基礎(chǔ)知識之光電阻

光電阻是用硫化鎘或硒化鎘等半導(dǎo)體材料制成的特殊電阻器，其工作原理是基于內(nèi)光電效應(yīng)。光照愈強，阻值就愈低，隨著光照強度的升高，電阻值迅速降低，亮電阻值可小至1KΩ以下。光敏電阻對光線十分敏感，其在無光照時，呈高阻狀態(tài)，暗電阻一般可達1.5MΩ。

光敏電阻器一般用于光的測量、光的控制和光電轉(zhuǎn)換（將光的變化轉(zhuǎn)換為電的變化）。常用的光敏電阻器硫化鎘光敏電阻器，它是由半導(dǎo)體材料制成的。光敏電阻器對光的敏感性（即光譜特性）與人眼對可見光（0.4~0.76）μm的響應(yīng)很接近，只要人眼可感受的光，都會引起它的阻值變化。

下圖為常見的光敏傳感器：

光敏電阻的工作原理是基于內(nèi)光電效應(yīng)。在半導(dǎo)體光敏材料兩端裝上電極引線，將其封裝在帶有透明窗的管殼里就構(gòu)成光敏電阻，為了增加靈敏度，兩電極常做成梳狀。用于制造光敏電阻的材料主要是金屬的硫化物、硒化物和碲化物等半導(dǎo)體。通常采用涂敷、噴涂、燒結(jié)等方法在絕緣襯底上制作很薄的光敏電阻體及梳狀歐姆電極，接出引線，封裝在具有透光鏡的密封殼體內(nèi)，以免受潮影響其靈敏度。

光敏電阻的材料在光照下會發(fā)生光電效應(yīng)，即光子的能量會被吸收并導(dǎo)致材料的電阻值發(fā)生變化。當(dāng)光敏電阻暴露在光線下時，光子會激發(fā)光敏材料中的電子，使其躍遷到導(dǎo)帶中，產(chǎn)生電流。這會導(dǎo)致光敏電阻的電阻值降低。因此，光敏電阻的電阻值和光照強度呈反比關(guān)系：光照強度越高，電阻值越低。光敏電阻沒有極性，純粹是一個電阻器件，使用時既可加直流電壓，也加交流電壓。半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力取決于半導(dǎo)體導(dǎo)帶內(nèi)載流子數(shù)目的多少。

光敏電阻傳感器（也稱為光敏電阻器或光敏電流元件）是一種能夠感知光照強度變化的電子元件。它們在許多應(yīng)用中都有廣泛的用途。以下是幾個常見的光敏電阻傳感器的應(yīng)用方向：

1、光照控制：光敏電阻傳感器可以用于室內(nèi)外照明系統(tǒng)中，根據(jù)光照強度的變化自動調(diào)節(jié)燈光的亮度。

2、智能家居：光敏電阻傳感器可以與其他智能家居設(shè)備（如智能燈泡、窗簾等）配合使用，根據(jù)環(huán)境的光照變化實現(xiàn)自動化控制。

3、攝影與攝像：光敏電阻傳感器可以幫助相機自動調(diào)節(jié)快門速度和曝光時間，以便在不同的光照條件下拍攝清晰的照片和視頻。

4、安防系統(tǒng)：光敏電阻傳感器可以用于安防系統(tǒng)中，當(dāng)周圍環(huán)境的亮度發(fā)生變化時，觸發(fā)警報或其他安全措施。

5、能量節(jié)約：光敏電阻傳感器可用于智能照明系統(tǒng)或太陽能發(fā)電系統(tǒng)，以優(yōu)化能量使用并提高能源效率。

圖(1)是一種典型的光控調(diào)光電路，其工作原理是：當(dāng)周圍光線變?nèi)鯐r引起光敏電阻的阻值增加，使加在電容C上的分壓上升，進而使可控硅的導(dǎo)通角增大，達到增大照明燈兩端電壓的目的。反之，若周圍的光線變亮，則RG的阻值下降，導(dǎo)致可控硅的導(dǎo)通角變小，照明燈兩端電壓也同時下降，使燈光變暗，從而實現(xiàn)對燈光照度的控制。 上述電路中整流橋給出的是必須是直流脈動電壓，不能將其用電容濾波變成平滑直流電壓，又可使電容C的充電在每個半周從零開始，準(zhǔn)確完成對可控硅的同步移相觸發(fā)。

