什么是光敏电阻或LDR?
发布时间:2023-06-08 08:00:00 阅读数: 64
光敏电阻(LDR),(也被称为光敏电阻、光电池、光敏电阻或光导电池),是一种光敏电阻或光敏传感器,用于电子电路设计,目的是检测光的存在或强度。LDR的电阻值可以跨越多个数量级的变化,电阻值随着光照度的增加而减少。也就是说,当暴露在光线下时,它表现出电阻的变化。
LDR或光敏电阻的灵敏度也因入射光线的波长不同而不同。与电子设计中常用的其他类型的电阻不同,如碳膜电阻、金属氧化膜电阻和金属膜电阻,LDR是专门设计成对光敏感的,并相应地表现出电阻的变化。
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LDR是使用半导体材料制造的,以赋予其光敏特性。可以采用各种材料,其中硫化镉(CdS)是这些光敏电阻的一个普遍选择。硫化铅(PbS)和锑化铟(InSb)是所使用的其他材料的例子。
尽管LDR是由半导体材料制成的,但它们被认为是无源器件,因为它们缺乏PN结,这使它们与其他光电探测器如光电二极管和光电晶体管有所区别。
LDR的低成本、易制造和易使用的特点使其在不同领域得到广泛的应用。它们已被广泛用于摄影测光表和需要光量检测的各种应用。
LDR的符号
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在电子电路中用来表示LDR的符号是基于电阻器的电路符号,但结合了箭头来描述光的存在。这种符号与光电二极管和光敏电阻的电路符号类似,箭头代表入射光线。
依赖光的电阻器或光敏电阻的电路符号,既使用较新的电阻器符号(用矩形框表示),也使用较旧的人字形线电阻器电路符号。
LDR的结构
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光敏电阻是一种光敏电阻,它有一个平坦的水平体,暴露在光线下。轻度掺杂的有源半导体区域被沉积在半绝缘衬底上,这种安排确保了光敏电阻的光敏感性。
在许多分立的光敏电阻装置中,采用了数字间的图案来增强光敏电阻暴露在光线下的面积。该图案被蚀刻在有源区表面的金属化层中,使光线得以通过。这两个金属化区域作为电阻器的触点。这个区域必须相对较大,以尽量减少与有源区接触点的电阻。
用于构建光敏电阻的半导体材料包括CdSe、CdS、CdTe、InSb、InP、PbS、PbSe、Ge、Is和GaAs。每种材料在波长敏感性和其他因素方面都有不同的特性。
LDR的工作原理
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依赖于光的电阻器是根据光导原理运作的。光导原理指出,某些被称为光导体的材料,在暴露于光下时,其导电性会发生变化。就LDR而言,它是一种光导材料,当光落在它身上时,光所携带的能量被材料吸收了。因此,光电导材料的价带中的电子被激发并进入传导带。这个过程导致了与入射光强度成比例的导电性增加。
为使这一现象发生,入射光的能量必须大于光电导材料的带隙能量。只有这样,价带中的电子才能被激发到导带中。
在未被照亮的状态下(黑暗),LDR表现出最高的电阻,通常约为1012欧姆。然而,随着光照强度的增加,LDR的电阻也相应减少。
光强度与电阻
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电流的特点是电子在材料中的运动。具有高导电性的材料拥有大量的自由电子,当受到电位差的影响时,能够向特定方向漂移。而具有高电阻的绝缘体具有极少量的自由电子,使得它们难以移动,也难以有电流流动。
LDR或光敏电阻的构造是使用高电阻的半导体材料。它的高电阻是由于缺乏能够移动的自由电子而产生的。大多数电子被紧紧地束缚在晶格内,无法迁移,导致LDR的高电阻状态。
当光照亮半导体材料时,光中的光子被半导体的晶格结构所吸收。来自光子的一些能量被转移到材料内的电子。这种能量转移为一些电子提供了足够的能量,使它们能够从晶格中挣脱出来,成为能够导电的电子。因此,半导体的电阻降低,导致LDR的整体电阻降低。
LDR或光敏电阻器的类型
有两个主要类别的光敏电阻或光敏电阻:
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本质光敏电阻: 本质光敏电阻使用的是没有掺杂杂质的半导体材料,如硅或锗。当光子击中LDR时,它们会激发电子,使它们从价带激发到导带。这一转变使电子能够自由移动并导电。随着更多的光到达设备,更多的电子被释放,导致导电性增加,电阻减少。
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外生型光敏电阻: 外生型光敏电阻是通过在半导体材料中加入杂质或掺杂物而产生的。这些掺杂物在现有的价带之上引入一个新的能带。因此,由于能隙的减少,电子需要更少的能量来移动到传导带。在有光的情况下,电子可以很容易地移动到传导带,提高导电性并减少电阻。
当本征和外征光敏电阻暴露在较高的入射光线下时,无论其类型如何,都会显示出电导率的增加或电阻的降低。
作为电位分配器的LDR
光敏电阻在各种电路中都有应用,采用的元件包括双极晶体管、场效应晶体管(FET)、运算放大器等等。大多数LDR电路中的基本元素是电位分压器,它可以与不同的电路相结合,根据所需的要求操纵电压。
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一个典型的电位分压器包括两个串联的电阻,一端通常与一个固定的电位相连,另一端与地相连。这种安排构成了许多LDR电路的基础,允许根据具体应用,以不同的方式划分和处理电压。
电路的输出电压可以用公式计算:
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在这种情况下,不存在影响电压的负载,因此假定分压器电路的功能符合预期。当有一个高阻抗的负载时,电路的运行是最佳的。但是,如果负载和R2(LDR)影响电压,它们的综合电阻应并联计算,以确定分压器下分支的总电阻。
随着R2的变化,分压器的输出电压也在波动。这个输出电压可以连接到各种元件,如晶体管、场效应管、运算放大器或其他适当的电路。根据具体应用,它可以被用来放大差值或在其他电路中使用。
LDR的优点
灵敏度高
价格较低
小而简单
光-暗电阻比高
没有结合电位
LDR的劣势
有限的光谱响应
随着工作温度的变化,获得错误的结果
不是一个反应特别快的工具
光敏电阻器的应用
LDR,即光敏电阻,结构简单,以其价格低廉和耐用性而闻名。由于它们的多功能性,它们在各种电子设备和电路设计中找到了应用。这些光敏电阻被广泛用于摄影测光表,以测量光的强度并确定相机的适当曝光设置。
它们通过检测环境光线水平的变化,在火灾和烟雾警报器中发挥着重要作用。当烟雾或火灾颗粒破坏了落在LDR上的光,它就会触发警报,提醒居住者注意潜在的危险。
这些光敏电阻被用于防盗报警器,以感知由入侵者引起的光量变化。当未经授权的人进入一个区域并打断落在LDR上的光线时,就会触发报警系统。
LDR在照明控制系统中被用作光传感器,特别是用于路灯和室外照明。它们有助于根据环境光线条件调整灯光的亮度,实现节能和自动化的照明管理。
对较长波长敏感的外在光敏电阻,通常被用作红外光电探测器。它们被应用于涉及检测和测量红外辐射的各种电子电路设计。
它们也可用于检测核辐射。当暴露在某些类型的辐射中时,LDR的电导率会发生变化,使其可以作为辐射检测的传感器。