文档2周雷课设.doc

课程设计（论文）任务书学 院理学院专 业光信息科学与技术学生姓名周雷班级学号0709020222课程名称光电检测原理与技术课程设计课程设计 （论文）题口照相机曝光时间系统设计设计目的：了解光电检测的基本原理与方法，掌握光敏电阻的特性和工作原理 设计任务：利用光墩电阻，实现照相机曝光时间的口动控制设计要求（技术参数）：（1） 选择恰当的光电检测方法；（2） 画出控制电路图；（3） 阐明工作原理，分析如何控制快门的开启时间；（4） 完成课程设计论文计划与进度安排：时间：九〜十周，具体安排如下：（1） 理解题目要求，查阅资料，确定设计方案：3天；（2） 设计与绘制电路图：5天；（3） 调整方案：2天；（4） 撰写说明书：4天;（5） 答辩：1天成绩：指导教师（签字）：年 月 日专业负责人（签字）：年 月 日主管院长（签字人年 月 日摘要照相机的tl动曝光控制，最早是以曝光表表头控制的速度优先光圈白动的方式实现的；目前在白动控 制中这种方式已被淘汰，而主要应川电子快门（光圈优先快门白动）和电子程序快门來实现平视取景镜 头快门照相中，冃前主耍采用电子程序快门来实现口动曝光佃在单镜头反光照相中的口动曝光控制则是 主要应用焦平而电子快门。

关键词：光敏电阻、自动曝光、快门摘要 2一、 器件的介绍与检测 11. 光敏电阻 11.1. 光敏电阻的结构及工作原理 11.2. 主要参数与特性 22. 三极管 23. 电容 33.1. 电容定义 332电容的检测 3二、 原理部分 41 •照相机电了快门控制电路原理 42.控制电路原理图 6三、 实验部分 61.结果分析 6如何控制快门的开启时间 6四、 总结 8参考文献 8一、器件的介绍与检测1.光敏电阻1.1.光敏电阻的结构及工作原理光敏电阻器是利用半导体的光电效应制成的一种电阻值随入射光的强弱而改变的电阻 器；入射光强，电阻减小，入射光弱，电阻增大光敏电阻器一般用于光的测量、光的控制 和光电转换（将光的变化转换为电的变化）常用的光皱电阻器硫化镉光皱电阻器，它是由半 导体材料制成的光敏电阻器的阻值随入射光线（可见光）的强弱变化而变化，在黑暗条件 下，它的阻值（暗阻）可达1〜10M欧，在强光条件（100LX）下，它阻值（亮阻）仅有几百至 数千欧姆光敏电阻器对光的敏感性（即光谱特性）与人眼对可见光（0.4〜0.76） 的响应 很接近，只耍人眼可感受的光，都会引起它的阻值变化设计光控电路时，都用白炽灯泡（小 电珠）光线或自然光线作控制光源，使设计大为简化。

通常，光敏电阻器都制成薄片结构，以便吸收更多的光能当它受到光的照射时，半导 体片（光敏层）内就激发出电子一空穴对，参与导电，使电路中电流增强为了获得高的灵 敏度，光敏电阻的电极常采用梳状图案，它是在一定的掩膜下向光电导薄膜上蒸镀金或锢等 金屈形成的一般光敏电阻器结构如右图所示光敏电阻器通常由光敏层、玻璃基片（或树 脂防潮膜）和电极等组成光嫩电阻器在电路中用字母或“RL"、“RG”表示光敏电阻的工作原理是基于内光电效应在半导体光敏材料两端装上屯极引线，将其封 装在带有透明窗的管壳里就构成光敏电阻，为了增加灵敏度，两电极常做成梳状用于制造 光敏电阻的材料主要是金属的硫化物、硒化物和硝化物等半导体通常采用涂敷、喷涂、烧 结等方法在绝缘衬底上制作很薄的光敏电阻体及梳状欧姆电极，接出引线，封装在具有透光镜的密封壳体内，以免受潮影响其灵敏度 在黑暗环境里，它的电阻值很高，当受到光照时，只要光子能量大于半导体材料的禁带宽度, 则价带中的电子吸收一个光子的能量后可跃迁到导带，并在价带中产生一个带正电荷的空穴, 这种由光照产生的电子一空穴对了半导体材料中载流子的数目，使其电阻率变小，从而造成 光敏电阻阻值下降。

光照愈强，阻值愈低入射光消失后，由光子激发产生的电子一空穴对 将复合，光敬电阻的阻值也就恢复原值在光嫩电阻两端的金屈电极加上电压，其中便有电 流通过，受到波长的光线照射时，电流就会随光强的而变人，从而实现光屯转换光敏屯阻没有极性，纯粹是-个电阻器件，使用时既可加直流电压，也加交流电压半导体的导电能 力取决于半导体导带内载流子数目的多少1.2.主要参数与特性光敏电阻的主要参数是：（1） 光电流、亮电阻光敏电阻器在一定的外加电压下，当有光照射时，流过的电流称 为光电流，外加电压与光电流Z比称为亮电阻，常用“100LX”表示2） 暗电流、暗电阻光敏电阻在一定的外加电压下，当没有光照射的时候，流过的电 流称为暗电流外加电压与暗电流Z比称为暗电阻，常用“OLX”表示3） 灵敬度灵敏度是指光敏电阻不受光照射时的电阻值（暗电阻）与受光照射时的电 阻值（亮电阻）的相对变化值4） 光谱响应光谱响应乂称光谱灵敏度，是指光敏电阻在不同波长的单色光照射下的 灵敏度若将不同波长下的灵敏度画成曲线，就可以得到光谱响应的曲线5） 光照特性光照特性指光敏电阻输岀的电信号随光照度而变化的特性从光敏电阻 的光照特性曲线可以看出，随着的光照强度的增加，光敏电阻的阻值开始迅速下降。

