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。