什么是光敏电阻器、LDR 或光敏电阻器

2024-01-30

光相关电阻器、LDR 或光敏电阻器是电子元件,通常用于电子电路设计中,需要检测光的存在或水平。

LDR与其他形式的电阻器(如碳膜电阻器、金属氧化膜电阻器、金属膜电阻器等)有很大不同,这些电阻器广泛用于其他电子设计。它们专为其光敏性和由此引起的电阻变化而设计。

这些电子元件可以用各种名称来描述,包括光敏电阻器、LDR、光敏电阻器,甚至光电管、光电管或光电导体。

虽然也可以使用其他电子元件,如光电二极管或光电晶体管,但LDR或光敏电阻在许多电子电路设计中特别方便使用。它们为光照水平的变化提供了很大的电阻变化。

鉴于其低成本、易于制造和易于使用,LDR 已被用于各种不同的应用。LDR 曾一度用于照相测光表,即使是现在,它们仍然用于需要检测光照水平的各种应用中。

什么是光敏电阻器、LDR 或光敏电阻器

光敏电阻或光相关电阻是对光敏感的电子元件。当光线落在它上面时,电阻就会发生变化。LDR 的电阻值可能会在许多数量级上发生变化,电阻值会随着光水平的增加而下降。

LDR 或光敏电阻的电阻值在黑暗中为几兆欧,然后在明亮的光线下下降到几百欧姆的情况并不少见。

由于电阻变化如此之大,LDR 易于使用,并且有许多 LDR 电路可用。光敏电阻或光敏电阻的灵敏度也随入射光的波长而变化。

LDR 由半导体材料制成,使其具有光敏特性。可以使用许多材料,但这些光敏电阻的一种流行材料是硫化镉 CdS,尽管由于使用镉的环境问题,这些电池的使用现在在欧洲受到限制。

同样,其他镉基半导体材料,如镉、碲化镉,也受到限制。其他可以使用的材料包括硫化铅、PbS 和锑化铟、InSb。

虽然这些光敏电阻使用半导体材料,但它们是纯粹的无源器件,因为它们不具有PN结,这将它们与其他光电探测器(如光电二极管和光电晶体管)区分开来。

LDR / 光敏电阻符号

电子电路中使用的LDR符号基于电阻电路符号,但以箭头的形式显示光。通过这种方式,它遵循与光电二极管和光电晶体管电路符号相同的约定,其中箭头用于表示落在这些组件上的光。

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光敏电阻/光敏电阻电路符号

新型电阻器符号(即矩形框)和较旧的锯齿形线电阻器电路符号都显示了光敏电阻器/光敏电阻器电路符号。

通常,光相关电阻器符号可能没有圆圈。这通常在电子电路原理图上完成,以节省空间并减少图上的线和圆的数量,以重新增加复杂性。

LDR 的工作原理

在不深入研究复杂解释的情况下,理解 LDR 工作原理的基础知识相对容易。首先有必要了解电流由电子在材料内的运动组成。

良导体具有大量的自由电子,这些自由电子可以在电位差的作用下沿给定方向漂移。具有高电阻的绝缘体的自由电子很少,因此很难使它们移动,因此很难有电流流动。

LDR 或光敏电阻器由任何具有高电阻的半导体材料制成。它具有很高的电阻,因为很少有电子是自由的并且能够移动——绝大多数电子被锁定在晶格中并且无法移动。因此,在这种状态下,LDR电阻很高。

当光落在半导体上时,光子被半导体晶格吸收,它们的一些能量被传递到电子上。

传递给电子的能量使其中一些电子有足够的能量从晶格中挣脱出来,这样它们就可以导电。这导致半导体电阻降低,从而降低整体LDR电阻。

这个过程是渐进的,随着更多的光照射在LDR半导体上,更多的电子被释放出来导电,电阻进一步下降。

光敏电阻/LDR结构式

在结构上,光敏电阻是一种光敏电阻,具有暴露在光线下的水平体。

光敏电阻的基本格式如下所示:

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光敏电阻结构

有源半导体区域通常沉积在半绝缘衬底上,而有源区域通常被轻掺杂。

在许多分立式光敏电阻器件中,使用指间图案来增加光敏电阻暴露在光线下的面积。图案在活动区域表面的金属化中切割,这样可以让光线通过。两个金属化区域充当电阻器的两个触点。该面积必须做得相对较大,因为需要将接触对有源区域的电阻降至最低。

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光敏电阻结构显示指间图案,以最大限度地扩大暴露面积。

这种类型的结构广泛用于许多可见的小型光敏电阻或光敏电阻。趾间模式非常容易识别。

光敏电阻使用的材料是半导体,包括 CdSe、CdS、CdTe、InSb、InP、PbS、PbSe、Ge、Is、GaAs 等材料。每种材料在灵敏度波长等方面具有不同的特性。

鉴于使用镉的环境问题,这种材料在欧洲没有用于任何产品,全球对这种半导体的使用量已大大减少。

光敏电阻的种类

光相关电阻器、LDR 或光敏电阻器分为以下两种类型或类别之一:

