项目5识别与检测光敏电阻

1、项目五识别与检测光敏电阻知识目标1.理解光控电路的工作原理。2.认识光敏电阻等敏感电阻器的结构、特性。3.掌握使用指针万用表检测光敏电阻等敏感器件。技能目标1.能用面包板搭接光控电路。2.能识别光敏电阻以及会使用万用表检测光敏电阻的质量。3.能用万用表检测光控电路的电压电流变化情况，理解电路是如何工作的。4.能排除光控电路常故障。项目描述三极管是一种电流控制型器件，配合传感器件，就可实现自动控制。如图5.1所示，在照相机自动曝光电路中应用了光敏电阻，光控路灯中也使用了光敏电阻。本项目将搭接和检测一个光控电路，光控电路原理图如图5.2所示。光敏电阻图5.1 照相机自动曝光应用了光敏电阻 图5.2

2、 光控电路原理图图5.2中，RP、 Rb1为基极上偏置电阻,调节RP可改变基极电流大小；Rc为集电极负载电阻。LED为集电极电路导通程度指示灯；VT为三极管，它具有电流放大作用。光敏电阻RG为基极下偏置电阻。工作原理：光控电路中光敏电阻RG的阻值会随照射光的强弱而发生变化，从而改变三极管中的基极电流，去控制通过发光二极管的集电极电流也随之变化，发光二极管亮度会随之变化。在有光照时，RG阻值较小，基极电位较低，调节RP可使三极管处于微导通状态，LED将发出微光；当光敏电阻的受光强度减弱，RG阻值增大，三极管基极电位升高，三极管导通程度增大，LED的亮度增大，可见三极管相当于一个受控的可变电阻。任

3、务1识别、检测光控电路的元器件任务描述图5.2所示的光控电路用到电池、电阻、发光二极管和电位器、三极管、光敏电阻，本任务主要识别、检测光敏电阻。实践操作器材准备：本项目所需准备器材如表5.1所示 。 表5.1 光控电路所需器材元器件10K 1/4W电阻1只，330 1/4W电阻1只，100 1/4W电阻1只，50K有柄电位器1只 ，红色5发光二极管1只， S9013的三极管1只，MJ20516光敏电阻1只，9V叠层电池1节。其他材料有鳄鱼夹的电池扣1套，SYB-120型面包板1块仪表MF47万用表1台，DT9205数字万用表1台认识与检测光敏电阻第一步：C认识光敏电阻。光敏电阻，一般用RG表示

4、，它的实物外形与内部结构示意图、电路符号如图5.3所示。其种类、结构、参数和工作原理见知识链接。a）光敏电阻外形（b）光敏电阻结构示意图（c）光敏电阻电路符号图5.3光敏电阻外形、结构与电路符号第二步：C检测光敏电阻。如图5.4所示。指针万用表在R×100档，分别接触光敏电阻两端，在有光照时用检测阻值有几百欧姆（亮电阻）；在无光照时用指针万用表在R×10K档检测，阻值很大（暗电阻）；还可见在检测中光敏电阻的阻值会随光照强度减小而增大。光敏电阻质量检测方法见知识链接1。（a）测亮电阻 （b） 测暗电阻图5.4 检测光敏电阻的阻值任务1操作评价将你识别、检测光控电路中元器件有关

5、数据填入表5.2中。外形示意图和表档位每空0.5分，测量结果每空1分，共25分。（提示：Rbe表示黑笔接b极，红笔接e极；Reb表示黑笔接e极，红笔接b极）表5.2 光控电路的元器件识别、检测表（MF47表）代号元件名称规 格/型号外形示意图（有极性需标示）检 测质量表挡位测 量 结 果Rb10.25W 10K（颜色）实测阻值：Rb20.25W 100（颜色）实测阻值：Rc0.25W 330（颜色）实测阻值：RP50 K有柄LED5红色正向阻值： 反向阻值：VCC9V 实测电压值：VTS9013R×1KRbe= Rbc= Reb= Rcb= R×10KRce= Rec= R

6、×10hFE=RG光敏电阻MJ20516最小亮电阻： 最大暗电阻： 任务2搭接光控电路任务描述将电阻、发光二极管、电位器、三极管、光敏电阻按图4.1所示关系搭接在面包板上；接通电源后调节RP，使LED1的发光程度在微小范围内变化时，LED2的发光程度变化范围会很大。实践操作器材准备：表5.1所示器材1.搭接电路第一步：C 设计出合理的布局示意图，参考图5.5所示。图5.5 光控电路连接示意图第二步：C在面包板上依据光控电路原理图搭接电路。如图5.6所示。注意发光二极管的正、负极，三极管的基极、集电极、发射极，电位器只用到了两个引脚。光敏电阻三极管电位器图5.6 搭接的光控电路第三步：

