课件(第六节)

U bb 9 I3 5.88(mA) Rc
R3=900Ω 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 lபைடு நூலகம்R3 0.66 lgE3 lgE2
lgR2 lgR3 lgE3 lgE2 2.292 0.66
E3=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
2.3 设某只CdS光敏电阻 的最大功耗为30mW，光电 导灵敏度Sg=0.5×10–6S/lx， 暗电导g0=0。试问当CdS光 敏电阻上的偏置电压为20V 时的极限照度为多少lx？ 2.4 在如图所示的照明灯控制电路中，用上题 所给的CdS光敏电阻作光电传感器，若已知继电器绕组 的电阻为5kΩ，继电器的吸合电流为2mA，电阻器 R=1kΩ时，问为使继电器吸合所需要的照度为多少lx？ 要使继电器在30lx时吸合，问应如何调整电阻器R？
显然，恒流偏置电路的电压灵敏度SV为
UW 2 Sv R Sg Re
（2-30）
2.3.3 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。如图2-14所示为典型的光敏电阻恒压偏置电路。
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 Ec I c Rc
取微分，则得到输出电压的变 化量为
dUo=－RcdIc=－RcdIe= RcSgUwdE
例2-1 在如图2-13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之间的值不变） 试求：（1）输出电压为7伏 的照度为多少勒克司？
解 分析电路可知，流过稳压二极管的电流满足 2CW12的稳定工作条件，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 9.92(mA) Rc 510
U W 0.7 6 0.7 R1 1.4k I1 3.92
光电子材料与器件
谭昌龙
2010年
光敏电阻R与RL=2000欧的负载电阻串联后接于Vb=12 伏的直流电源上，无光照时负载上的输出电压为V1＝ 20毫伏，有光照时负载上的输出电压V2=2伏。(1):求光 敏电阻的暗电阻和亮电阻值。(2):若光敏电阻的光电导 灵敏度Sg=6×10-6s/lx，求光敏电阻所受的照度？
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
VR=Ubb[1－exp(－t/τ)]
式中τ 为电路的时间常数
τ=（RW2+R）C
光敏电阻的阻值R与入射的光照度EV有关
U 76 SV 0.069(V/lx) E 54.45 40
例2-2 在如图2-14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11V,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？
1 E R g Sg

当电容C两端的电压UC充电到一定的电位（VR≥Vth）时， 电压比较器的输出电压将由高变低，三极管T截止而使电 磁铁断电，快门叶片又重新关闭。 快门的开启时间t可由下式推出
t =（RW2+R）C · Ubb/ Vth ln
2.1. 为什么本征光电导器件在越微弱的辐射作用下， 时间响应越长，灵敏度越高？ 2.2. 对于同一种型号的光敏电阻来讲，在不同光照度 和不同环境温度下，其光电导灵敏度与时间常数是否 相同？如果照度相同而温度不同情况又会如何？
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SR，则
U R RJ I min Ev SR
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。
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 R2d E v 代入（2-27）得
dU o U W U be 2 R S g dEv Re
（2-26） （2-27）
（2-28） （2-29）
或
UW 2 uo R S g ev Re
输出为7V时光敏电阻的阻值应为
U bb 7 V RP 3 5K Ie
此时的光照度可由γ 值计算公式获得
lg6 lg5 0.59 lgE3 lg40
lg6 lg5 lg EV 3 lg40 1.736 0.59
E3=54.45（lx） （2）电路的电压灵敏度SV
2.3 光敏电阻的变换电路
2.3.1 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IL
U bb IL R RL
用微变量表示
U bb dI L dR 2 (R R L )
而，dR=-R2SgdEv
dI L
U bb R 2 S g (R R L )
2
d EV
（2-20）
设iL=dIL，ev=dEv，则
iL U bb R 2 S g (R R L )
2
ev
（2-21）
偏置电阻RL两端的输出电压为
U bb R 2 RL Sg RRL uL RLiL i ev 2 R RL (R R L )
（2-24）
从式（2-24）可以看出，当电路参数确定后，输出电 压信号与弱辐射入射辐射量（照度ev）成线性关系。
R4=500Ω
I4=10(mA) 而此时的输出电压UO为
UO=Ubb－I4Rc=6.9(V)
即，在500lx的照度下恒压偏置电路的输出电压 为6.9V。
2.4 光敏电阻的应用实例
2.4.1 照明灯的光电控制电路
如图2-15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
2.3.2 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，可引入如图2-13 所示的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 （2-25） Re
2.4.2 火焰探测报警器
图2-16所示为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。
2.4.3 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。
同样,照度为300lx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500到100lx间的γ 值不变，因此该光敏 电阻的γ 值应为
lgR1 lgR2 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
（2）该电路的电压灵敏度 （V/ lx）。
（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 bb 6V R P1 6K Ie RP 2 U bb 8V 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 0.59 lg80 lg40