习题参考答案7-光电式传感器

习题7 七、光电式传感器

习 题

7-1.一光电管与5k Ω电阻串联，若光电管的灵敏度为30µA/lm ，试计算当输出电压为2V 时的入射光通量。

解：外光电效应所产生的电压为L L o R K IR U ϕ==

R L 负载电阻，I 光电流，ϕ入射光通量。K 光电管的灵敏度，单位A/lm 。 入射光通量为lm KR

U L

o 13.135000

10

302

6

=⨯⨯=

=

-ϕ

7-2.如图所示电路为光控继电器开关电路。光敏电阻为硫化镉器件，其暗电阻 ，在照度E=100lx 时，亮电阻 ，三极管的β值为50，继电器J 的吸合电流为10mA ，计算继电器吸合时需要多大照度？

解：

硫化镉暗电阻Ω=M R 100，则暗电导s R g μ1.010

0==

在照度lx E 100=时，亮电阻Ω=k R Lt 5，亮电导s g Lt μ200=。 照度在100lx 范围内可认为光电导是线性变化的。所以由dE

dg S g =

可求出光电导灵敏度lx s E g g S Lt g /10

20

10010

1.010

2000

6

6

6

0---⨯=-⨯-⨯=

--=

当继电器J 动作时，加在光敏电阻上的电压

3.1010

101007.0123

=⨯⨯--=--=-E C BE BB I R V V V V

再由式V g VE S I =φ且βφ/C I I =。所以照度值

lx V

S I V

S I E g C

g V 7.93

.1010

25010106

3

=⨯⨯⨯⨯=

=

=

--βφ。

7-3．光敏二极管的光照特性曲线和应用电路如图所示，图中l 为反相器，R L 为20kΩ，求光照度为多少lx 时U o 为高电平。

Ω=M R 100Ω=k R Lt 5

解：当反相器的输入i U 满足翻转条件DD i V U 2

1<

时，反相器翻转，o U 为高电平。现图中

标明V U DD 5=，所以i U 必须小于2.5V ，o U 才能翻转为高电平。由于光敏二极管的伏安特性十分平坦，所以可以近似地用欧姆定律来计算φI 与o U 的关系。

()

DD L DD

V R I V

2

1<

-φ

mA A R V V I L

DD

DD 125.010

125.010

205.252

13

3

=⨯=⨯-=

->

-φ

从图中可以看出光敏二极管的光照特性是线性的，所以根据比例运算得到mA I 125.0=φ时的光照度0E 3

.03000125

.00=E

所以lx E 1250125.03

.030000=⨯=

即光照度E 必须大于lx E 12500=时o U 才为高电平。

7-4.光电二极管的等效电路如图所示，在入射照度一定时，光电二极管相当于一个恒流源，以I s 表示。若光电二极管的结电容C J =5pF ，R L =100kΩ，求此电路的频率特性的上限频率值。

解：如图⎪⎪⎭

⎫ ⎝⎛+=+=L J L G S R C j U I I I 1ω

1

1+=

+

=J L L S L

J S

C R j R I R C j I U

ωω

入射光的调制频率升高时，由于结电容的存在，负载上的电流L I 会减小，当负载电流或端电压U 下降为最大（即频率为零时）值的0.707时，称该频率H f 为上限频率。由上式可知

()()

1

2

+=

J L L

S C R R I U ωω

L S R I U =max

max 2

1U U H =

1=J L H C R ω

当满足J

L H C R 1=

ω时，负载上的电流或电压下降为最大值时的0.707，则得上限频率为

Hz C R f J

L H H 5

12

3

1018.310

51010021

212⨯=⨯⨯⨯⨯=

=

=

-πππ

ω

可见，减小负载电阻L R 可使上限频率H f 提高。

7-5.用硒光电池制作照度计，图为电路原理图，已知硒光电池在100lx 照度下，最佳功率输出时V m =0.3V ，I m =1.5mA 。选用100µA 表头改装指示照度值，表头内阻R M 为1kΩ，若指针满刻度值为100lx ，计算电阻

R 1和R 2的值。

解：由题意得)(11R R I V M m += 当V V m 3.0=时，A I μ1001=

Ω=Ω⨯=⨯⨯⨯⨯-=

-=

--k I R I V R M

m 210210

10010

110

1003.03

6

3

6

1

11

硒光电池运用在最佳功率输出时要满足负载匹配条件，即opt L R R = 由电路图得()12R R R R M L +=且m

m opt I V R =