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楼主: eagler8

【Arduino】168种传感器模块系列实验(02)---光敏电阻模块

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发表于 2020-6-14 20:25 | 显示全部楼层
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 楼主| 发表于 2020-6-15 10:51 | 显示全部楼层
晨辉智能 发表于 2020-6-14 20:25
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晨辉智能,有什么好项目吗?
 楼主| 发表于 2021-2-13 18:50 | 显示全部楼层
光敏电阻模块的补充资料

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 楼主| 发表于 2021-2-13 19:06 | 显示全部楼层
本帖最后由 eagler8 于 2021-2-13 19:08 编辑

光敏电阻(photoresistor
1)光敏电阻的概念——光敏电阻是用硫化镉或硒化镉等半导体材料制成的特殊电阻器,其工作原理是基于内光电效应(光电导效应)。光照愈强,阻值就愈低,随着光照强度的升高,电阻值迅速降低,亮电阻值可小至1KΩ以下。光敏电阻对光线十分敏感,其在无光照时,呈高阻状态,暗电阻一般可达1.5MΩ。光敏电阻器是利用半导体的光电导效应制成的一种电阻值随入射光的强弱而改变的电阻器,又称为光电导探测器;入射光强,电阻减小,入射光弱,电阻增大。还有另一种入射光弱,电阻减小,入射光强,电阻增大。光敏电阻器一般用于光的测量、光的控制和光电转换(将光的变化转换为电的变化)。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。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。光敏电阻的特殊性能,随着科技的发展将得到极其广泛应用。


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 楼主| 发表于 2021-2-13 19:10 | 显示全部楼层
本帖最后由 eagler8 于 2021-2-15 20:42 编辑

2)光敏电阻的结构——在顶部有两片呈梳状的金属电极,一般分为九线跟七线,且两片金属电极的梳齿是互相交错的,从波纹状的梳齿间隙里露出来的物质即为半导体光敏层,从金属电极的上面还可以看到两只金属引脚的顶部。管芯中光导电体的膜越长,面积越大,受光后,其电阻值变化也越大。因此,一般都把光导电体膜做成弓字形(蛇形状),使两电极成为交叉的梳状。目前,用量最大的光导电体材料是硫化镉(CdS),且掺有少量铜、银等杂质,以有效提高光敏电阻的光灵敏度。结构示意图如图所示。

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管芯是一块安装在绝缘衬底上带有两个欧姆接触电极的光电导体。光导体吸收光子而产生的光电效应,只限于光照的表面薄层,虽然产生的载流子也有少数扩散到内部去,但扩散深度有限,因此光电导体一般都做成薄层。上面是两片梳状金属电极,中间是半导体光敏层,实际上是通过涂抹、喷涂及烧结等方式,在陶瓷基板上形成一层很薄的半导体光敏层,下面是陶瓷基板,两侧是两只金属引脚。在整个结构的外部由一层透明树脂防潮膜包裹着,起到透光、防潮及加固的作用。剖面图如图所示。

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 楼主| 发表于 2021-2-13 19:11 | 显示全部楼层
本帖最后由 eagler8 于 2021-2-15 20:43 编辑

(3)光敏电阻的工作原理——是基于内光电效应(光电导效应)。在半导体光敏材料两端装上电极引线,将其封装在带有透明窗的管壳里就构成光敏电阻,为了增加灵敏度,两电极常做成梳状。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,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。入射光消失后,由光子激发产生的电子—空穴对将复合,光敏电阻的阻值也就恢复原值。在光敏电阻两端的金属电极加上电压,其中便有电流通过,受到一定波长的光线照射时,电流就会随光强的增大而变大,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,也加交流电压。半导体的导电能力取决于半导体导带内载流子数目的多少。当光照射到光电导体上时,若光电导体为本征半导体材料,而且光辐射能量又足够强,光导材料价带上的电子将激发到导带上去,从而使导带的电子和价带的空穴增加,致使光导体的电导率变大。为实现能级的跃迁,入射光的能量必须大于光导体材料的禁带宽度Eg,即式中ν和λ—入射光的频率和波长。在黑暗的环境下,它的阻值很高;当受到光照并且光辐射能量足够大时,光导材料禁带中的电子受到能量大于其禁带宽度ΔEg 的光子激发,由价带越过禁带而跃迁到导带,使其导带的电子和价带的空穴增加,电阻率变小。光敏电阻器通常由光敏层、玻璃基片(或树脂防潮膜)和电极等组成。光敏电阻器在电路中用字母“R”或“RL”、“RG”表示。