7、C检查无误后，接通电源，电源正极接LED的正极，电源负极接三极管e极（发射极）。在光敏电阻有光照时调节RP使LED微微发光，然后用手遮挡光敏电阻，你会看到什么现象呢？2.电路功能调试光控电路实现的功能是：接通电源，在有光照的情况下，调节RP电位器使LED微微发光，此时用手渐渐靠近光敏电阻，使光敏电阻的受光强度减弱，可见LED逐渐变亮。这就证明了光敏电阻对光的敏感特性，光敏电阻对光的强度检测（传感），把光信号转换为电信号，去控制三极管的导通程度，使LED的发光亮度发生变化。电路连接后可能不能实现功能，需仔细对照电路图检查及分析故障，排除故障。其常见故障及可能原因如表5.3所示。表5.3 光控电路

8、常见故障及可能原因故障现象可能原因LED始终不发光，不受光控 LED接反；RP接错造成开路 ； 三极管接错开路，或基极回路未接通。LED始终发光,不受光控光敏电阻RG开路未接入电路中； 三极管接错；RP阻值在最小位置。LED受光控不明显三极管的c、 e接反。任务2操作评价 你搭接的电路接通电源后有什么现象？为何发光二极管的发光亮度会受光敏电阻的影响？ 10分 当光敏电阻在一定光照下，调节RP时，发光二极管的亮度为什么会变化？ 10分 检查搭接的电路并回答以下两个问题，电路搭接成功10分，每个问题10分，共30分。任务3检测光控电路任务描述搭接光控电路，使用万用表测量电路的电压、电流，可观察光敏

9、电阻、三极管如何工作。实践操作器材准备：任务2搭接成功的光控电路、MF47型万用表1只。1. 测电路初始状态参数第一步：C在有光照的情况下，调节电位器RP使发光二极管LED微亮。将万用表转换在2.5V或10V直流电压档，黑表笔接电源负极，红表笔分别去测量三极管的b极电位Vb,光敏电阻两端电压URG，测量方法如图5.7所示，测量数据填入表5.4中。三极管基极图5.7 测量光控电路光照时基极电位（0.43V）第二步：C如图5.8所示，用电流档测量三极管基极电流Ib、集电极电流IC，将测量结果填入表5.4中。图5.8 测量光控电路集电极回路暗电流(14mA)2.测电路动态下参数将两只万用表转换在1m

10、A或50uA直流电流挡，串联于基极和集电极回路中，然后用手或黑色物体慢慢遮住光敏电阻，而后慢慢移开手或黑色物体时，仔细观察两表的读数及变化情况。然后相同方法测量三极管的b极电位Vb变化情况，光敏电阻两端电压URG变化情况。将所有测量结果填入表5.4中。3.测光敏电阻完全不受光照时各参数用手或黑色物体遮住光敏电阻，让其完全不受光。用万用表分别去测量三极管的b极电位Vb,光敏电阻两端电压URG，基极电流Ib、集电极电流IC，将测量结果填入下表5.4中。表5.4 光控电路检测表测试项目三极管VT的基极电位Vb光敏电阻两端的电压URG基极电流Ib集电极电流IC发光二极管发光情况电路初始状态（不遮光）用

11、手或黑色物体慢慢遮住光敏电阻（变化情况）光敏电阻完全不受光照任务3操作评价 通过操作，将你检测电路的数据填入表5.4中，每空1分，共15分。再回答以下2个问题，1小题8分，2小题7分。总共30分光敏电阻的受光强度与两端电压URG的关系是什么？与基极电位有什么关系？与三极管的导通程度有何关系？光敏电阻受光越暗，为什么发光二极管的越亮？项目实训评价 搭接与检测光控电路操作综合能力评价如表5.5所示。表5.5 项目成绩评价表评 定 内 容配分评定标准小组评分教师评分任务125表5.2中，错1空扣1分。完成时间任务2301.电路搭接不成功扣10分；2.回答问题基本正确扣5-10分。完成时间任务3301

12、.表5.4中，错1空扣1分。2.回答问题基本正确扣3-7分。完成时间安全文明操作51.工作台不整洁，扣1-2分；2.违反安全文明操作规程，扣1-5分。表现、态度10好，得10分；较好7分；一般4分，差0分总 得 分C 知识链接 光敏电阻器1光敏电阻的工作原理与结构光敏电阻又称光导管, 它几乎都是用半导体材料制成的光电器件。 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, 也可以加交流电压。无光照时, 光敏电阻值（暗电阻）很大, 电路中电流（暗电流）很小。当光敏电阻受到一定波长范围的光照时, 它的阻值（亮电阻）急剧减少, 电路中电流迅速增大。 一般希望暗电阻越大越好, 亮电阻越

