感光元件及其相關迴路之研究 --以光敏電阻為例

1. 感光元件及其相關迴路之研究---以光敏電阻為例
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投稿類別：工程技術類
篇名：
感光元件及其相關迴路之研究---以光敏電阻為例
作者：
胡鎮洪。國立彰師附工。電機一忠
指導老師：
王俞婷 老師

2. 感光元件及其相關迴路之研究---以光敏電阻為例
1
壹● 前言
一、 論文大綱
二、 研究動機
在生活中所接觸到的各式電器、電子和 3C……等產品都是由各種
光
敏
電
阻
壹●前言
貳●正文
參●結論
肆●引註資料
一、論文大綱
二、研究動機
四、研究範圍與方向
五、迴路二
二、表一：可見光與其波長的關係
一、光敏電阻相關知識
三、發光二極體相關知識
四、迴路一
(二)使用器具
(一)圖 2
(三)使用材料
(四)實驗照片
(五)實驗數據
(六)迴路原理說明
(二)使用器具
(一)圖 2
(三)使用材料
(四)實驗照片
(五)實驗數據
(六)迴路原理說明
三、研究方法

3. 感光元件及其相關迴路之研究---以光敏電阻為例
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電子零件組成，為了更了解其運作原理，透過研究與分析，我們以感
光元件－光敏電阻(CdS)結合發光二極體(LED)作為此篇論文的主軸。
三、 研究方法
光敏電阻(CdS)屬於特殊電阻器的一種，其電阻值隨著其受光程度而
改變，利用光敏電阻的感光特性，再透過電路的設計，可以做成一小夜
燈自動點滅裝置。
四、 研究範圍與方向
(一) 小夜燈功能：當環境灰暗時，小夜燈自動點亮；
當環境明亮時，小夜燈自動熄滅。
(二) 有哪些電路可以使小夜燈自動點滅？
(三) 這些電路的運作原理、消耗電流、功率、優缺點……等特性為何？
貳● 正文
一、 光敏電阻相關知識：
光敏電阻屬於特殊電阻器，其電阻與光照射量成反比，當光照射時，
其電阻值下降。主要由硫化鎘(CdS)與硒化鎘(CdSe)組成，但以硫化鎘(CdS)
為材料所製成的光敏電阻較適用於可見光，因為其響應波長約介於 4000
Å～10000 Å(相當於 400nm～1000nm)，當波長約為 5500 Å(相當於 550nm)
時，相對靈敏度最高，而以硒化鎘(CdSe)為材料所製成的光敏電阻，當波
長約為 7350 Å(相當於 735nm) 時，其相對靈敏度最高，因此硒化鎘光敏
電阻較適用於紅外線光源，一般我們所看到的紅光，其對應波長約為
660nm (相當於 6600 Å)，可見光與其波長的關係見表一。為了增強感度，
常將硫化鎘(Cds)或硒化鎘(CdSe)在陶瓷基板上塗成彎曲狀。(陳加山)
圖 1‐1 光敏電阻 圖 1‐2 光敏電阻符號
二、 表一：可見光與其波長的關係

4.
光
三、 發光
件的
可發
等功
顏色
四、 迴路
(一) 圖
(二) 使
(三) 使
感光元
紅
橙
黃
綠
藍
紫
光譜色
光二極體相關
發光二極
的一種，由半
發光。可以做
功能，用途多
色隨著其組成
路 1：
圖 2
使用器具：
品名
尖嘴鉗
斜口鉗
銲槍
麵包板
三用電表
使用材料：
元件及其相關
nm
660 6
610 6
580 5
550 5
470 4
410 4
對應波長
關知識
極體英文為
半導體晶片
做為室內或
多元。具有
成物質的改
：
鉗
鉗
板
表
：
關迴路之研究
3
Å
600
100
800
500
700
100
長
光譜
單位：nm
Light‐Emitt
片組成，其電
或緊急照明
有體積小、使
改變而變化
單位
只
只
只
組
組
究---以光敏電阻
可
0
200
400
600
800
譜色
ting Diode，
電阻較一般
、指示燈、顯
使用壽命長
。
數
1
1
1
1
1
表 2
阻為例
可見光及其波
，簡稱 LED
般二極體高
顯示板、手
長……等優
數量
1
1
1
1
1
波長
，是半導體
高，這種二極
手電筒光源…
優點。其發光
備註
體元
極體
……
光的

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品名 單位 數量 備註
9V 電池 只 1
9V 電池扣 個 1
導線 條 若干
銲錫 條 若干
電阻器 只 1 330Ω，1/4W
可變電阻器
(或二個 100K 電阻)
只 1
光敏電阻器
CdS
個 1 面寬：5mm
發光二極體
LED
個 1 面寬：5mm
NPN 電晶體 個 1 C4834
表 3
(四) 實驗照片：
圖表 4‐1 圖表 4‐2
圖表 4‐3 圖表 4‐4

