高灵敏度光电检测电路

🏠 首页 《无线电》杂志 1987年 🔗 第210期 🔗 第39页 分类:收音机 🔗 潘承农 🔗

半导体发光管与光敏管组成的光电检测电路广泛用于自动计数、转速测量和自控装置等方面。图1是常用的光电检测电路,当被测物体影响了透光量,电路就相应输出变化的电信号。如果被测物体的透光度很好,这个电路就难以输出“0”和“1”去反映有无被测物。可是把电路稍加改动,成为图2形式,就可以大大提高光电检测电路对于微弱光通量变化的分辨力。

图1
图1 🔍原图 (436×386)
图2
图2 🔍原图 (768×422)

工作原理

图2中发光管与光敏管串接在同一回路里。发光管与光敏管相对放置。W为发光管提供起始发光电流。R用于限制最大工作电流,输出信号也从R上获取。如果发光管与光敏管之间无遮挡物,光敏管受到光照就会降低阻抗,使得串联电路的电流增大,此电流流过发光管,使发光管发光强度增大,再照射到光敏管使光敏管的阻抗变得更低,如此循环作用形成了→光↑→电↑→光↑正反馈,电流迅速上升到最大值,电阻R上呈“1”电平。当被测物体放在发光管与光敏管之间,使得光通量减小,光敏管的阻抗就变大,回路电流减小,发光管亮度减小,照射光敏管的光通量就更小,同样会迅速导致→光↓→电↓→光↓的反馈过程。使电流减小最后稳定在起始电流,电阻R上呈“0”电平。因此利用了“正反馈”原理,提高了对光通量的微弱变化的判别能力。

元件选择与调整

发光管和光敏管应有相近的正常工作电流和波长。苏州半导体总厂生产的3DU4是金属壳封装的达林顿三极管型光敏管,可直接与BT401红外发光管配合使用。电源电压扣除发光管和光电管的压降(约3V左右),除以最大工作电流就可以确定电阻R的值。半可变电阻W的值需要由实验调整。如选定电源电压为12V,则W可选用6.8k。

电路调整的关键是,必须仔细对准发光管与光电管的位置(有的管子并不一定是法向对准时最佳,须反复寻找最灵敏点的位置),并尽可能减小环境光的影响。先把W调小,无挡光物时通电应形成导通正反馈。调整发光管与光敏管的位置,使电流最大。再把W调到最大并挡光,电流迅速跌至最低点。撤去挡光物如电流仍不上升,此时应细调W逐渐减小阻值,到某一点电流会突然上升,这就是临界点。如撤去挡光物,电流马上回升,则应加大W的阻值再试。然后把W再适当调小一点,使得挡光回“零”后,撤去挡光物后电流也能自行快速上升(即能够可靠形成导通正反馈),就可把W固定,确定正常工作点。若太接近临界点灵敏度虽然高,但可靠性变差,响应速度变慢;若起始电流选得太大,则不易截止,灵敏度相对下降,调整时需要注意这两点。

此装置在有环境光条件下实验,用12V电源,发光管与光敏管间隔4cm,插入一层透明塑料薄膜,可使输出电压由8.5V跌至1V。把W下端改为接地,可使低电平更接近“0”。如果把电源电压提高到24V(当然 需重新选定R和W)在R上可获得20V左右的电压变化幅值。用小型大功率继电器取代电阻R,可直接驱动大功率执行电器。

这个电路已用于薄型纺织品打卷自动对齐监视装置,也可用于烟雾报警器等。(潘承农)