LM331在AD转换电路中的应用
LM331在AD转换电路中的应用
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摘要:本文主要介绍一种应用V/F转换器LM331实现A/D转换的电路,本电路价格低廉，外围电路简单, 适合应用在转换速度不太高的场合应用.本文包括硬件电路和软件程序的实现.
关键词:A/D转换器,V/F转换器, 高精度.
引言:
数据的采集与处理广泛地应用在自动化领域中,由于应用的场合不同,对数据采集与处理
所要求的硬件也不相同.在控制过程中,有时要对几个模拟信号进行采集与处理,这些信号的
采集与处理对速度要求不太高,一般采用AD574或ADC0809等芯片组成的A/D转换电路来实现信号的采集与模数转换，而AD574和ADC0809等A/D转换器价格较贵，线路复杂,
从而提高了产品价格和项目的费用.在本文中,从实际应用出发,给出了一种应用V/F转换器LM331芯片组成的A/D转换电路，V/F转换器LM331芯片能够把电压信号转换为频率信号，而且线性度好，通过计算机处理，再把频率信号转换为数字信号，就完成了A/D转换。它与AD574等电路相比，具有接线简单，价格低廉，转换精度高等特点，而且LM331芯片在转换过程中不需要软件程序驱动，这与AD574等需要软件程序控制的A/D转换电路相比，使用起来方便了许多。
一. 芯片简介
LM331是美国NS公司生产的性能价格比比较高的集成芯片。它是当前最简单的一种高精度V/F转换器、A/D转换器、线性频率调制解调、长时间积分器以及其它相关的器件。LM331为双列直插式8引脚芯片，其引脚框图如图1所示。
图1 LM331逻辑框图
LM331 各引脚功能说明如下:脚1 为脉冲电流输出端,内部相当于脉冲恒流源,脉冲宽度与内部单稳态电路相同;脚2 为输出端脉冲电流幅度调节,RS 越小,输出电流越大;脚3 为脉冲电压输出端,
OC 门结构,输出脉冲宽度及相位同单稳态,不用时可悬空或接地;脚4 为地;脚5 为单稳态外接定时时间常数RC ;脚6 为单稳态触发脉冲输入端,低于脚7 电压触发有效,要求输入负脉冲宽度小于单稳态输出脉冲宽度Tw ;脚7 为比较器基准电压,用于设置输入脉冲的有效触发电平高低;脚8 为电源Vcc , 正常工作电压范围为4～40V。线性度好, 最大非线性失真小于0. 01 % , 工作频率低到0. 1Hz 时尚有较好的线性;变换精度高数字分辨率可达12 位; 外接电路简单, 只需接入几个外部元件就可方便构成V/ F 或F/ V 等变换电路,并且容易保证转换精度。
二. A/D转换原理
1.电压-频率转换
图2电压-频率转换电路
图2是我们常用的一种压频转换电路，按照图2设计电路, LM331采用单电源供电，电源电压VCC，模拟信号的输入范围-VCC～0V,频率范围为1～500KHZ，非线性低于0.01％。模拟信号经积分器LF356积分处理后,在INPUT端变成与输入电压成正比的稳定电流输入,通过LM331芯片进行V/F转换后,变成与电压成正比的频率信号,FOUT 端输出的频率信号送到计算机的计数/定时端口,计算机对频率信号进行采集、处理、存储。从而实现模拟信号到数字信号的转换。由于LM331的转换线性度直接影响转换结果的准确性，而通常引起V/F转换产生非线性误差的原因是引脚1的输出阻抗，它使输出电流随输入电压的变化而变化，因而影响转换精度，为克服此缺点，高精度V/F转换器在1脚和7
脚间加入了一个积分器，这个积分器是由常规运放LF356和积分电容C4构成的反积分器。加上积分电路后，由于电流源（1引脚）总是保持地电位，电压不随或FOUT变化，因此有很高的线性度。
2.频率-数字信号变换
图3 LM331实现A/D转换框架图
图3中,模拟信号经压/频转换器LM331,把电压信号转化为脉冲信号,脉冲信号送到计算机的计数/定时端口,有计算机对频率信号进行接收、处理、储存。由于压/频转换器LM331的压/频转换关系成线性,所以我们可以根据采集到频率数据知道模拟信号的大小,从而实现了模拟信号到数字信号的转换.频率计数器、定时器可以使用计算机的计数/定时端口，通过软件编程实现。基准频率，数据处理也是通过软件编程实现，数据可以储存到内部数据存储器或外部数据存储器中。
三. 计算机软件编程
LM331要实现A/D转换,需与计数器配合使用.LM331的输出端FOUT与单片机计数器T0端口连接,定时器T1用于定时,由公式f=D/T,D是计数值;T是计数时间.计数时间T由定时器T1确定,通过计算得出FOUT,然后进行数据处理与存储.简要程序及说明如下:
主程序MAIN设置定时器T0、T1工作方式分别为16位计数和定时,并置初值,T1开中断,T1的定时时间根据转换精度需要而定,如果取转换精度为12位，最高频率为100KHZ,计满量程时间为FFFH/100K=8.192ms.单片机采用12MHZ晶振时，机器周期＝1μs,定时初值为
调DATA子程序主要是进行数据处理并存储,得到的数据就是12位A/D转换数据,改变定时初值,可调节A/D转换位,如13位,14位等.
