光敏电阻的性能、光照特性和响应时间分析

光敏电阻是由一块两边带有金属电极的均质光电半导体组成，其工作原理是光电导效应，图5.2-1为光敏电阻的结构图。

图5.2-1　金属封装的硫化隔光敏电阻

光敏电阻具有很高的灵敏度，光谱响应的范围可以从紫外线到红外线区域，而且体积小，性能稳定，价格较低，所以被广泛应用在自动检测系统中。光敏电阻的种类繁多，一般由金属的硫化物、硒化物、碲化物等组成（如硫化镉、硫化铅、硫化铊、硒化镉、硒化铅、钸化铅等）。由于所用材料的不同、工艺过程的不同，它们的光电性也相差很大。如果将光敏电阻与电阻串联，同时连接电源，当光照到光敏电阻上时，它的阻值就急剧下降，串联电阻上的分压增大，光敏电阻的分压减小，在电阻两端或光敏电阻两端即有电信号输出。

光敏电阻的主要参数和基本特性如下：

（1）暗电阻与亮电阻。光敏电阻在不受光照射时的阻值称“暗电阻”，或称暗阻，此时流过的电流称“暗电流”；光敏电阻在受光照射时的阻值称“亮电阻”，或称亮阻，此时流过的电流称“亮电流”。而亮电流与暗电流之差即为“光电流”。光电流愈大，说明暗电阻与亮电阻的差值愈大，光敏电阻的性能愈好，灵敏度愈高。实际上光敏电阻暗阻值一般是兆欧数量级，亮阻值则在几千欧姆以下。

（2）伏安特性。在一定光照强度下，光敏电阻的两端所加电压和电流的关系曲线称为光敏电阻的伏安特性，如图5.2-2所示。不同的光照度可以得到不同的伏安特性，表明电阻值随光照度变化。光照度不变的情况下，电压越高，光电流也愈大，而且没有饱和现象。当然，与一般电阻一样其工作电压和电流都不能超过规定的最高额定值。

图5.2-2　光敏电阻的伏安特性曲线

图5.2-3　光敏电阻的光照特性曲线

（3）光照特性。在一定的电压下，光敏电阻的光电流I和光强F的关系曲线，称为光敏电阻的光照特性。不同的光敏电阻的光照特性是不同的，但大多数情况下，曲线的形状类似图5.2-3所示。由于光敏电阻的光照特性曲线是非线性的，因此不适宜做线性敏感元件，这是光敏电阻的缺点之一，所以在自动控制中它常用作开关量的光电传感器。

图5.2-4　光敏电阻的光谱特性(www.xing528.com)

（4）光谱特性。光敏电阻对于不同波长的入射光，其相对敏感度也是不同的。各种不同材料的光谱特性曲线如图5.2-4所示。从图中可以看出；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，应与光源结合起来考虑，才能获得满意的匹配。

（5）频率特性和响应时间。当处于黑暗的光敏电阻突然受到一定强度的光照射时，光电流并不是立刻达到相应的电流值。当光照停止后，光电流也不能立刻降为零。光电流逐渐增长或下降所经历的时间，被称为响应时间。响应时间的长短用时间常数τ来描述，多数光敏电阻的时间常数τ在10－6～10－2之间。图5.2-5（a）是光敏电阻的响应时间曲线，从图上可看出响应时间除了受光敏材料制约外，还与光照强度相关。

不同材料的光敏电阻有不同的响应时间，因此，它们跟随变化速度很快的光照时，表现的能力也不一样。当光照强度变化的频率很高时，光敏电阻的响应过程不能充分完成，则表现为灵敏度下降。图5.2-5（b）描述了光敏电阻的相对光谱灵敏度与光照强度变化的关系，即频率特性曲线。

图5.2-5　光敏电阻响应时间和频率特性曲线

（a）响应时间曲线；（b）频率特性曲线

（6）光谱温度特性。光敏电阻和其它半导体器件一样对温度比较敏感，随着温度的升高，它的暗阻和灵敏度都下降。温度特性可以用温度系数α来描述，即

式中 R1——在一定光照下，温度为T1时的电阻；

图5.2-6　硫化铅光敏电阻的光谱温度特性

R2——在一定光照下，温度为T2时的电阻。α愈小光敏电阻的温度特性就愈好。同时温度变化也影响它的光谱特性曲线，图5.2-6表示出硫化铅的光谱温度特性，即在不同温度下的相对灵敏度Kr和入射光波长λ的关系曲线。

从图可以看出，它的峰值随着温度上升向短波方向移动。因此，有时为了提高元件的灵敏度，或为了能接受远红外光而采取降温措施。