几款简易电子测光表的设计

2018-10-19山西工程技术学院崔建国宁永香

电子世界 2018年19期

山西工程技术学院崔建国宁永香

引言：摄影爱好者所用的名牌测光表都很昂贵，价廉的测光表往往不太好用，可以利用手头常见的元器件自制几款简易电子测光表，利用硅光电池作为感光器件、小型电流表（模拟、数字皆可）作为指示器件，为了提高灵敏度，可以在简易的电子测光表电路中加一级晶体管放大器，将自制测光表与专用测光表比较，按标准将自制测光表测得光圈、速度的数值分别标在自制测光表的电位器度盘和电流表度盘上。

1 前言

对光线强弱的准确判断是拍出一张好照片的最关键因数，摄影爱好者为准确掌握曝光，常需借助测光表对光线进行测量，一般专业名牌测光表价格都非常昂贵，价廉的测光表往往不太好用，电子设计爱好者可以利用手头常见的元器件自制几款简易电子测光表，本文介绍几款简单实用的电路供大家参考。

2 简易电子测光表工作原理

在电子测光表中，最重要的一个元件当然是显示测量数据的表头，在下面的四种方案中，皆用满刻度为250uA微安表作为数据显示，可以是模拟型的指针式微安表，也可以是数显型微安表。

在以下介绍的前两种方案中，还用到了硅光电池，硅光电池是一种直接把光能转换成电能的半导体器件，它的结构很简单，核心部分是一个大面积的PN 结，假如把一只透明玻璃外壳的点接触型二极管与一块微安表接成闭合回路，当二极管的管芯(PN结)受到光照时，你就会看到微安表的表针发生偏转，显示出回路里有电流，这个现象称为光生伏特效应。硅光电池的PN结面积要比二极管的PN结大得多，所以受到光照时产生的电动势和电流也大得多[1]。

后三种方案用到了光敏电阻，光敏电阻（缩写为ldr）或光导管（photoconductor），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[2]。

图1 无源电子测光表

2.1 无源电子测光表

图1中所示的a设计是利用硅光电池作感光器件，用一只微安表作指示的测光表电路，光电池受不同的光照产生不同的电流，推动电流表的指针偏转，电位器P1可以调节表头的灵敏度，并起保护表头的作用，这种设计电路简单并且不用电源，但准确度较差。

图1中所示的b设计是由光敏电阻LDR和硅光电池两种光器件控制的测光表电路，比只用一个光敏元件电流变化范围大。这是因为当光线较暗时，太阳能硅光电池所产生的电压极低，而光敏电阻具有极高的电阻，所以表头指示偏转很小；而当电路受到光线照射时，硅光电池电压升高，电流增大，光敏电阻的阻值减小，电流表偏转较大，这种设计的电路使表头指针在刻度中部的精确度相应提高[3]。

2.2 有源电子测光表

图1所示的两种电子测光表，由于没有外电源供给，故称为无源电子测光表，下面介绍的另外另种电子测光表由于需要电源供电，故称为有源电子测光表

图2是只用一只光敏电阻检测光量的一种方法，电位器P1作光量变化的调整，电阻R是为防止电位器旋至最低、光线又较强时烧坏表头所设的。

图2 只用一只光敏电阻检测光量的测光表

图3是加了一级晶体管放大器的测光表电路，它的灵敏度更高。电路中的光敏电阻LDR充当了晶体管的上偏值电阻，当光线较暗时，光敏电阻阻抗很大，不能给晶体管提供偏值电流，晶体管截止。

图3 高灵敏度有源电子测光表

当光线增强时，晶体管偏压升高，集电极电流按基极偏压的函数值上升，集电极电流增大，通过表头的电流也加大，表针指示出光量变化情况，调节电位器P能较精确地测量出光线最强和最弱的情数值，电阻R1是为防止基极电流过大而损坏晶体管所设置的[4]。

2.3 元器件参数选择

以上几种测光表电路中的表头均可选用满度250uA、内阻650Ω的小型电流表；光电池可选用开路电压大于0.5V、短路电流大于2mA的受光面积大些的太阳能硅光电池（如2CR或2DR系列的），注意极性不能接错；光敏电阻LDR为硫化镉光敏电阻，可选用暗阻大于1MΩ，亮阻小于1KΩ（如MG42或MG45系列）的光敏电阻，也可用2CU系列的硅光二极管，但也要同样注意极性。

电位器P要选用线性良好的，以便于平衡调节和方便划分刻度，图4中所用的三极管为3DG型，要求β≥100、穿透电流尽量小、热稳定性要好；所用电阻均为1/8w金属膜电阻。前两种电路因不需电源，可不安装开关。后两种电路可选用小型钮子开关，由于3V纽扣电池容量过低，故为缩小体积，可选用7号电池作电源。