结论:
运用LM331实现A/D转换, 具有电路简单,成本低，测量精度高并且转换位数可调的特点,在实际工作之前,对电路器件参数进行调校,调校之后,系统稳定性好.与AD574等电路相比，价格便宜几倍。
光敏电阻的物理特性
Ⅰ.光敏电阻的物理特性 光敏电阻:常用的制作材料为硫化镉，另外还有硒、硫化铝、硫化铅和硫化铋等材料。这些制作材料具有在特定波长的光照射下，其阻值迅速减小的特性。这是由于光照产生的载流子都参与导电，在外加电场的作用下作漂移运动，电子奔向电源的正极，空穴奔向电源的负极，从而使光敏电阻器的阻值迅速下降。Ⅱ.组成特性 光敏电阻器是利用半导体的光电导效应制成的一种电阻值随入射光的强弱而改变的电阻器，又称为光电导探测器；入射光强，电阻减小，入射光弱，电阻增大。还有另一种入射光弱，电阻减小，入射光强，电阻增大。 Ⅲ.作用 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）。常用的光敏电阻器硫化镉光敏电阻器，它是由半导体材料制成的。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）μm的响应很接近，只要人眼可感受的光，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。 根据光敏电阻的光谱特性，可分为三种光敏电阻器：紫外光敏电阻器、红外光敏电阻器、可见光光敏电阻器。 Ⅳ.参数特性 （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，外加电压与光电流之比称为亮电阻，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。外加电压与暗电流之比称为暗电阻，常用“0LX”表示。（3）灵敏度。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。光谱响应又称光谱灵敏度，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出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
光敏电阻的应用
1. 举例说明光敏电阻的应用（画出原理图及工作过程） 路灯自动点熄控制 由两部分组成：电阻R 、电容C 和二极管D 组成半波整流滤波电路；RCds 光敏电阻和继电器组成光控继电器。路灯接在继电器常闭触点上，由光控继电器来控制路灯的点燃和熄灭．光暗时，光敏电阻的阻值很高，继电器关，灯亮；光亮时，光敏电阻的阻值降低，继电器开，灯灭。 2. 硅光电池的工作原理和等效电路为下图： （a ）光电池工作原理图 （b ）光电池等效电路图 （c ）进一步简化 从图（b ）中可以得到流过负载R L 的电流方程为： )1()1(/0/0--=--==KT qV s E KT qV s p D p e I E S e I I I I I － 其中，S E 为光电池的光电灵敏度，E 为入射光照度，I s0是反向饱和电流，是光电池加反向偏压后出现的暗电流。 当I L ＝0时，R L ＝∞（开路），此时曲线与电压轴交点的电压通常称为光电池开路时两端的开路电压，以V OC 表示，由式（1）解得：
??? ? ??+=1ln 0 I I q kT U p OC 当Ip 》Io 时，)/ln()/(0I I q kT U p OC ≈ 当R L ＝0（即特性曲线与电流轴的交点）时所得的电流称为光电流短路电流， 以Isc 表示，所以 Isc ＝I p ＝Se ·E 从上两式可知，光电池的短路光电流Isc 与入射光照度成正比，而开路电压Uoc 与光照度的对数成正比。 3. 光外差检测只有在下列条件下才可能得到满足： ①信号光波和本征光波必须具有相同的模式结构，这意味着所用激光器应该单频基模运转。 ②信号光和本振光束在光混频面上必须相互重合，为了提供最大信噪比，它们的光斑直径最好相等，因为不重合的部分对中频信号无贡献，只贡献噪声。 ③信号光波和本振光波的能流矢量必须尽可能保持同一方向，这意味着两束光必须保持空间上的角准直。 ④在角准直，即传播方向一致的情况下，两束光的波前面还必须曲率匹配，即或者是平面，或者有相同曲率的曲面。 ⑤在上述条件都得到满足时，有效的光混频还要求两光波必须同偏振，因为在光混频面上它们是矢量相加。 4.光电检测系统的定义：是指对待测光学量或由非光学待测物理量转换成的光学量，通过光电变换和电路处理的方法进行检测的系统。 光电检测系统的构成：光源，照明光学系统，，被测对象，光学变换，光信号匹配处理，光电转换，电信号的放大与处理，计算机，控制，存储和显示等部分。 5.在微弱辐射作用下，光电导材料的光电灵敏度有什么特点？为什么把光敏电阻