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 楼主| 发表于 2021-2-15 20:41 | 显示全部楼层
光敏电阻的优缺点与分类——
1)优点
内部的光电效应和电极无关(光电二极管才有关),即可以使用直流电源
灵敏度和半导体材料、以及入射光的波长有关
环氧树脂胶封装 (Coated with epoxy) 可靠性好 (Good reliability) 体积小 (Small volume) 灵敏度高 (High sensitivity) 反应速度快 (Quick response) 光谱特性好 (Good spectrum characteristic)
2)缺点
①在强光照射下光电转换线性较差
②光电反应过程较长,即光照后,半导体的光电导随光照时间逐渐上升,经一段时间到达定态值,光照停止后,光电导逐渐下降
③频率响应(器件检测变化很快的光信号的能力)很低
④受温度影响较大,响应速度不快,在mss之间,延迟时间受入射光的光照度影响(光电二极管无此缺点,光电二极管灵敏度比光敏电阻高),是耗材。
3)分类
按半导体材料分:本征型光敏电阻、掺杂型光敏电阻。后者性能稳定,特性较好,故大都采用它。
根据光敏电阻的光谱特性,可分为三种光敏电阻器:
①紫外光敏电阻器:对紫外线较灵敏,包括硫化镉、硒化镉光敏电阻器等,用于探测紫外线。
②红外光敏电阻器:主要有硫化铅、碲化铅、硒化铅。锑化铟等光敏电阻器,广泛用于导弹制导、天文探测、非接触测量、人体病变探测、红外光谱,红外通信等国防、科学研究和工农业生产中。
③可见光光敏电阻器:包括硒、硫化镉、硒化镉、碲化镉、砷化镓、硅、锗、硫化锌光敏电阻器等。主要用于各种光电控制系统,如光电自动开关门户,航标灯、路灯和其他照明系统的自动亮灭,自动给水和自动停水装置,机械上的自动保护装置和“位置检测器”,极薄零件的厚度检测器,照相机自动曝光装置,光电计数器,烟雾报警器,光电跟踪系统等方面。

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 楼主| 发表于 2021-2-15 20:42 | 显示全部楼层
光敏电阻的检测——
1)用一黑纸片将光敏电阻的透光窗口遮住,此 时万用表的指针基本保持不变,阻值接近无穷选择 大。此值越大说明光敏电阻性能越好;若此值很小或 接近为零,说明光敏电阻损坏,不能使用。
2)将一光源对准光敏电阻的透光窗口,此时万 用表的指针应有较大幅度的向右摆动,阻值明显减 小,此值越小说明光敏电阻性能越好。若此值很大甚 至无穷大,说明光敏电阻内部开路损坏,不能使用。
3)将光敏电阻透光窗口对准入射光线,用小黑 纸片在光敏电阻的遮光窗上部晃动,使其间断受光, 此时,万用表指针应随黑纸片的晃动而左右摆动,如 果万用表指针始终停在某一位置,不随纸片晃动而 摆动,说明光敏电阻损坏。


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 楼主| 发表于 2021-2-17 08:46 | 显示全部楼层
常用GL5516型光敏电阻的技术参数

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 楼主| 发表于 2021-2-17 08:47 | 显示全部楼层
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GL5516主要特性曲线
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