1.4光敏电阻应用

光敏电阻的变换电路1 基本偏置电路设在某照度Ev下，光敏电阻的阻值为R,电导为G, 流过偏置电阻RL的电流为ILU bb IL = R + RL

用微变量表示U bb dI L = dR 2 (R + R L )

而， dR = R2S dE g V

dI L =

U bb R 2 S g (R + R L )2

d EV

iL =

U bb R 2 S g ( R+ RL )2

Ev

uL = RLiL =

U bb R 2 RL Sg ( R+ RL )2

Ev

可以看出，当电路参数确定后，输出电压信号与弱辐 当电路参数确定后， 当电路参数确定后 射入射辐射量(照度 成线性关系。 射入射辐射量(照度Ev)成线性关系。

2

恒流电路

在简单偏置电路中，当RL»R时，流过光敏电阻的电 流基本不变，此时的偏置电路称为恒流电路。然而，光 敏电阻自身的阻值已经很高，再满足恒流偏置的条件就 难以满足电路输出阻抗的要求，为此，可引入晶体管恒 流偏置电路。 稳压管DW将晶体三极管的 基极电压稳定，即UB=UW,流过 晶体三极管发射极的电流Ie 为U W U be Ie = Re处于放大状态的三极管发射极电流 与集电极电流近似相等。

在晶体管恒流偏置电路中输出电压Uo为

U o = U bb I c R求微分得

dU o = I c dR将d R = Sg R 2d E v

代入得

U W U be 2 dU o = R S g dEv Re

或

UW 2 uo ≈ R S g ev Re

显然，恒流偏置电路的电压响应率SV为UW 2 Sv = R Sg Re

(2-30)

光敏电阻在恒流偏置电路的输出电压响应率与

光敏电阻阻值的平方成正比，与光电导灵敏度成正 比。 采用高阻值的光敏电阻可获得高探测响应率。

3

恒压电路

利用晶体三极管很容易构成光敏电阻的恒压偏 置电路。 稳压管DW将晶体三极管的基 极电压稳定，即UB=UW。三 极管处于放大工作状态时， Ube=0.7V。 因此，UE=UW-Ube。 加在光敏 电阻上的电压为恒定值。 称 为恒压偏置电路。

光敏电阻在恒压偏置电路的情况下输出的 电流IP与处于放大状态的三极管发射极电流Ie近 似相等。因此，恒压偏置电路的输出电压为:U o = U bb I c R c

取微分，则得到输出电压的变化量为: dUo=-RcdIc=-RcdIe= RcSgUwdEu o ≈ R c S gU W e v

光敏电阻在恒压偏置电路的输出信号电压与光 敏电阻的阻值无关。

例1 在如图所示的恒流偏置电路中，已知电源电压为 12V,Rb为820Ω,Re为3.3kΩ,三极管的放大倍率不小 于80,稳压二极管的输出电压为4 V,光照度为40lx时输 出电压为6V,80 lx时为8V。(设光敏电阻在30到100lx 之间的γ值不变) 试求：(1)输出电压为7伏的照 度为多少勒克司？ (2)该电路的电压灵敏度(V/ lx)。 解 根据已知条件，流过稳压管 DW的电流 Ubb Uw Ubb Uw Ie IW = Ib = ≈ 9.6mA Rb Rb β +1

满足稳压二极管的工作条件 (1)根据题目给的条件，可得到不同光照下光敏电阻 的阻值 U 6V Uw U be

bb RP1 = = 6K (Ie = = 1mA) Ie ReU bb 8V RP 2 = = 4K Ie

将Re1与Re2值代入γ值计算公式，得到光照度在 40~80lx之间的γ值lg6 lg4 γ= = 0.59 lg80 lg40

输出为7V时光敏电阻的阻值应为U bb 7V RP 3 = = 5K Ie

此时的光照度可由γ值计算公式获得lg6 lg5 γ= = 0.59 lgE 3 lg40

lg6 lg5 lg EV 3 = + lg40 = 1.736 0.59

E3=54.45(lx) =54.45 lx (2)电路的电压灵敏度SV

U 7 6 SV = = = 0.069(V/lx) E 54.45 40

例2

在如图所示的恒压偏置电路中，已知DW为2CW12型稳压

二极管，其稳定电压值为6V,设Rb=1kΩ,RC=510Ω, 三极管 的电流放大倍率不小于80,电源电压Ubb=12V,当CdS光敏电阻 光敏面上的照度为150lx时恒压偏置电路的输出电压为10V,照度 为450lx时输出电压为8V,试计算输出电压为9V时的照度(设光 敏电阻在100~500lx间的γ值不变)为多少lx? 照度到500lx时的 输出电压为多少？