13、小越好,此时光敏电阻的灵敏度高。 实际光敏电阻的暗电阻值一般在兆欧级, 亮电阻在几千欧以下。 光敏电阻通常由光敏层、玻璃基片（或树枝防潮膜）和电极等组成，图5.9为光敏电阻的结构图示意图。它是涂于玻璃底板上的一薄层半导体物质, 半导体的两端装有金属电极, 金属电极与引出线端相连接, 光敏电阻就通过引出线端接入电路。 为了防止周围介质的影响, 在半导体光敏层上覆盖了一层漆膜, 漆膜的成分应使它在光敏层最敏感的波长范围内透射率最大。光敏电阻器在电路中用字母“R”或“RL”、“RG”表示 结构 尺寸规格 电路符号 图5.9光敏电阻结构示意图、尺寸规格及电路符号2.种类按封装形式有金属壳密封型和不带外

14、壳的非密封型。按材料分多晶和单晶光敏电阻器，还可分为硫化镉（CdS）、硒化镉(CdSe) 、硫化铅(PbS)、硒化铅(PbSe)、锑化铟(InSb) 光敏电阻器等。3.光敏电阻的主要参数 （1）亮电阻（k）：指光敏电阻器受到光照射时的电阻值。（2）暗电阻(M)：指光敏电阻器在无光照射（黑暗环境）时的电阻值。（3）最高工作电压(V)：指光敏电阻器在额定功率下所允许承受的最高电压（4）亮电流：指光敏电阻器在规定的外加电压下受到光照射时所通过的电流。（5）暗电流(mA)：指在无光照射时，光敏电阻器在规定的外加电压下通过的电流。（6）时间常数（s）：指光敏电阻器从光照跃变开始到稳定亮电流的63时所需的

15、时间。（7）电阻温度系数：指光敏电阻器在环境温度改变1时，其电阻值的相对变化。（8）灵敏度：指光敏电阻器在有光照射和无光照射时电阻值的相对变化。4.特性及应用光敏电阻器是利用半导体光电导效应制成的一种特殊电阻器，对光线十分敏感，它的电阻值能随着外界光照强弱（明暗）变化而变化。它在无光照射时，呈高阻状态；当有光照射时，其电阻值迅速减小。光敏电阻响应快、结构简单、 使用方便, 而且有较高的可靠性, 因此广泛应用于各种自动控制电路（如自动照明灯控制电路、自动报警电路等）、家用电器（如电视机中的亮度自动调节,照相机的自动曝光控制等）、各种测量仪器及单片机控制系统中。5.光敏电阻器的检测光敏电阻受光照强

16、时其阻值小，受光照弱时其阻值大，它无正负极，一般亮电阻为几千欧以下，暗电阻可达几兆欧。亮电阻可用R×100档检测，暗电阻用R×10K检测。（1）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摆动，阻值（亮电阻）较小，此值越小说明光敏电阻性能越好。若此值很大甚至无穷大，表明光敏电阻内部开路损坏，也不能再继续使用。（2）用一黑纸片将光敏电阻的透光窗口遮住，此时阻值很大（暗电阻）。此值越大说明光敏电阻性能越好。若此值很小或接近为零，说明光敏电阻已烧穿损坏，不能再继续使用。（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

17、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，说明光敏电阻的光敏材料已经损坏。6. 光敏电阻的应用常用的光敏电阻器为硫化镉光敏电阻器，它是由半导体材料制成的。在黑暗条件下，它的阻值（暗阻）可达10M；在强光条件下，它阻值（亮阻）仅有几百至数千欧姆。光敏电阻器对光的敏感性与人眼对可见光（0.4-0.76）m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。光敏电阻器广泛应用于各种自动控制电路、家用电器及各种测量仪器中。如自动报警电路、电视机中的亮度自动调节、照相机中的自动曝光控制等。知识拓展 敏感电阻器-传感器传感器是一种物理装置，能够探测、感受外

18、界的信号、物理条件（如光、热、湿度）或化学组成（如烟雾），并将探知的信息传递给其他装置。敏感电阻器可作传感器，敏感电阻器主要是指电特性（例如电阻率）对于温度、电压、光通、湿度、气体浓度、磁通等物理量表现敏感的元件，常见种类有热敏电阻、压敏电阻、光敏电阻、湿敏电阻、气敏电阻器、磁敏电阻等，由于它们几乎都是用半导体材料做成的，因此这类电阻器也称做“半导体电阻器”。它们的电路符号如图5.10所示。 热敏电阻 湿敏电阻 压敏电阻 磁敏电阻图5.10 敏感电阻器的电路符号1.热敏电阻器热敏电阻是对热敏感的半导体电阻，其阻值随温度变化的曲线呈非线性。按照温度系数不同分为正温度系数热敏电阻器（PTC）和负温