圖(2)是一種簡單的暗激發(fā)繼電器開關(guān)電路。其工作原理是：當(dāng)照度下降到設(shè)置值時由于光敏電阻阻值上升激發(fā)VT1導(dǎo)通，VT2的激勵電流使繼電器工作，常開觸點閉合，常閉觸點斷開，實現(xiàn)對外電路的控制。

圖(3)是一種精密的暗激發(fā)時滯繼電器開關(guān)電路。其工作原理是：當(dāng)照度下降到設(shè)置值時由于光敏電阻阻值上升使運放IC的反相端電位升高，其輸出激發(fā)VT導(dǎo)通，VT的激勵電流使繼電器工作，常開觸點閉合，常閉觸點斷開，實現(xiàn)對外電路的控制。

1、靈敏度高：光敏電阻對光照的變化非常敏感，能夠快速地響應(yīng)光強的變化。

2、范圍廣：它可以覆蓋廣泛的光強范圍，從紅外到可見光再到紫外線。

3、成本低廉：與其他光敏元件相比，光敏電阻的制造成本相對較低，使其成為常見的光敏元件之一。

4、結(jié)構(gòu)簡單：光敏電阻通常由半導(dǎo)體材料制成，其結(jié)構(gòu)相對簡單，易于使用和集成到各種電路中。

1、響應(yīng)速度較慢：與其他光敏元件（如光電二極管）相比，光敏電阻的響應(yīng)速度較慢，因此在某些快速響應(yīng)要求的應(yīng)用中可能不太適合。

2、線性度差：光敏電阻的響應(yīng)與光照之間的關(guān)系并非線性，這可能導(dǎo)致一些精密光測量應(yīng)用中的誤差。

綜上所述，光敏電阻具有高靈敏度、廣泛的光強范圍和低成本等優(yōu)點，但也存在響應(yīng)速度較慢和線性度差的缺點。根據(jù)具體應(yīng)用的需求，選擇適當(dāng)?shù)墓饷粼绻怆姸O管或光電傳感器，可能更為合適。

Advanced Photonix : Advanced Photonix是一家專注于光電子技術(shù)的公司。他們的產(chǎn)品包括光電二極管、光電探測器、光纖通信模塊等。Advanced Photonix的產(chǎn)品主要應(yīng)用于通信、醫(yī)療、工業(yè)和軍事領(lǐng)域。

Parallax Inc : Parallax Inc是一家提供教育和娛樂電子產(chǎn)品的公司。他們的產(chǎn)品包括基于微控制器的開發(fā)板、傳感器、機器人等。Parallax Inc的產(chǎn)品主要面向教育市場和個人愛好者，旨在幫助人們學(xué)習(xí)和探索電子技術(shù)。

Sparkfun : Sparkfun Electronics是一家開源硬件公司，提供各種各樣的電子元器件和開發(fā)工具。他們的產(chǎn)品包括傳感器、模塊、開發(fā)板等。Sparkfun的產(chǎn)品以創(chuàng)新性和開源性為特點，適合創(chuàng)客和愛好者使用。

Adafruit : Adafruit是一家開源硬件公司，專注于開發(fā)和制造創(chuàng)新的電子產(chǎn)品和工具。他們提供各種各樣的電子元器件和模塊，包括傳感器、顯示屏、開發(fā)板等。Adafruit的產(chǎn)品以易用性和開源性為特點，適合創(chuàng)客和愛好者使用。

下面為上述供應(yīng)商的應(yīng)用場景對比：

DigiKey網(wǎng)站上光電阻傳感器選型

下面是對于Digikey網(wǎng)站前5個光敏電阻元器件的對比選型：

下面為RP2040與光敏電阻傳感器模塊的實物連接圖：

下面為RP2040與光敏電阻傳感器模塊的管腳連接：

下面為RP2040與光敏電阻傳感器模塊使用的代碼：

from machine import Pin, ADC
from time import sleep
adc = ADC(Pin(26)) #設(shè)置ADC的管腳
while 1:
    adc_num = adc.read_u16() #讀取ADC的原始值，0-65535 對應(yīng)電壓 0.0v - 3.3v
    adc_val = adc_num/65535*3.3 #將ADC的原始值轉(zhuǎn)換為電壓值
    print(str(adc_val)) #將獲取到的值傳輸?shù)絇C端打印

下面為光敏電阻傳感器模塊無光照時PC端打印的數(shù)據(jù)：

下面為光敏電阻傳感器模塊在光照下時PC端打印的數(shù)據(jù)：