光電技術(shù)第2章(2)課件

2.3光敏電阻的變換電路2.3.1基本偏置電路

設(shè)在某照度Ev下，光敏電阻的阻值為R，電導(dǎo)為g，流過(guò)偏置電阻RL的電流為IL

用微變量表示

而，dR=d(1/g)=(-1/g2)dgdg=SgdEv因此

RLRUbb設(shè)iL=dIL，ev=dEv，則

加在光敏電阻上的電壓為R與RL對(duì)電壓Ubb的分壓，即UR=R/(R+RL)Ubb，因此，光電流的微變量為

偏置電阻RL兩端的輸出電壓的變化量為

可以看出，當(dāng)電路參數(shù)確定后，輸出電壓信號(hào)的變化量與弱輻射入射照度ev成線性關(guān)系。

在晶體管恒流偏置電路中輸出電壓Uo為

求微分得

將代入上式得

或

顯然，恒流偏置電路中光敏電阻的電壓靈敏度SV為

2.3.3恒壓電路(RL<<R)

利用晶體三極管很容易構(gòu)成光敏電阻的恒壓偏置電路。如圖2-14所示為典型的光敏電阻恒壓偏置電路。

光敏電阻在恒壓偏置電路的情況下輸出的電流IP與處于放大狀態(tài)的三極管發(fā)射極電流Ie近似相等。因此，恒壓偏置電路的輸出電壓為

取微分，則得到輸出電壓的變化量為

例題

例2-1在如圖2-13所示的恒流偏置電路中，已知電源電壓為12V，Rb為820Ω，Re為3.3kΩ，三極管的放大倍率不小于80，穩(wěn)壓二極管的輸出電壓為4V，光照度為40lx時(shí)輸出電壓為6V，80lx時(shí)為8V。（設(shè)光敏電阻在30到100lx之間的值不變）

試求：（1）輸出電壓為7伏的照度為多少勒克司？（2）該電路的電壓靈敏度（V/lx）。

解

根據(jù)已知條件，流過(guò)穩(wěn)壓管DW的電流此時(shí)的光照度可由γ值計(jì)算公式獲得

E3=54.45（lx）

（2）電路的電壓靈敏度SV

例2-2在如圖2-14所示的恒壓偏置電路中，已知DW為2CW12型穩(wěn)壓二極管，其穩(wěn)定電壓值為6V，設(shè)Rb=1kΩ，RC=510Ω,三極管的電流放大倍率不小于80，電源電壓Ubb=12V，當(dāng)CdS光敏電阻光敏面上的照度為150lx時(shí)恒壓偏置電路的輸出電壓為11V,照度為450lx時(shí)輸出電壓為8V,試計(jì)算輸出電壓為9V時(shí)的照度（設(shè)光敏電阻在100~500lx間的γ值不變）為多少lx？照度到500lx時(shí)的輸出電壓為多少？解分析電路可知，流過(guò)穩(wěn)壓二極管的電流滿足2CW12的穩(wěn)定工作條件，三極管的基極被穩(wěn)定在6V。設(shè)光照度為150lx時(shí)的輸出電流為I1，光敏電阻的阻值為R1，則當(dāng)輸出電壓為9V時(shí)，設(shè)流過(guò)光敏電阻的電流為I3，阻值為R3，則

R3=900Ω

代入γ值的計(jì)算公式便可以計(jì)算出輸出電壓為9V時(shí)的入射照度E3E3=196(lx)

由γ值的計(jì)算公式可以找到500lx時(shí)的阻值R4及三極管的輸出電流I4為

R4=214Ω

I4=24.7(mA)而此時(shí)的輸出電壓UO為

UO=Ubb－I4R4=6.7(V)即，在500lx的照度下恒壓偏置電路的輸出電壓為6.7V。

2.4光敏電阻的應(yīng)用實(shí)例

2.4.1照明燈的光電控制電路

如圖2-15所示為一種最簡(jiǎn)單的由光敏電阻作光電敏感器件的照明燈光電自動(dòng)控制電路。

它由3部分構(gòu)成

半波整流濾波電路

測(cè)光與控制的電路

執(zhí)行電路

設(shè)使照明燈點(diǎn)亮的光照度為EV

2.4.2火焰探測(cè)報(bào)警器

圖2-16所示為采用光敏電阻為探測(cè)元件的火焰探測(cè)報(bào)警器電路圖。PbS光敏電阻的暗電阻的阻值為1MΩ，亮電阻的阻值為0.2MΩ(幅照度1mw/cm2下測(cè)試)，峰值響應(yīng)波長(zhǎng)為2.2μm，恰為火焰的峰值輻射光譜。

2.4.3照相機(jī)電子快門(mén)

圖2-17所示為利用光敏電阻構(gòu)成的照相機(jī)自動(dòng)曝光控制電路，也稱(chēng)為照相機(jī)電子快門(mén)。

電子快門(mén)常用于電子程序快門(mén)的照相機(jī)中，其中測(cè)光器件常采用與人眼光譜響應(yīng)接近的硫化鎘(CdS)光敏電阻。照相機(jī)曝光控制電路是由光敏電阻R、開(kāi)關(guān)K和電容C構(gòu)成的充電電路，時(shí)間檢出電路(電壓比較器)，三極管T構(gòu)成的驅(qū)動(dòng)放大電路，電磁鐵M帶動(dòng)的開(kāi)門(mén)葉片（執(zhí)行單元）等組成。

在初始狀態(tài)，開(kāi)關(guān)K處于如圖所示的位置，電壓比較器的正輸入端的電位為R1與RW1分電源電壓Ubb所得的閾值電壓Vth（一般為1~1.5V），而電壓比較器的負(fù)輸入端的電位VR近似為電源電位Ubb，顯然電壓比較器負(fù)輸入端的電位高于正輸入端的電位，比較器輸出為低電平，三極管截止，電磁鐵不吸合，開(kāi)門(mén)葉片閉合。

當(dāng)按動(dòng)快門(mén)的按鈕時(shí)，開(kāi)關(guān)K與光敏電阻R及RW2構(gòu)成的測(cè)光與充電電路接通，這時(shí)，電容C兩端的電壓UC為0，由于電壓比較器的負(fù)輸入端的電位低于正輸入端而使其輸出為高電平，使三極管T導(dǎo)通，電磁鐵將帶動(dòng)快門(mén)的葉片打開(kāi)快門(mén)，照相機(jī)開(kāi)始曝光?？扉T(mén)打開(kāi)的同時(shí)，電源Ubb通過(guò)電位器RW2