什么是光敏电阻或LDR？

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。

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

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

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

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

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：

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。

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。

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：

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。