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圖表 4‐5
(五) 實驗數據：
1、 當光敏電阻 CdS 受光時：
電壓測量
情形
Vab=
8.6 V
Vac=
0 V
Vcb=
8.6 V
Vad=
7.4 V
照片
電壓測量
情形
Vdb=
0.52 V
Vcd=
7.2 V
Vae=
7 V
Veb=
0.3 V
照片
電壓測量
情形
Vde=
0 V
Vce=
7 V
照片
圖表 6
圖 5

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2、 當光敏電阻 CdS 不受光時：
電壓測量
情形
Vab=
8.6 V
Vac=
0.1 V
Vcb=
8.4 V
Vad=
6.2 V
照片
電壓測量
情形
Vdb=
2 V
Vcd=
6 V
Vae=
7 V
Veb=
1.6 V
照片
電壓測量
情形
Vde=
0.5 V
Vce=
7 V
照片
圖表 7
3、 消耗電流：
當發光二極體(LED)暗時：0.049mA
當發光二極體(LED)亮時：0.373mA

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消耗電流測量
圖表 8
4、 將 9V 電源移開，測量 Rab：
當光敏電阻(CdS)受光時：0.305MΩ
當光敏電阻(CdS)不受光時：＞2MΩ
(六) 迴路原理說明：
此迴路由 9V 電池當作電源，當光敏電阻(CdS)照光時，其電阻
下降，Vb 較小，不足以使 NPN 電晶體動作，VE 理論上無電壓。而
當光敏電阻(CdS)不受光時，其電阻上升，導致 Vb 有足夠的電壓可
使 NPN 電晶體動作(因為分壓原理)，VE 上升，使發光二極體(LED)
發亮。
五、 迴路二
(一) 圖 8
(二) 使用器具：
品名 單位 數量 備註
尖嘴鉗 只 1
斜口鉗 只 1
銲槍 只 1
麵包板 組 1
三用電表 組 1
(三) 使用材料：

9. 感光元件及其相關迴路之研究---以光敏電阻為例
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品名 單位 數量 備註
9V 電池 只 1
9V 電池扣 個 1
導線 條 若干
銲錫 條 若干
電阻器 只 4 100KΩ，1/2W
電阻器 只 1 10KΩ，1/4W
光敏電阻器
CdS
個 1 面寬：5mm
發光二極體
LED
個 1 面寬：5mm
(四) 實驗照片：
消耗電流
(五) 實驗數據：
1、 消耗電流
(1) 當發光二極體(LED)亮時：79.8μA
(2) 當發光二極體(LED)暗時：83.5μA
(六) 迴路原理說明：
此迴路為一惠斯登電橋，由 9V 電池提供迴路所需電能。令

10. 感光元件及其相關迴路之研究---以光敏電阻為例
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R1=R2=CdS 不受光時的電阻，R3 =CdS 受光時的電阻。當光敏電阻(CdS)
受光時，光敏電阻(CdS)為低電阻，此時電橋平衡，發光二極體(LED)
端電壓為0。若光敏電阻(CdS)不受光時，光敏電阻(CdS)電阻值升高，
使 Va 上升(因為分壓原理)，導致 Va＞Vb，此時發光二極體(LED)有電
流流過，使發光二極體(LED)發亮。
參● 結論
一、 經由研究、分析兩個不同結構的迴路之後，可以發現：
(一) 透過 NPN 電晶體當成電子開關，再以電阻分壓的方式決定電晶體 C、
E 的截止與導通，進而控制發光二極體(LED)的點滅，其效果是最
好的；而在迴路二中，發光二極體(LED)的點滅效果並不明顯，當
光敏電阻不受光時，發光二極體(LED)的亮度不足；當光敏電阻受
光時，發光二極體(LED)卻沒有完全熄滅，這些問題是此電路需要
改善的部分。
肆● 引註資料
一、 維基百科‐光敏電阻：
http://zh.wikipedia.org/zh‐tw/%E5%85%89%E6%95%8F%E9%9B%BB%E9
%98%BB
二、 陳加山。 感測器。台北：龍騰文化事業股份有限公司
三、 維基百科‐發光二極體：http://zh.wikipedia.org/zh‐tw/LED
四、 奧斯朋出版編輯群 著（2005 年 9 月第一版）。蔡承志 譯。圖解物理
辭典。台北：天下遠見出版股份有限公司
五、 休伊特(Paul G. Hewitt) 著（2001 年 6 月第一版，2008 年 8 月第二版第
2 次印行）。陳可崗 譯。觀念物理 IV 聲學․光學。