19、度系数热敏电阻器（NTC）。热敏电阻器的典型特点是对温度敏感，不同的温度下表现出不同的电阻值。正温度系数热敏电阻器（PTC）在温度越高时电阻值越大，负温度系数热敏电阻器（NTC）在温度越高时电阻值越低，它们同属于半导体器件。（1）PTC热敏电阻PTC热敏电阻是一种典型具有温度敏感性的半导体电阻,超过一定的温度(居里温度)时, 它的电阻值随着温度的升高呈阶跃性的增高。它是以BaTiO3或SrTiO3或PbTiO3为主要成分的烧结体，PTC的温度系数、居里点温度随材料及烧结条件（尤其是冷却温度）不同而变化。如图5.11为常用的PTC热敏电阻。PTC热敏电阻的电阻值随温度升高而急剧升高，PTC热敏电

20、阻除用作加热元件外，同时还能起到“开关”的作用，兼有敏感元件、加热器和开关三种功能，称之为“热敏开关”。 电流通过元件引起温度升高，即发热体的温度上升，当超过居里点温度后，电阻增加，从而限制电流增加，于是电流的下降导致元件温度降低，电阻值的减小又使电路电流增加，元件温度升高，周而复始，因此具有使温度保持在特定范围的功能，又起到开关作用。 利用这种阻温特性做成加热源，作为加热元件应用的有暖风器、电烙铁、烘衣柜、空调等，还可对电器起到过热保护作用。 彩电消磁PTC控制元件PTC冰箱PTC启动器PTC100图5.11 常用的PTC热敏电阻检测PTC热敏电阻时，由于不同的热敏电阻在常温下阻值不同，可先

21、将万用表转换在R×10档，表笔接触元件两引脚，注意手不要接触到元件及引脚，以免影响检测结果；然后可用电烙铁对PTC电阻加热，可见阻值急剧增大，此时可转换档位测量。一般正常的PTC热敏电阻常温下阻值较小，高温时阻值很大。（2）NTC热敏电阻NTC是指随温度上升电阻呈指数关系减小、具有负温度系数的热敏电阻现象和材料。该材料是利用锰、铜、硅、钴、铁、镍、锌等两种或两种以上的金属氧化物进行充分混合、成型、烧结等工艺而成的半导体陶瓷。如图5.12为常用的NTC热敏电阻。图5.12 常见的NTC热敏电阻NTC热敏电阻具有负的温度系数，即温度增大时其阻值减小，温度下降时阻值增大。主要用于温度补偿、

22、温度测量和在各类电源中吸收浪涌电流作为线路保护元件。检测NTC热敏电阻时，由于不同的热敏电阻在常温下阻值不同，可先将万用表转换在R×1K档，表笔接触元件两引脚，注意手不要接触到元件及引脚，以免影响检测结果；然后可用电烙铁对NTC电阻加热，可见阻值急剧减小，此时可减小档位测量。有条件可降低NTC热敏电阻的温度，测量其阻值应增大。一般正常的NTC热敏电阻常温下阻值较大，高温时阻值会减小；低温时阻值会增大。（3）CTR热敏电阻临界温度热敏电阻CTR具有负电阻突变特性，在某一温度下，电阻值随温度的增加激剧减小，具有很大的负温度系数。构成材料是钒、钡、锶、磷等元素氧化物的混合烧结体，是半玻璃状

23、的半导体，也称CTR为玻璃态热敏电阻。CTR能够作为控温报警等应用。图5.13为CRT热敏电阻。图5.13CRT热敏电阻。图5.14压敏电阻实物图。2.压敏电阻器具有非线性伏安特性并有抑制瞬态过电压作用的固态电压敏感元件。当端电压低于某一阈值时，压敏电阻器的电流几乎等于零；超过此阈值时，电流值随端电压的增大而急剧增加。也就是电压低时其等效电阻很大几乎开路，而当电压瞬间增大超过其自身阈值时等效电阻为零，短路设备输入端，从而到达保护电器设备的目的。压敏电阻器的制作一般有氧化锌 、Fe2O3、TiO等金属氧化物，如图5.14为压敏电阻实物图。 压敏电阻器主要用于限制有害的大气过电压和操作过电压，能有效地保护系统或设备。用氧化锌压敏材料制成高压绝缘子,既有绝缘作用,又能实现瞬态过电压保护。此外，压敏电阻器在电子电路中可用于避雷、消火花、消噪音、稳压和函数变换等。 压敏电阻器的检测可用万用表的R×10K档检测，一般为无穷大，损坏的压敏电阻的阻值为零欧姆，须更换。3.湿敏电阻器湿敏电阻器是对湿度变化非常敏感的电阻器，能在各种湿度环境中使用，它是将湿度转换成电信号的换能器件。正温度系数的湿敏电阻器的阻值是随湿度增高而增大。在录像机中使用的就是正温度系数的湿敏电阻器。实