若进一 步增大光照强度，则电阻值变化减小，然后逐渐趋向平缓在大多数情况下，该特性为非线 性6） 伏安特性曲线伏安特性曲线用来描述光敏电阻的外加电压与光电流的关系，对于 光敏器件来说，其光电流随外加电压的增大而增大7） 温度系数光頌电阻的光电效应受温度影响较大，部分光頌电阻在低温下的光电灵 敏较高，而在高温下的灵敏度则较低8） 额定功率额定功率是指光敏电阻用于某种线路中所允许消耗的功率，当温度升高 时，其消耗的功率就降低2.三极管光敏三极管的结构与原理光敏三极管和普通三极管相似，也冇电流放大作用，只是它的集电极电流不只是受基极 电路和电流控制，同时也受光辐射的控制通常基极不引出，但一些光蝕三极管的基极有引 出，用于温度补偿和附加控制等作用晶体三极管，是半导体基本元器件之一，具有电流放大作用，是电子电路的核心元件 三极管是在一块半导体基片上制作两个相距很近的PN结，两个PN结把正块半导体分成三部 分，中间部分是基区，两侧部分是发射区和集电区，排列方式有PNP和NPN两种，如图从 三个区引出相应的电极，分别为基极b发射极e和集电极c发射区和基区之间的PN结叫发 射结，集电区和基区之间的PN结叫集电极。

基区很薄，而发射区较厚，杂质浓度大，PNP 型三极管发射区”发射”的是空穴，其移动方向与电流方向一致，故发射极箭头向里；NPN型 三极管发射区”发射”的是自由电子，其移动方向与电流方向相反，故发射极箭头向外发射 极箭头向外发射极箭头指向也是PN结在止向电压下的导通方向硅晶体三极管和铭晶体 三极管都有PNP型和NPN型两种类型虽然重点学习了晶体管的放大作用，但是我对晶体 管的开关作用更感兴趣半导体就像一个开关，可以通过导通与截止来控制电路3.电容电容定义电容器是“储存电荷的容器”，简称电容，用字母c表示尽管电容器品种繁多，但它们 的基本结构和原理是相同的两片相距很近的金属中间被某物质（固体、气体或液体）所隔 开，就构成了电容器两片金属称为的极板，中间的物质叫做介质屯容器也分为容量固定 的与容量可变的但常见的是I占I定容量的电容，最多见的是电解电容和瓷片电容电容器的选用涉及到很多问题首先是耐压的问题加在一个电容器的两端的电压超过 了它的额定电压，电容器就会被击穿损坏电容的检测固定电容器的检测1、检测10pF以卞的小电容因10pF以下的固定电容器容量太小，用万用表进行测量，只能定性的检查其是否有漏屯, 内部短路或击穿现象。

测量时，可选用万用表RXIOk挡，用两表笔分别任意接电容的两个引 脚，阻值应为无穷大若测出阻值（指针向右摆动）为零，贝U说明电容漏电损坏或内部击穿2、 检测1OPF〜O.OluF固定电容器是否有充电现象，进而判断其好坏万用表选用RXlk挡两只三极管的B值均为100以上，且穿透电流要小可选用3DG6 等型号硅三极管组成复合管万用表的红和黑表笔分别与复合管的发射极e和集电极c相接 由于复合三极管的放大作用，把被测电容的充放电过程予以放大，使万用表指针摆幅度加大, 从而便于观察应注意的是：在测试操作时，特别是在测较小容量的电容时，要反复调换被 测屯容引脚接触A、B两点，才能明显地看到万用表指针的摆动3、 对于0.01U F以上的固定电容可用万用表的RXIOk扌当直接测试电容器有无充电过程以及有无内部短路或漏电，并可根 据指针向右摆动的幅度大小估计出电容器的容量二、原理部分1.照相机电子快门控制电路原理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 （—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,出于屯 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的变化规律可出电容C的充电规律得到VR= Ubb[1-exp(-t/i)]式中丫为电路的1 F吋间常数t= (RW2+R) C光敏电阻的阻值R与入射的光照度EV有关R丄=兰当电容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可曲下式推出t = (RW2+R) C・ln Ubb/ Vth快门开启的吋间t取决于景物的照度，景物照度越低，快门开启的吋间越长；反之，快 门开启的时间变短，从而实现照相机暴光时间的自动控制2.控制电路原理图? % _三、实验部分1.结果分析1.1.如何控制快门的开启时间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, 屯容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/i)]式中工为电路的1 厂〉吋间常数t= (RW2+R) C光敏电阻的阻值R与入射的光照度EV冇关R = - = ±—& 二当电容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。