基礎知識之光電阻

光電阻是用硫化鎘或硒化鎘等半導體材料制成的特殊電阻器，其工作原理是基于內光電效應。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，暗電阻一般可達1.5MΩ。

光敏電阻器一般用于光的測量、光的控制和光電轉換（將光的變化轉換為電的變化）。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光電效應。在半導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體。通常采用涂敷、噴涂、燒結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，以免受潮影響其靈敏度。

光敏電阻的材料在光照下會發生光電效應，即光子的能量會被吸收并導致材料的電阻值發生變化。當光敏電阻暴露在光線下時，光子會激發光敏材料中的電子，使其躍遷到導帶中，產生電流。這會導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。半導體的導電能力取決于半導體導帶內載流子數目的多少。

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用方向：

1、光照控制：光敏電阻傳感器可以用于室內外照明系統中，根據光照強度的變化自動調節燈光的亮度。

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

3、攝影與攝像：光敏電阻傳感器可以幫助相機自動調節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：光敏電阻傳感器可以用于安防系統中，當周圍環境的亮度發生變化時，觸發警報或其他安全措施。

5、能量節約：光敏電阻傳感器可用于智能照明系統或太陽能發電系統，以優化能量使用并提高能源效率。

圖(1)是一種典型的光控調光電路，其工作原理是：當周圍光線變弱時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，導致可控硅的導通角變小，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，準確完成對可控硅的同步移相觸發。

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

圖(3)是一種精密的暗激發時滯繼電器開關電路。其工作原理是：當照度下降到設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VT導通，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、結構簡單：光敏電阻通常由半導體材料制成，其結構相對簡單，易于使用和集成到各種電路中。

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

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

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點，但也存在響應速度較慢和線性度差的缺點。根據具體應用的需求，選擇適當的光敏元件，如光電二極管或光電傳感器，可能更為合適。

Advanced Photonix : Advanced Photonix是一家專注于光電子技術的公司。他們的產品包括光電二極管、光電探測器、光纖通信模塊等。Advanced Photonix的產品主要應用于通信、醫療、工業和軍事領域。

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

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工具。他們的產品包括傳感器、模塊、開發板等。Sparkfun的產品以創新性和開源性為特點，適合創客和愛好者使用。

Adafruit : Adafruit是一家開源硬件公司，專注于開發和制造創新的電子產品和工具。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、開發板等。Adafruit的產品以易用性和開源性為特點，適合創客和愛好者使用。

下面為上述供應商的應用場景對比：

DigiKey網站上光電阻傳感器選型

下面是對于Digikey網站前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)) #設置ADC的管腳
while 1:
    adc_num = adc.read_u16() #讀取ADC的原始值，0-65535 對應電壓 0.0v - 3.3v
    adc_val = adc_num/65535*3.3 #將ADC的原始值轉換為電壓值
    print(str(adc_val)) #將獲取到的值傳輸到PC端打印

下面為光敏電阻傳感器模塊無光照時PC端打印的數據：

下面為光敏電阻傳感器模塊在光照下時PC端打印的數據：