邵先秀 ，陳國(guó)玉

1.煙臺(tái)南山學(xué)院，山東煙臺(tái) 265713

2.中交第一航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司，天津 300222

0 引言

光敏電阻屬半導(dǎo)體光敏器件，除具體積小、堅(jiān)固耐用、價(jià)格低廉、光譜響應(yīng)范圍寬等優(yōu)點(diǎn)外，在高溫、多濕的惡劣環(huán)境下，還能保持高度的穩(wěn)定性和可靠性，可廣泛應(yīng)用于照相機(jī)電子快門，太陽能庭院燈，草坪燈等光自動(dòng)開關(guān)控制領(lǐng)域[1]。

在照相機(jī)中，電子快門的原理是通過電子測(cè)光，獲取外界光線參數(shù)，自動(dòng)選取光圈值和快門速度，以控制最佳爆光量。本文主要對(duì)光電傳感器光敏電阻構(gòu)成的照相機(jī)電子快門的工作原理進(jìn)行介紹和分析[2]。

1 光敏電阻的特性

在均勻的具有光電導(dǎo)效應(yīng)的半導(dǎo)體材料的兩端加上電極，便構(gòu)成光敏電阻。當(dāng)光敏電阻兩端加上適當(dāng)?shù)钠秒妷篣bb后，便有電流Ip流過。改變照射到光敏電阻上的光度量（如照度），發(fā)現(xiàn)流過光敏電阻的電流Ip發(fā)生變化，說明光敏電阻的阻值隨照度變化。電阻隨光照量變化越大的光敏電阻就越靈敏，這個(gè)特性稱為光敏電阻的光電特性。

光敏電阻在弱輻射到強(qiáng)輻射的作用下表現(xiàn)出不同的光電特性（線性與非線性），它的光電特性可用在“恒定電壓”作用下流過光敏電阻的電流Ip與作用到光敏電阻上的光照度E的關(guān)系曲線來描述，當(dāng)照度很低時(shí)，曲線近似為線性；隨照度的增高，線性關(guān)系變壞，當(dāng)照度變得很高時(shí)，曲線近似為拋物線形。

在恒定的電壓的作用下，流過光敏電阻的光電流Ip為：

式中Sg為光電導(dǎo)靈敏度，E為光敏電阻的照度，γ為光電轉(zhuǎn)換因子。 光電轉(zhuǎn)換因子在弱輻射作用的情況下為1（γ=1），隨著入射輻射的增強(qiáng)，γ值減小，當(dāng)入射輻射很強(qiáng)時(shí)γ值降低到0.5。

光敏電阻的光譜特性多用相對(duì)靈敏度與波長(zhǎng)的關(guān)系曲線表示。從這種曲線中可以直接看出靈敏范圍、峰值波長(zhǎng)位置和各波長(zhǎng)下靈敏度的相對(duì)關(guān)系。由該關(guān)系曲線我們可以得到，CdS材料制成的光敏電阻的光譜響應(yīng)很接近人眼的視覺響應(yīng)，因此可用于與人眼有關(guān)的儀器，例如照相機(jī)電子快門、照度計(jì)、光度計(jì)等。本文正是利用此特性來設(shè)計(jì)照相機(jī)的電子快門的。

2 照相機(jī)電子快門

圖3為利用光敏電阻構(gòu)成的照相機(jī)自動(dòng)曝光的控制電路，也可稱為照相機(jī)電子快門。電子快門的測(cè)光器件常采用與人眼光譜響應(yīng)接近的硫化鎘光敏電阻。照相機(jī)曝光控制電路是由光敏電阻R、開關(guān)S和電容C構(gòu)成的充電電路，時(shí)間檢出電路（電壓比較器），晶體管VT構(gòu)成的驅(qū)動(dòng)放大電路，電磁鐵M帶動(dòng)的開門葉片（執(zhí)行單元）等組成。

在初始狀態(tài)，開關(guān)S處于如圖3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Uth（一般為1V～1.5V），而電壓比較器的負(fù)輸入端的電位UR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，晶體管截止，電磁鐵不吸合，開門葉片閉合。

當(dāng)按動(dòng)快門的按鈕時(shí)，開關(guān)S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O，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，使晶體管VT導(dǎo)通，電磁鐵將帶動(dòng)快門的葉片打開快門，照相機(jī)開始曝光?？扉T打開的同時(shí)，電源Ubb通過電位器Rw2與光敏電阻R向電容C充電，且充電的速庋取決于景物的照度，景物照度愈高光敏電阻R的阻值愈低，充電速度愈快。UR的變化規(guī)律可由電容C的充電規(guī)律得到

式中，τ為電路的時(shí)間常數(shù)。

而光敏電阻的阻值R與入射的光照度EV有關(guān)。

圖3 照相機(jī)自動(dòng)曝光控制電路

當(dāng)電容C兩端的電壓Uc充電到一定的電位(UR≥Uth)時(shí)，電壓比較器的輸出電壓將由高變低，晶體管VT截止而使電磁鐵斷電，快門葉片又重新關(guān)閉。快門的開啟時(shí)間t可由下式推出

顯然，快門開啟的時(shí)間t取決于景物的照度，景物照度越低，快門開啟的時(shí)間越長(zhǎng)；反之，快門開啟的時(shí)間變短；實(shí)現(xiàn)照相機(jī)曝光時(shí)間的自動(dòng)控制。當(dāng)然，調(diào)整電位器Rw1可以調(diào)整閾值電壓Uth，調(diào)整電位器Rw2，適當(dāng)?shù)匦拚娙莸某潆娝俣?，就可以適當(dāng)?shù)卣{(diào)整照相機(jī)的曝光時(shí)間，使照相機(jī)曝光時(shí)間的控制適應(yīng)照相底片感光度的要求。

3 結(jié)論

本文主要對(duì)光電傳感器光敏電阻構(gòu)成的照相機(jī)電子快門的工作原理進(jìn)行介紹和分析。電子快門結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，速度高，無震動(dòng)，無快門次數(shù)限制，可靠性和穩(wěn)定性高，近乎無成本。所以，袖珍卡片數(shù)碼相機(jī)和其它中、低檔數(shù)碼相機(jī)基本上都是采用電子快門，具有一定的實(shí)用價(jià)值。

[1]郁有文.傳感器原理及工程應(yīng)用[M].西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2000：82-89.

[2]范志剛.光電測(cè)試技術(shù)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2004：120-132.