光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)。常用的光敏电阻器硫化镉光敏电阻器,它是由半导体材料制成的。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。

光敏电阻的工作原理是基于内光电效应。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。

光敏电阻的材料在光照下会发生光电效应,即光子的能量会被吸收并导致材料的电阻值发生变化。当光敏电阻暴露在光线下时,光子会激发光敏材料中的电子,使其跃迁到导带中,产生电流。这会导致光敏电阻的电阻值降低。因此,光敏电阻的电阻值和光照强度呈反比关系:光照强度越高,电阻值越低。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。

光敏电阻属半导体光敏器件,除具灵敏度高,反应速度快,光谱特性及r值一致性好等特点外,在高温,多湿的恶劣环境下,还能保持高度的稳定性和可靠性,可广泛应用于照相机,太阳能庭院灯,草坪灯,验钞机,石英钟,音乐杯,礼品盒,迷你小夜灯,光声控开关,路灯自动开关以及各种光控玩具,光控灯饰,灯具等光自动开关控制领域。下面给出几个典型应用电路。

图(1)是一种典型的光控调光电路,其工作原理是:当周围光线变弱时引起光敏电阻的阻值增加,使加在电容C上的分压上升,进而使可控硅的导通角增大,达到增大照明灯两端电压的目的。反之,若周围的光线变亮,则RG的阻值下降,导致可控硅的导通角变小,照明灯两端电压也同时下降,使灯光变暗,从而实现对灯光照度的控制。 上述电路中整流桥给出的是必须是直流脉动电压,不能将其用电容滤波变成平滑直流电压,又可使电容C的充电在每个半周从零开始,准确完成对可控硅的同步移相触发。

图(2)是一种简单的暗激发继电器开关电路。其工作原理是:当照度下降到设置值时由于光敏电阻阻值上升激发VT1导通,VT2的激励电流使继电器工作,常开触点闭合,常闭触点断开,实现对外电路的控制。

图(3)是一种精密的暗激发时滞继电器开关电路。其工作原理是:当照度下降到设置值时由于光敏电阻阻值上升使运放IC的反相端电位升高,其输出激发VT导通,VT的激励电流使继电器工作,常开触点闭合,常闭触点断开,实现对外电路的控制。

优点:

1、灵敏度高:光敏电阻对光照的变化非常敏感,能够快速地响应光强的变化。

2、范围广:它可以覆盖广泛的光强范围,从红外到可见光再到紫外线。

3、成本低廉:与其他光敏元件相比,光敏电阻的制造成本相对较低,使其成为常见的光敏元件之一。

4、结构简单:光敏电阻通常由半导体材料制成,其结构相对简单,易于使用和集成到各种电路中。

缺点:

1、响应速度较慢:与其他光敏元件(如光电二极管)相比,光敏电阻的响应速度较慢,因此在某些快速响应要求的应用中可能不太适合。

2、线性度差:光敏电阻的响应与光照之间的关系并非线性,这可能导致一些精密光测量应用中的误差。

综上所述,光敏电阻具有高灵敏度、广泛的光强范围和低成本等优点,但也存在响应速度较慢和线性度差的缺点。根据具体应用的需求,选择适当的光敏元件,如光电二极管或光电传感器,可能更为合适。

使用RP2040驱动光敏电阻传感器的简单示例

adc = ADC(Pin(26)) #设置ADC的管脚
while 1:
    adc_num = adc.read_u16() #读取ADC的原始值,0-65535 对应电压 0.0v - 3.3v
    adc_val = adc_num/65535*3.3 #将ADC的原始值转换为电压值
    print(str(adc_val)) #打印