本征光敏电阻:本征光敏电阻使用未掺杂的半导体材料,包括硅或锗。落在LDR上的光子激发电子,将它们从价带移动到导带。

因此,这些电子可以自由导电。落在设备上的光越多,释放的电子就越多,电导率水平就越高,这会导致较低的电阻水平。

外在光敏电阻:外在光敏电阻由掺杂杂质的材料制成的半导体。这些杂质或掺杂剂在现有价带上方形成新的能量带。

因此,由于能隙较小,电子需要较少的能量才能转移到导带。

无论光敏电阻或光敏电阻的类型如何,这两种类型的电阻都会随着入射光水平的增加而增加或电阻下降。

LDR 频率依赖性

光敏电阻的灵敏度随影响器件敏感区域的光的波长而变化。效果非常明显,发现如果波长超出给定范围,则没有明显的效果。

由不同材料制成的设备对不同波长的光有不同的响应,这意味着不同的电子元件可以用于不同的应用。

还发现外在光敏电阻往往对较长波长的光更敏感,可用于红外线。然而,在使用红外线时,必须注意避免热量积聚,但辐射会引起兴高采烈的效果。

光敏电阻/光相关电阻延迟

与光敏电阻或光相关电阻器相关的一个重要方面是延迟,即电子元件响应任何变化所需的时间。这方面对于电路设计尤为重要。

在LDR/光敏电阻达到新光水平的最终值之前,光水平的任何变化都需要相当长的时间,因此,在光值变化相当快的情况下,LDR/光敏电阻不是一个好的选择。然而,当光线变化在一段时间内发生时,它们就足够了。

电阻变化的速率称为电阻恢复速率。LDR/光敏电阻通常在完全黑暗后施加光时在几十毫秒内做出反应,但当光被移除时,电阻可能需要长达一秒钟左右的时间才能达到其最终水平。

正是出于这个原因,光敏电阻的电子元件数据表中通常引用的规格之一是给定时间(通常以秒为单位)后的暗电阻。通常引用两个值,一个表示一秒,另一个表示五秒。这些给出了电阻器延迟的指示。

光敏电阻应用

光敏电阻可用于许多不同的应用,并且可以在许多不同的电子电路设计中看到。它们具有非常简单的结构,并且是低成本且坚固耐用的设备。

它们广泛用于许多不同的电子设备和电路设计,包括照相测光表、火灾或烟雾报警器以及防盗报警器,它们还用作路灯的照明控制。

外在光敏电阻器为更长的波长提供灵敏度,因此它们在各种电子电路设计中作为红外光电探测器很受欢迎。光敏电阻也可用于检测核辐射。

LDR 电路

有许多电路用于光相关电阻器。这些LDR电路可以基于双极晶体管、FET运算放大器等。

然而,大多数LDR电路的基础是分电位器,然后可以与其他各种电路一起使用,以根据需要处理电压。

基本电位分压器由两个串联电阻器组成,其中一端通常连接到固定电位,另一端连接到地。

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使用电位分压器的基本LDR电路

使用以下公式计算输出电压非常简单。

Vout=Vin(R2R1+R2) �外=�在(�2�1+�2)

注意:这假设分电位器电路在输出端没有对电压产生重大影响的负载。通常,高阻抗 laod 将意味着电路将按预期运行,否则负载和 R2应计算在 parellel 中,以形成电位分隔器下肢的整体阻力。

可以看出,如果光相关电阻器是,例如R2,然后随着它的变化,电位分压器的输出电压也会发生变化。

然后,该输出电压可以连接到晶体管、FET、运算放大器或其他合适的电路。它可以用来放大差异,也可以以各种方式用于许多其他电路之一。

例如,如果LDR在低光照条件下为50kΩ,在照明时为2kΩ,并且分电位器由10 V供电,电阻R1为10kΩ,则假设无负载,输出电压将在低光照条件下的8.33V和全光条件下的0.166V之间变化。

该电压可以很容易地馈入比较器或其他合适的电路,然后用于驱动逻辑线,该逻辑线可以以某种方式用于处理。

光相关电阻器规格

在考虑在任何电子电路设计中使用 LDR/光敏电阻器时,有几个规格对于光敏电阻器很重要。

这些光敏电阻规格包括:

LDR/光敏电阻的主要规格
参数
最大功耗 这是器件在给定温度范围内能够耗散的最大功率。在一定温度以上可能适用降额。
最大工作电压 特别是由于该器件是基于半导体的,因此必须遵守最大工作电压。这通常指定为 0 勒克斯,即黑暗。
峰值波长 该光敏电阻规格详细说明了最大灵敏度的波长。在某些情况下,可以为整体响应提供曲线。波长以 nm 为单位指定
照明时的电阻 光照下的电阻是一个关键规格,是任何光敏电阻的关键参数。通常在某些光照条件下给出最小和最大电阻,通常为 10 勒克斯。由于可能遇到的点差,可能会给出最小值和最大值。在极端照明下,例如100lux,也可以给出“完全开启”的条件。
暗抗性 将给出光敏电阻的暗电阻值。这些可以在给定时间后指定,因为当电荷载流子重新组合时,电阻需要一段时间才能下降 – 光敏电阻以其缓慢的响应时间而著称。

典型的光相关电阻器,LDR/光敏电阻的规格可以是:

光敏电阻规格示例
参数 示例图
最大功耗 200毫瓦
最大电压 @ 0 lux 200伏
峰值波长 600纳米
最小电阻 @ 10lux 1.8kΩ
最大电阻 @ 10lux 4.5kΩ
典型电阻 @ 100lux 0.7kΩ
1秒后暗抗性 0.03MΩ
5秒后暗抗性 0.25MΩ

LDR 是非常有用的电子元件,可用于各种光传感应用及其相关的电子电路设计。由于 LDR 电阻在如此宽的范围内变化,因此它们特别有用,并且有许多可用的 LDR 电路设计。

光相关电阻器被广泛使用,尽管它们的性能相当缓慢,但它们仍然提供了低婴儿床,但有效的方法来检测光和一般光照水平。

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