.8

WavelengthCut-off-Microns

3.1

3.2

3.3

PeakWavelengthResponse-Microns

2.5

2.5

2.5

TimeConstant-Milliseconds

1-2.5

1-2.5

1-2.5

Resistance-Megohms

.5-10

.5-10

.5-5

OperatingTemperature-°C

-20

-30

-45

CoolerPower-VoltsDC/Amps

.8V/1.8A

.8V/1.4A

2.0V/1.4A

NOTE:

3-6StageThermoelectricCoolersandVacuumLNDewarsalsoavailable.Contactusforfurtherdetails.

**TO-8,TO-66orTO-3packagesonly.

活性区参数

Code

Number

ActiveArea

BiasVoltage

Typical VW-1X105

Responsivity

Package

Size

Inches

mm

Typical

Maximum

-20

-30

-45

1

.040

1

50

100

6.0

9.0

13.0

TO-5-37-8-66

2

.080

2

100

200

3.0

4.5

6.5

TO-5-37-8-66

3

.120

3

150

300

2.5

3.5

4.5

TO-5-37-8-66

5

.200

5

250

500

1.2

2.0

3.0

TO-8-66

10

.400

10

500

1000

.6

1.0

1.5

TO-3

机械参数

3.硫化铅线阵

主要性能:

Array

PbSArray1-3microns

PbSeArray1-5microns

PbSD*>8x1010Note

PbSeD*>3x109Note

Squareorrectangulargeometry

Pitchdownto59microns

Pixels256

Thermoelectricallycooled

TECoolerController

Operatingtemp.downto253K

Opticalfilters

Lowcost

Customdesigns

Multiplexing

DCintegrating

Darkcurrentsubtraction

Sampleratesfrom100Hzto1.2MHz

Independentorslaveoperation

Custominterfacesavailable

Integrationtimesfrom0.05msecto0.66sec.

SystemRequirements

±12to±15VDC

TECooler5V@2amps（typical）

AmplifierSpecifications

Outputvoltagerangeupto±12V

Outputcurrent2-3mAmptypical

andupto30mAmpavailable

Adjustableoutputgainavailable

4.硒化铅光敏电阻

电气参数

TestConditionsat25°C-Typical

F&FM

FA&FAM

FS&FSM

D*（Pk.,1000,1）x109

1.0-3.0

3.0-6.0

>6.0

WavelengthCut-off-Microns

4.5-5.0

4.5-5.0

4.5-5.0

PeakWavelengthResponse-Microns

3.8-4.3

3.8-4.3

3.8-4.3

TimeConstant-Microseconds

1-3

1-3

1-3

Resistance-Megohms

.1-4

.1-4

.1-4

活性区参数

Code

Number

ActiveArea

BiasVoltage

Typical VW-1

Package

Size

Inches

mm

Typical

Maximum

1

.040

1

50

100

6,000

TO-5&TO-46

2

.080

2

100

200

3,000

TO-5

3

.120

3

150

300

2,000

TO-5

5

.200

5

250

500

1,200

TO-8

10

.400

10

500

1000

600

TO-3

机械参数

TO-46

TO-5

TO-8

TO-3

5.电子冷却硒化铅光敏电阻

电气参数

TestConditionsat25°C

G

G2

G21**

GS21**

D*（Pk.,1000,1）x1010

.7

1.2

1.5

2.0

WavelengthCut-off-Microns

5.2

5.3

5.4

5.4

PeakWavelengthResponse-Microns

4.3

4.5

4.6

4.6

TimeConstant-MicroSeconds

10

15

20

20

Resistance-Megohms

.2-7

.2-10

.2-15

.2-15

OperatingTemperature-°C

-20

-30

-45

-45

CoolerPower

1.2V/1.8A

1.3V/1.6A

2.2V/1.2A

2.2V/1.2A

NOTE:

3-6StageThermoelectricCoolersandLN2Dewarsavailable.Pleasecontactusforfurtherdetails.

**TO-8,TO-66andTO-3packagesonly.

活性区参数

Code

Number

ActiveArea

BiasVoltage

Typical VW-1

Responsivity

Package

Size

Inches

mm

Typical

Maximum

-20

-30

-45

1

.040

1

50

100

9000

13000

16000

TO-5-37-8-66

2

.080

2

100

200

5000

8000

11000

TO-5-37-8-66

3

.120

3

150

300

3000

5000

6500

TO-5-37-8-66

5

.200

5

250

500

2000

3000

3500

TO-8-66

10

.400

10

500

1000

1000

1500

1800

TO-3

机械参数

6.硒化铅线阵

主要性能:

Array

PbSArray1-3microns

PbSeArray1-5microns

PbSD*>8x1010Note

PbSeD*>3x109Note

Squareorrectangulargeometry

Pitchdownto59microns

Pixels256

Thermoelectricallycooled

TECoolerController

Operatingtemp.downto253K

Opticalfilters

Lowcost

Customdesigns

Multiplexing

DCintegrating

Darkcurrentsubtraction

Sampleratesfrom100Hzto1.2MHz

Independentor