光敏电阻应用电路
光敏电阻的应用 1．光控开关电路 图2-38所示是一种光控开关电路，这一光控开关电路可以用在一些楼道、路灯等公共场所。通过光敏电阻器，它在天黑时会自动开灯，天亮时自动熄灭。电路中，VS1是晶闸管，Rl是光敏电阻器。 当光线亮时，光敏电阻器Rl阻值小，220V交流电压经VD1整流后的单向脉冲性直流电压在RP1和Rl分压后的电压小，加到晶闸管VS1控制极的电压小，这时晶闸管VS1不能导通，所以灯HL回路无电流，灯不亮。 当光线暗时，光敏电阻器Rl阻值大，RPI和Rl分压后的电压大，加到晶闸管VS1控制极的电压大，这时晶闸管V S1进入导通状态，所以灯HL回路有电流流过，灯点亮。 2．灯光亮度自动调节电路 图2-39所示是灯光亮度自动调节电路，这一电路能根据外界光线的强弱来自动调节灯光亮度。电路中，VS1是晶闸管，N是氖管，HL是灯，R3是光敏电阻器。
电路中，晶闸管VS1和二极管VD1～VD4组成全波相控电路，用氖管N作为VS1的触发管。 220V交流电通过负载HL加到VD1～VD4桥式整流电路中，整流后的单向脉冲直流电压加到晶闸管VS1阳极和阴极之间，VS1导通与截止受控制极上的电压控制。整流后的电路还加到各电阻和电容上。 直流电压通过Rl和RP1对电容Cl进行充电，Cl上充到的电压通过氖管N加到晶闸管VS1控制极上，当Cl上电压上升到一定程度时，氖管N启辉，将电压加到晶闸管VS1控制极上，使晶闸管VS1导通，灯HL点亮。 电容Cl上平均电压大小决定了晶闸管VS1交流电一个周期内平均导通时间长短，从而决定了灯的亮度。 当外界亮度高时，光敏电阻器R3阻值小，Cl的充电电压低，晶闸管VS1平均导通时间短，HL灯光就暗。 当外界亮庋低时，光敏电阻器R3阻值大，Cl的充电电压高，晶闸管VS1平均导通时间长，HL灯光就亮。 由于R3的阻值是随外界光线强弱自动变化的，所以灯HL的亮度也是受外界光线强弱自动控制的。 调节可变电阻器RP1阻值可以改变对电容Cl的充电时间常数，即改变VS1的导通角，调节HL灯光的亮度。 3．停电自动报警电路 图2—41所示是停电自动报警电路。电路中，VD2是
光敏电阻的应用电路
光敏电阻的应用 光敏电阻可广泛应用于各种光控电路，如对灯光的控制、调节等场合，也可用于光控开关，下面给出几个典型应用电路。 1、光敏电阻调光电路 图2.6.7是一种典型的光控调光电路，其工作原理是：当周围光线变弱时引起光敏电阻RG的阻值增加，使加在电容C上的分压上升，进而使可控硅的导通角增大，达到增大照明灯两端电压的目的。反之，若周围的光线变亮，则RG的阻值下降，导致可控硅的导通角变小，照明灯两端电压也同时下降，使灯光变暗，从而实现对灯光照度的控制。 图2.6.7 光控调光电路 注意：上述电路中整流桥给出的是必须是直流脉动电压，不能将其用电容滤波变成平滑直流电压，否则电路将无法正常工作。原因在于直流脉动电压既能给可控硅提供过零关断的基本条件，又可使电容C的充电在每个半周从零开始，准确完成对可控硅的同步移相触发。 2、光敏电阻式光控开关 以光敏电阻为核心元件的带继电器控制输出的光控开关电路有许多形式，如自锁亮激发、暗激发及精密亮激发、暗激发等等，下面给出几种典型电路。
图2.6.8是一种简单的暗激发继电器开关电路。其工作原理是：当照度下降到设置值时由于光敏电阻阻值上升激发VT1导通，VT2的激励电流使继电器工作，常开触点闭合，常闭触点断开，实现对外电路的控制。 图2.6.8 简单的暗激发光控开关 图2.6.9是一种精密的暗激发时滞继电器开关电路。其工作原理是：当照度下降到设置值时由于光敏电阻阻值上升使运放IC的反相端电位升高，其输出激发VT 导通，VT的激励电流使继电器工作，常开触点闭合，常闭触点断开，实现对外电路的控制。 图2.6.9 精密的暗激发光控开关
光敏电阻测光电路
光暗控制继电器的电路 如图所示为光暗控制继电器的电路。电阻R1、R2及光敏电阻R3构成分压电路，当光线暗至一定程度时，VT1的基极电压上升至使VT1、VT2导通，继电器J吸合。R1用于动作灵敏度调节。该电路的光触发电平受电源电压及环境温度的影响较大。 灯光自动调节器电路
如图所示，此电路能根据外界光线的强弱来自动调节灯光亮度。若外界亮度高，灯光就暗，反之外界亮度低，灯光就亮。图中由晶闸管VT1和二极管VD1～VD4组成全波相控电路，用氖管N作VT1的触发管。调节W可改变对电容C的充电时间常数，即改变VT1的导通角，控制灯光的亮度。 一种精密光亮光控电路 如图所示的电路为一种精密光亮光控电路，其工作不受电源电压及环境温度的影响。电阻R1、R2、R6及光敏电阻R5共同构成惠斯顿电桥的两个桥臂。 惠斯通电桥 惠斯通电桥（又称单臂电桥）是一种可以精确测量电 阻的仪器。图3－13所示是一个通用的惠斯通电桥。 电阻R1，R2，R3，R4叫做电桥的四个臂，G为检流 计，用以检查它所在的支路有无电流。当G无电流通 过时，称电桥达到平衡。平衡时，四个臂的阻值满足 一个简单的关系，利用这一关系就可测量电阻。
精密光暗光控电路 精密光暗光控电路如图所示。由于通过R5引入了少量正反馈，因而在光线变化时电路动作就会稍稍滞后，以避免光线亮度处于临界状态时继电器频繁抖动 延迟节能灯电路 迟节能灯是一种声光双控延迟节电照明灯。它可以直接取代普通照明开关而不必更改原有照明线路，白天或光线较强的场合即使有较大的声响也能控制灯泡不亮，晚上或光线较暗时遇到声响(如说话声、脚步声等)后灯自动点亮，经约30s(时间可设定)自动熄灭。适用于楼梯，
光敏电阻器的特性和应用(精)
光敏电阻器的特性和应用 光敏电阻是采用半导体材料制作，利用内led/' target='_blank'>光电效应工作的led/' target='_blank'>光电元件。它在光线的作用下其阻值往往变小，这种现象称为光导效应，因此，光敏电阻又称光导管。用于制造光敏电阻的材料主要是金属的硫化物、硒化物和碲化物等半导体。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，然后接出引线，封装在具有透光镜的密封壳体内，以免受潮影响其灵敏度。 光敏电阻是采用半导体材料制作，利用内led/' target='_blank'>光电效应工作的led/' target='_blank'>光电元件。它在光线的作用下其阻值往往变小，这种现象称为光导效应，因此，光敏电阻又称光导管。 用于制造光敏电阻的材料主要是金属的硫化物、硒化物和碲化物等半导体。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，然后接出引线，封装在具有透光镜的密封壳体内，以免受潮影响其灵敏度。光敏电阻的原理结构如图所示。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—空穴对增加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—空穴对将逐渐复合，光敏电阻的阻值也就逐渐恢复原值。 在光敏电阻两端的金属电极之间加上电压，其中便有电流通过，受到适当波长的光线照射时，电流就会随光强的增加而变大，从而实现光电转换。光敏电阻没有极性，纯粹是一个电阻器件，使用时既可加直流电压，也可以加交流电压。 基本特性及其主要参数 1、暗电阻、亮电阻 光敏电阻在室温和全暗条件下测得的稳定电阻值称为暗电阻，或暗阻。此时流过的电流称为暗电流。例如MG41-21型光敏电阻暗阻大于等于0.1M。 光敏电阻在室温和一定光照条件下测得的稳定电阻值称为亮电阻或亮阻。此时流过的电流称为亮电流。MG41-21型光敏电阻亮阻小于等于1k。 亮电流与暗电流之差称为光电流。 显然，光敏电阻的暗阻越大越好，而亮阻越小越好，也就是说暗电流要小，亮电流要大，这样光敏电阻的灵敏度就高。 2、伏安特性
2021年光敏电阻应用电路
光敏电阻的应用 欧阳光明（2021.03.07） 1．光控开关电路图2-38所示是一种光控开关电路，这一光控开关电路可以用在一些楼道、路灯等公共场所。通过光敏电阻器，它在天黑时会自动开灯，天亮时自动熄灭。电路中，VS1是晶闸管，Rl是光敏电阻器。 当光线亮时，光敏电阻器Rl阻值小，220V交流电压经VD1整流后的单向脉冲性直流电压在RP1和Rl分压后的电压小，加到晶闸管VS1控制极的电压小，这时晶闸管VS1不能导通，所以灯HL回路无电流，灯不亮。当光线暗时，光敏电阻器Rl阻值大，RPI和Rl分压后的电压大，加到晶闸管VS1控制极的电压大，这时晶闸管VS1进入导通状态，所以灯HL回路有电流流过，灯点亮。 2．灯光亮度自动调节电路图2-39所示是灯光亮度自动调节电路，这一电路能根据外界光线的强弱来自动调节灯光亮度。电路中，VS1是晶闸管，N是氖管，HL是灯，R3是光敏电阻器。
电路中，晶闸管VS1和二极管VD1～VD4组成全波相控电路，用氖管N作为VS1的触发管。 220V交流电通过负载HL加到VD1～VD4桥式整流电路中，整流后的单向脉冲直流电压加到晶闸管VS1阳极和阴极之间，VS1导通与截止受控制极上的电压控制。整流后的电路还加到各电阻和电容上。直流电压通过Rl和RP1对电容Cl进行充电，Cl上充到的电压通过氖管N加到晶闸管VS1控制极上，当Cl上电压上升到一定程度时，氖管N启辉，将电压加到晶闸管VS1控制极上，使晶闸管VS1导通，灯HL点亮。电容Cl上平均电压大小决定了晶闸管VS1交流电一个周期内平均导通时间长短，从而决定了灯的亮度。当外界亮度高时，光敏电阻器R3阻值小，Cl的充电电压低，晶闸管VS1平均导通时间短，HL灯光就暗。当外界亮庋低时，光敏电阻器R3阻值大，Cl的充电电压高，晶闸管VS1平均导通时间长，HL灯光就亮。由于R3的阻值是随外界光线强弱自动变化的，所以灯HL的亮度也是受外界光线强弱自动控制的。调节可变电阻器RP1阻值可以改变对电容Cl的充电时间常数，即改变VS1的导通角，调节HL灯光的亮度。3．停电自动报警电路图2—41所示是停电自动报警电路。电路中，VD2是交流电电源指示灯，VD4是红色发光二极管，R4是光敏电阻器，BL1是扬声器，VT1、VT2和周围元器件构成一个低频振荡器。 有交流市电时，220V交流电压通过VD半波整流和Cl滤波，得到的直流电压通过Rl加到VD2上，使之发光指示交流电供电正常。同时，通过R2加到VD3上，使VD3发光。由于VD3发光，光线照射到光敏电阻器R4上，R4阻值小。这时，+3V直流电压通过R3和R4分压的电压加到VT1基极，因为R4阻值小，VT1截止，这时报警电路不工作。当交流电断电时，VD3不发光，R4阻值明显增大，使VT1进入放大状态，这时VT1、VT2等周围元器件构成的低频振荡
光敏电阻器的特性和应用
光敏电阻器的特性和应用 站长2006-4-2 15:05:30 光敏电阻是采用半导体材料制作，利用内光电效应工作的光电元件。 它在光线的作用下其阻值往往变小，这种现象称为光导效应，因此，光 敏电阻又称光导管。 用于制造光敏电阻的材料主要是金属的硫化物、硒化物和碲化物等半导体。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，然后接出引线，封装在具有透光镜的密封壳体内，以免受潮影响其灵敏度。光敏电阻的原理结构如图所示。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—空穴对增加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—空穴对将逐渐复合，光敏电阻的阻值也就逐渐恢复原值。 在光敏电阻两端的金属电极之间加上电压，其中便有电流通过，受到适当波长的光线照射时，电流就会随光强的增加而变大，从而实现光电转换。光敏电阻没有极性，纯粹是一个电阻器件，使用时既可加直流电压，也可以加交流电压。 基本特性及其主要参数 1、暗电阻、亮电阻 光敏电阻在室温和全暗条件下测得的稳定电阻值称为暗电阻，或暗阻。此时流过的电流称为暗电流。例如MG41-21型光敏电阻暗阻大于等于0.1M。 光敏电阻在室温和一定光照条件下测得的稳定电阻值称为亮电阻或亮阻。此时流过的电流称为亮电流。MG41-21型光敏电阻亮阻小于等于1k。 亮电流与暗电流之差称为光电流。
显然，光敏电阻的暗阻越大越好，而亮阻越小越好，也就是说暗电流要小，亮电流要大，这样光敏电阻的灵敏度就高。 2、伏安特性 在一定照度下，光敏电阻两端所加的电压与流过光敏电阻的电流之间的关系，称为伏安特性。 由图2.6.2可知，光敏电阻伏安特性近似直线，而且没有饱和现象。受耗散功率的限制，在使用时，光敏电阻两端的电压不能超过最高工作电压，图中虚线为允许功耗曲线，由此可确定光敏电阻正常工作电压。 图光敏电阻的伏安特性图光敏电阻的光电特性图光敏电阻的光谱特性 3、光电特性 光敏电阻的光电流与光照度之间的关系称为光电特性。如图所示，光敏电阻的光电特性呈非线性。因此不适宜做检测元件，这是光敏电阻的缺点之一，在自动控制中它常用做开关式光电传感器。 4、光谱特性 对于不同波长的入射光，光敏电阻的相对灵敏度是不相同的。各种材料的光谱特性如图所示。从图中看出，硫化镉的峰值在可见光区域，而硫化铅的峰值在红外区域，因此在选用光敏电阻时应当把元件和光源的种类结合起来考虑，才能获得满意的结果。 5、频率特性 当光敏电阻受到脉冲光照时，光电流要经过一段时间才能达到稳态值，光照突然消失时，光电流也不立刻为零。这说明光敏电阻有时延特性。由于不同材料的光敏电阻时延特性不同，所以它们的频率特性也不相同。图给出相对灵敏度Kr，与光强变化频率f之间的关系曲线，可以看出硫化铅的使用频率比硫化铊高的多。但多数光敏电阻的时延都较大，因此不能用在要求快速响应的场合，这是光敏电阻的一个缺陷。
2019高考物理总复习交变电流、传感器光敏电阻练习
光敏电阻 1．为解决楼道的照明，在楼道内安装一个传感器与电灯控制电路的相接。当楼道内有走动而发出声响时，电灯即与电源接通而发光，这种传感器为___________传感器，它输入的是___________信号，经传感器转换后，输出的是____________信号。 2．如图是观察电阻值随温度变化情况示意图。现把杯中的水由冷水变为热水，关于欧姆表的读数变化情况正确的是（） A．如果R为金属热电阻，读数变大，且变化非常明显 B．如果R为金属热电阻，读数变小，且变化不明显 第7题 C．如果R为热敏电阻（用半导体材料制作），读数变化非常明显 D．如果R为热敏电阻（用半导体材料制作），读数变化不明显 3．当光照射到光敏电阻上时，光敏电阻的阻值(填“变大”、“不变”或“变小”).半导体热敏电阻是利用半导体材料的电阻率随变化而改变的特性制成的. 4．光传感器 （1）计算机的鼠标器：它内部的两个__________就是两个光传感器，分别负责x、y两个方向的移动信息. （2）火灾报警器：内部敏感元件是光电三极管，无光照射时呈__________状态，有光照射时其__________变小.这种变化被电路检测后就会发出警报. 5．传感器能够将感受到的物理量（如力、热、光、声）转换成便于测量的量，通常是电学量．如光敏电阻能够将信号转换成电信号（填“力”、“光”、“声”、“热”） 6．某种材料具有电阻率随温度变化的特性，利用这种材料可以制成（） A．热敏电阻 B．光敏电阻 C．电容器 D．电感器 7．街旁的路灯，江海里的航标都要求在夜晚亮，白天不亮，利用半导体的电学特性制成了自动点亮、熄灭的装置，实现了自动控制，这是利用半导体的( ) A．压敏性 B．光敏性 C．热敏性 D．三种特性都利用 8．以下说法正确的是（） A．光传感器把光照的强弱转变成电信号 B．热敏电阻随着温度的升高电阻增大 C．压力传感器把电信号转变为压力的传感器
光敏电阻控制电路
光敏电阻控制电路：太阳能路灯跟踪控制器的工作原理 现有的日光能自动跟踪节制器无外乎两种：一是施用一只光敏传感器与施密特被触动引发器或者单稳态被触动引发器，构成光控施密特被触动引发器或者光控单稳态被触动引发器来节制电机的停、转；二是施用两只光敏传感器与两只比较器别离构成两个光控比较器节制电机的正反转。由于一年四季、迟早和中午环境光和阳光的强弱变化范围都很大，以是上述两种节制器很难使大阳能吸收装置四季全天候跟踪太阳。这搭所介绍的节制电路也包括两个电压比较器，但设在其输人端的光敏传感器则别离由两只光敏电阻串联交织组合而成。每组两只光敏电阻中的一只为比较器的上偏置电阻，另一只为下偏置电阻；一只检验测定阳光照，另一只则检验测定环境光照，送至比较器输人端的比较电平始末为二者光照之差。以是，本节制器能使日光能吸收装置四季全天候跟踪太阳，而且调试十分简单，成本也比较低。电路原理电路原理图如图1所示，双运放LM358与R1、R2构成两个电压比较器，参考电压为VDD（＋12V）的1/2。光敏电阻RT1、RT2与电位器RP1和光敏电阻RT三、RT4与电位器RP2别离构成光敏传感电路，该电路的特殊之居于于能根据环境光线的强弱进行自动赔偿。如图2所示，将RT1和RT3安装在铅直遮阳板的一侧，RT4和RT2安装在另一侧。当RT1、RT二、RT3和RT4同时受环境天然光线作用时，RP1和RP2的中间点电压稳定。如果只有RT1、RT3受阳光
照射，RT1的内部电阻减小，LM358的③脚电位升高，①脚输出高电平，有3个电极的管子VT1达到最高限度导通，继电器K1导通，其转换触点3与触点1闭合。同时RT3内部电阻减小，LM358的⑤脚电位降落，K2不动作，其转换触点3与静触点2闭合，电机M正转；同理，如果只有RT二、RT4受阳光照射，继电器K2导通，K1断开，电机M反转。当转到铅直遮阳板双侧的光照度不异时，继由器K1、K2都导通，电机M才停转。在太阳不停地偏移历程中，铅直遮阳板双侧光照度的强弱不断地瓜代变化，电机M转——停、转——停，使日光能吸收装置始末面朝太阳。4只光敏电阻如许交织安排的长处是：（l）LM358的③脚电位升高时，⑤脚电位则减低，LM358的⑤脚电位升高时，③脚电位则减低，可使电机的正反转事情既爽性又靠得住；（2）可直接用安装电路板的外壳兼作铅直遮阳板，避免将光敏电阻RT二、RT3引至蔽阴处的贫苦。施用该装置，没必要担忧第二天早晨它可否自动退回。早晨太阳升起时，铅直遮阳板双侧的光照度不成能恰恰相称，如许，上述节制电路就会节制电机，从而驱动吸收装置向东旋转，直至日光能吸收装置瞄准太阳为止。安装调试整个日光能吸收装置的***如图2。兼作铅直遮阳板的外壳最佳施用无反射的深色彩材料，四只光敏电阻的参数要求相符，即亮、暗电阻相称且成线性变化。安装时，四只光敏电阻不要凸出外壳的表面，最佳凹进一点，以避免散射阳光的滋扰；铅直遮阳板（即节制盒）装在吸收装置的边沿，既能随之转动又不受其反射光的强烈照射。凋试时，首先不让太阳直接照到四只光敏电阻上，之后调治
光敏电阻的应用
1.举例说明光敏电阻的应用（画出原理图及工作过程） 路灯自动点熄控制 由两部分组成：电阻R、电容C和二极管D组成半波整流滤波电路；RCds光敏电阻和继电器组成光控继电器。路灯接在继电器常闭触点上，由光控继电器来控制路灯的点燃和熄灭．光暗时，光敏电阻的阻值很高，继电器关，灯亮；光亮时，光敏电阻的阻值降低，继电器开，灯灭。 2.硅光电池的工作原理和等效电路为下图： （a）光电池工作原理图（b）光电池等效电路图（c）进一步简化 从图（b）中可以得到流过负载R L 的电流方程为： 0s E s p D p 其中，S E 为光电池的光电灵敏度，E为入射光照度，I s0 是反向饱和电流，是光电 池加反向偏压后出现的暗电流。 当I L ＝0时，R L ＝∞（开路），此时曲线与电压轴交点的电压通常称为光电池 开路时两端的开路电压，以V OC 表示，由式（1）解得：
???? ??+=1ln I I q kT U p OC 当Ip 》Io 时，0p OC 当R L ＝0（即特性曲线与电流轴的交点）时所得的电流称为光电流短路电流， 以Isc 表示，所以 Isc ＝I p ＝Se ·E 从上两式可知，光电池的短路光电流Isc 与入射光照度成正比，而开路电压Uoc 与光照度的对数成正比。 3. 光外差检测只有在下列条件下才可能得到满足： ①信号光波和本征光波必须具有相同的模式结构，这意味着所用激光器应该单频基模运转。 ②信号光和本振光束在光混频面上必须相互重合，为了提供最大信噪比，它们的光斑直径最好相等，因为不重合的部分对中频信号无贡献，只贡献噪声。 ③信号光波和本振光波的能流矢量必须尽可能保持同一方向，这意味着两束光必须保持空间上的角准直。 ④在角准直，即传播方向一致的情况下，两束光的波前面还必须曲率匹配，即或者是平面，或者有相同曲率的曲面。 ⑤在上述条件都得到满足时，有效的光混频还要求两光波必须同偏振，因为在光混频面上它们是矢量相加。 4.光电检测系统的定义：是指对待测光学量或由非光学待测物理量转换成的光学量，通过光电变换和电路处理的方法进行检测的系统。 光电检测系统的构成：光源，照明光学系统，，被测对象，光学变换，光信号匹配处理，光电转换，电信号的放大与处理，计算机，控制，存储和显示等部分。
利用光敏电阻组成的光控路灯控制电路
课程设计任务书 题目利用光敏电阻组成的光控路灯控制电路 学生姓名学号班级方专业 承担指导任务单位指导教师 姓名 是否制 作实物 是 一、主要内容 利用光敏电阻制作一个光控路灯控制电路，天亮时灯不亮，天黑时灯亮。 二、基本要求 1. 实现基本功能 2．完成3000字设计报告 3. 发挥部分，加上声音控制与节能措施，完成信号整理，防止误操作。 三、主要技术指标（或研究方法） 1. 控制参数可调（根据光强） 2. 负载功率不小于2 KW 四、应收集的资料及参考文献 光敏电阻应用 功率器件 控制信号的整定 教研室主任签字时间年月日
一、实验要求 利用光敏电阻制作一个光控路灯控制电路，天亮时灯不亮，天黑时灯亮，发挥不分，加上声音控制与节能措施，完成信号整理，防止误操作。 二、分析 利用光照强度为传感器，目前最为常用且性价比较高的就是光敏电阻，利用其光线较强时，电阻值较低，而光线较暗时则电阻较大的特点，利用电桥，可将光线信号转换成电信号，再通过电压比较器等方式，可以有效地完成控制需要。这类设计中，只要能将光线信号取出，整个设计也便完成了大半，至于控制部分的设计，可采用继电器输出，这样就算驱动较大的路灯负载，只需再加接触器便可完成。 四、光敏电阻的特性 光敏电阻的光照特性，光敏电阻的光照特性是描述光电流1和光照强度之间的关系，绝大多数光敏电阻光照特性是非线性的，下图为光敏电阻的光敏特 性。 由图可知，光电流随着光照强度的增加而增加。
五、实验电路及原理图 设计原理：220V市电经过VD1～VD4组成的桥式整流输出脉动电压,经过R8,VD8,C2降压滤波后,由VS提供12V的稳定直流电压,为控制电路提供电源供给. 静态待机状态下： B无信号输入，VT1处于静止放大状态，因为C3的隔直作用，VT2基极无偏置电压而处于截止状态，导致VT3的Vbe为0,使得VT3也处于截止状态，C4上面无电压，VT4的控制极没有提供足够的导通电压，VT4处于截止状态，E没有足够的电流，处于熄灭状态。 当外界光照强度足够时： R呈现低阻抗状态，即使短路C3，VT2的基极也得不到足够的偏置电压而处于截止状态，导致VT3的Vbe为0,使得VT3也处于截止状态，C4上面无电压，VT4的控制极没有提供足够的导通电压，VT4处于截止状态，E没有足够的电流，处于熄灭状态。
光敏电阻 及 光敏电阻 工作原理
光敏电阻及光敏电阻工作原理 光敏电阻及光敏电阻工作原理 光敏电阻 光敏电阻又称光导管，常用的制作材料为硫化镉，另外还有硒、硫化铝、硫化铅和硫化铋等材料。这些制作材料具有在特定波长的光照射下，其阻值迅速减小的特性。这是由于光照产生的载流子都参与导电，在外加电场的作用下作漂移运动，电子奔向电源的正极，空穴奔向电源的负极，从而使光敏电阻器的阻值迅速下降。 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。光敏电阻器一般用将光的变化转换为电的变化)。常用的光敏于光的测量、光的控制和光电转换( 电阻器硫化镉光敏电阻器，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)μm的响应很接近，只要人眼可感受的光，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。 光敏电阻的结构 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)光敏电阻外形图和电路符号就激发出电子-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铟等金属形成的。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。光敏电阻器在电路中用字母"R"或"RL"、"RG"表示。 光敏电阻工作原理 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电极引线，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、硒化物和碲化物等半导体。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-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-空穴对将复合，光敏电阻的阻值也就恢复原值。在光敏电阻两端的金属电极加上电压，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大，从而实现光电转换。光敏电阻没有极性，纯粹是一个电阻器件，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。 光敏电阻的应用 光敏电阻属半导体光敏器件，除具灵敏度高，反应速度快，光谱特性及r值一致性好等特点外，在高温，多湿的恶劣环境下，还能保持高度的稳定性和可靠性，可广泛应用于照相机，太阳能庭院灯，草坪灯，验钞机，石英钟，音乐杯，礼品盒，迷你小夜灯，光声控开关，路灯自动开关以及各种光控玩具，光控灯饰，灯具等光自动开关控制领域。下面给出几个典型应用电路。 光敏电阻调光电路