解 三极管的基极被稳定在6V。设光照度为150lx时的输出电流为I1, 与光敏电阻的阻值R1,则

U bb 10 12 10 I1 = = = 3.92(mA) Rc 510

U W 0.7 6 0.7 = = 1.4k R1 = I1 3.92

同样,照度为450lx时流过光敏电阻的电流I2与电阻R2为 U bb 8 I2 = = 7.8(mA) Rc R2=680Ω 由于光敏电阻在100到500lx间的γ值不变，因此该光敏 电阻的γ值应为

lgR1 lgR2 γ= = 0.66 lgE2 lgE1

当输出电压为9V时，设流过光敏电阻的电流为I3,阻值 为R3,则 U bb 9I3 =R3 = Uw 0.7 6 0.7 = =900( ) Ic 5.88(mA)

Rc

= 5.88(mA)

代入γ值的计算公式便可以计算出输出电压为9V时的 入射照度E3

lgR2 lgR3 γ= = 0.66 lgE3 lgE2

lgR2 lgR3 lgE3 = lgE2 + = 2.292 0.66E3=196(lx)

由γ值的计算公式可以找到500lx时的阻值R4及 三极管的输出电流I4为 R4=214Ω I4=24.7(mA) 而此时的输出电压UO为 UO=Ubb-I4R4=6.7(V) 即，在500lx的照度下恒压偏置电路的输出电压 为6.7V。

4 光敏电阻的应用实例1) 照明灯的光电控制电路如图所示为一种最简单的由光敏电阻作光电敏感器 件的照明灯光电自动控制电路。 它由3部分构成: 半波整流滤波电路 测光与控制的电路 执行电路 设使照明灯点亮的光 照度为EV

继电器绕组的直流电阻为RJ,使继电器吸合的最小电流 为Imin,光敏电阻的光电导灵敏度为Sg,暗电导=0,则U (R + RJ ) I min Ev = Sg

显然，这种最简单的光电控制电路还有很多缺点， 还需要改进。在实际应用中常常要附加其他电路，如楼 道照明灯常配加声控开关或微波等接近开关使灯在有人 活动时照明灯才被点亮；而路灯光电控制器则要增加防 止闪电光辐射或人为的光源(如手电灯光等)对控制电 路的干扰措施。

2) 火焰探测报警器采用光敏电阻为探测元件的火焰探测报警器电路图。PbS 光敏电阻的暗电阻的阻

值为1MΩ,亮电阻的阻值为 0.2MΩ(幅照度1mw/cm2下测试),峰值响应波长为2.2μm, 恰为火焰的峰值辐射光谱。

3 ) 照相机电子快门图2-17所示为利用光敏电阻构成的照相机自动曝光控 制电路，也称为照相机电子快门。 电子快门常用于电子程 序快门的照相机中，其中测 光器件常采用与人眼光谱响 应接近的硫化镉(CdS)光敏 电阻。照相机曝光控制电路 是由光敏电阻R、开关K和 电容C构成的充电电路，时 间检出电路(电压比较器), 三极管T构成的驱动放大电 路，电磁铁M带动的开门叶 片(执行单元)等组成。

在初始状态，开关K处于如图所示的位置，电压比较器的正输 入端的电位为R1与RW1分电源电压Ubb所得的阈值电压Vth(一般为 1~1.5V),而电压比较器的负输入端的电位VR近似为电源电位Ubb, 显然电压比较器负输入端的电位高于正输入端的电位，比较器输 出为低电平，三极管截止，电磁铁不吸合，开门叶片闭合。 当按动快门的按钮时，开关K与光敏电阻R及RW2构成的测 光与充电电路接通，这时，电容C两端的电压UC为0,由于电压 比较器的负输入端的电位低于正输入端而使其输出为高电平， 使三极管T导通，电磁铁将带动快门的叶片打开快门，照相机开 始曝光。 快门打开的同时，电源Ubb通过电位器RW2与光敏电阻R向电容 C充电，且充电的速度取决于景物的照度，景物照度愈高光敏电 阻R的阻值愈低，充电速度愈快。VR的变化规律可由电容C的充 电规律得到: