它的光电特性曲线比较变化明显,即随光照强度的变化电阻电流变化迅速,光电特性曲线如图5和图6所示:
图5 三极管光电阻特性曲线 图6 三极管光电流特性曲线
4影响光敏传感器的主要因素
电子元件的运行,都受外界环境和工作环境的影响,如外界环境的温度、湿度、压强、光照、辐射;内部工作环境的电流、电压、磁场、电路的稳定性。影响光敏传感器的主要因子有温度、湿度等。
4.1温度对光敏电阻的影响
温度是影响光敏传感器准确性的第一要素。对于普通电阻,温度的升高会使电阻阻值变大,这与温度升高使得电子的无序运动剧烈有关。同样,作为光敏传感中电流产生的载体载流子,在同等光照条件下,载流子的无序运动强烈程度直接关系着光敏传感器的阻值,即通过光敏的电流大小。温度越高,光敏传感器中的载流子的无序运动越剧烈,所以电阻也相应变大。图7和图8为不同照度CdS光敏电阻在相同光照下不同温度对光敏电阻阻值的影响。
图7 温度对暗电阻的特性影响 图8 温度对亮电阻特性影响
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从上图可以看出,温度对光敏的准确性影响是很大的。为了降低温度对光敏准确性的影响,需要在一个温度相对恒定的环境中工作,也可以把温度传感器和光敏传感器组合在一起得出比较精确的结果。
5 光敏传感器的应用
光敏传感器实用好,在生活中也很常见,主要应用在家用电器和自动控制中十分广泛。根据光敏传感器在电路中的不同用途可以分为以下几类:自动开关,可变电阻器,信号接收器。例如在光控路灯,光控报警器,声光控开关中起的就是自动开关的作用;在智能手机屏幕亮度调节,自动避障或循迹的儿童玩具车,照相机的对焦曝光,起的作用就是可变电阻器;在电视机的遥控,光纤接口转换器中就是信号接收器。对于高电压电流电流,光敏传感器不直接控制电路通断,以免损坏,而是通过继电器来完成。
5.1光敏传感器在智能手机上的应用
在智能机普及的今天,手机的超长待机尤为重要,因此,节电是必要的一种选择, 手机从过去单一的芯片节能到现在传感器自动节能,使用诸如LXD/GB5-A1DPZ等线性光敏传感器来实现许多功能,从而达到节能,舒适的目的。
5.1.1自动感光
(1)节能(键盘感应)
在手机的使用过程中,白天可以关掉呼吸灯,按键的背光灯,在晚上根据感光自动关闭,这样既方便操作,又能起到省电效果。
(2)智能感光(LCD 屏感应)
手机屏幕亮度是耗电的一大因素,因此,随着外界光线强弱感应,自动调节屏幕背光强弱,色彩的饱和度,实现在强光下看得清晰的屏幕图像,在弱光条件下舒适,不刺眼,自动调节亮度,在保护眼睛同时也节省了电池电量
(3)拍摄自动补光感应
在大多有补光灯手机相机中,都有自动选择开补光灯的功能,在什么时候开或者关闭补光灯,这里需要一个光感电路了,常用的光感芯片有 LXD/GB5-A1DPZ。
5.1.2 应用电路
LXD/GB5-A1DPZ(SMD1206)是一款可见光传感器,用于数码产品的光照控制,一般采用国标LED1206的2脚贴片封装。在实际电路中,通常采用串联输出的方式,串联电流信号输出,串联一个电阻就是电压信号输出。LXD/GB5-A1DPZ(SMD1206)
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的输出信号是线性的,所以非常适合带ADC数模转换接口的芯片,通常采用增加一个保护电阻的方式接入ADC芯片就可以组成一个完整的光电转换系统,中央数据处理器CPU就可以从ADC接口读到一个数字,该数字的大小就更随LXD/GB5-A1DPZ(SMD1206)所在环境感应光强的变化而变化,通常采用正线性规律接入,那么,光照强度越大读到的数字越大,反之数字越小,这样系统软件师在设计软件时就可以非常方便的利用这个变量数字。在接口芯片越精确的情况下,这个数字可以更多。如0~1000,因此可以把这些数字分成多组,每组的范围对应一个屏幕亮度的等级。从而达到调节亮度的目的。
在现在众多手机的设计中,许多手机设计都有 自动感光的功能,而感光的用途不仅仅是在调节屏幕,按键亮度等基本的要求,而且有很多很有趣的创意,这些创意不只有厂家来完成,任何一个软件编写人员都可以,通过调用感光功能,用户只需要下载相应的软件就可以
图9 应用电路
实现相应的功能,比如光控震动的功能,就是利用手机外界环境光照强弱,来控制手机震动强弱,当手机在口袋里时,就需要震动强烈,这样就最大的避免误接电话,又避免影响他人。
5.2 光敏传感器在声光控开关电路中的应用
声光控电路是由声音和光控制的电路,其系统结构原理如下图:
声音信号 MIC 光敏电阻 与非门控制电路 延时电路 整流电路 电子开关 灯 图10 声光控开关节能灯控制电路
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光敏传感器是声光控电路的必要设备,和声音信号芯片有着一样的地位,在声光控电路中,通常选用光敏电阻作为光敏传感器。光敏传感器感光范围从可见光到红外光不等,通过光敏器件的电流一般很小,一般都要经过放大电路,或通过继电器,自动开关来控制大电流部件。
而光敏电阻的感光特性最与人眼接近,而且结构简单,造价便宜,耐用使用寿命长,电压阈值宽广,所以是做光控电路、光照强度测量电路的最佳选择。
在声光系统电路中,光敏电阻决定开关的闭合,随着光照强弱的发生电阻阻值,因而使通过电阻的电流发生变化——在光照强度较低时,光敏电阻阻值很大;在光照强度较强时,光敏电阻阻值变小,光敏电阻在经过放大电路时通常都是直流低频的工作状态,达到一定阀值时来决定开关的闭合。
声光控电路常用的是与非门电路,一个接光控电路,一个接声控电路,我们知道与非门逻辑关系是输入一个或两个低电平时输出为高电平,只有两个都为高电平时输出为低电平,常用于声光控电路的芯片是CD4011,,它是由四个与非门组成电路,可以控制多组电路。
图11 CD4011内部结构
声光控电路是生活中应用最广泛的的一种结构简单自动控制电路,但不只是作为开关而被我们认知,而我们更应该认识到自动控制给我们生活带来的便利。
在提倡可持续发展的今天,节能环保是时代的要求,而声光控电路研究正是基于这种理念,有着良好发展前景。
5.3在汽车中的应用
汽车作为现代工业产品的代表,光敏传感器也因此广泛应用。光敏传感器主要应用于汽车的自动控制,信息传送等方面。
5.3.1测速
汽车行驶过程中要对速度进行实时监测,以便更好控制方向,避免超速。在过去通常采用的设备主要是机械测速,是通过汽车转轴带动齿轮的转动,最后通过转动数
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