数码相机是如何自动曝光的

数码相机自动曝光控制电路工作原理

项目来源：利用光敏电阻制成的光电导探测器的应用实例

项目重点难点：

1. 数码相机自动曝光控制电路的组成；

2. 数码相机自动控制曝光的工作机理；

3. 曝光时间。

一、数码相机自动曝光控制电路介绍

在数码相机自动控制电路的组成中，R CdS为光敏电阻，A为电压比较器，T 为NPN型三极管，M为快门电磁吸铁，S为快门按钮，R w1为调节快门速度的可调电位器，R w2为高照度时调节快门速度的可调电位器，C1为电容，D为二极管。这些器件构成了电子快门工作时的各部分组成电路。如图1所示。

图1 照相机电子快门控制电路原理图

1. 电路中主要器件的作用

光敏电阻R CdS：光敏电阻作为电路中的测光器，接受来自外界的光。其功能就是随着光强的变化来改变光敏电阻的阻值，光照越强阻值越小。一般希望暗电阻越大越好, 亮电阻越小越好,此时光敏电阻的灵敏度高。实际光敏电阻的暗电阻值一般在兆欧级, 亮电阻在几千欧以下。

电压比较器：比较电压U R与电压U th的大小，从而决定其输出电压的高低电平。当“+”输入端电压高于“-”输入端，也就是电压U th高于电压U R时，电压比较器输出为高电平。反之，电压比较器输出为低电平。

图1所示为一最简单的电压比较器，U R为参考电压，加在运放的同相的输入端，输入电压U i加在反相的输入端。

电压比较器原理原理图

(a)电路图(b)传输特性当U i＜U R时，运放输出高电平，稳压管Dz反向稳压工作。输出端电位被其箝位在稳压管的稳定电压U Z，即U O＝U Z

当U i>U R时，运放输出低电平，D Z正向导通，输出电压等于稳压管的正向压降U D，即U o＝－U D

三极管：三极管的截止与导通控制着快门电磁吸铁是否吸合快门帘幕。

电磁铁：吸拉快门帘幕使相机开始曝光。

二极管：二极管的截止与导通提醒着电磁吸铁是否起作用

2. 各部分组成回路

初始状态部分回路：开关S接于S1处时所构成的电路回路。

RC充电电路：开关S接于S2处，电源U bb通过电位器R w2与光敏电阻R CdS 向电容C1充电。

驱动电路：由三极管和快门电磁吸铁构成。

曝光电路：由RC充电电路、时间检出电路（电压比较器）及驱动电路组成。

二、数码相机自动曝光控制电路工作原理

在初始状态，开关S处于如图2所示的位置，电压比较器的正输入端的电位为R1与R w1分电源电压U bb所得的阈值电压V th(一般为1～1.5v)，而电压比较器的负输入端的电位V R近似于为电源电位U bb,显然电压比较器负输入端的电位高于正输入端的电位，比较器输出为低电平，三极管截止，电磁铁不吸合，开门叶片闭合，感光元件不能进行感光。

图2数码相机曝光电路工作在初态时

当按动快门的按钮时，开关S 与光敏电阻R CdS 及R w2构成的测光与充电电路接

通，如图3所示。这时，电容C 1两端的电压U c 为0，由于电压比较器的负输入端

电压U R 的电位低于正输入端电压U th 而使其输出为高电平，使三极管T 导通,电磁

铁将带动快门的叶片打开快门，感光元件能进行感光，照相机开始曝光。快门打开的同时，电源U bb 通过电位器R w2与光敏电阻R CdS 向电容C 1充电，且充电的速度

取决于景物的照度，景物照度越高光敏电阻R CdS 的阻值越低，充电速度越快。U R 的变化规律可由电容C 1的充电规律得到。

图3数码相机自动曝光电路工作在曝光状态

当曝光结束后，开关S 又处于S 1处，电容C 1开始放电，此时由于电压比较

器的负输入端电压U R 的电位高于于正输入端电压U th 而使其输出为低电平，使三

极管T 再次截止,电磁铁不吸合，相机的自动曝光控制电路又回到初始状态。

三、数码相机自动曝光时间计算

VR=Ubb[1-exp(-t/τ)],式中τ为电路的时间常数，τ=（Rw2+Rcds ）C 。光敏电阻的阻值Rcds 与入射的光照度Ev 有关，Rcds=1/(Gp), Gp=Sg Φ称为光电导，单位为S ，Sg 称为光电导灵敏度，Φ称为光通量。

当电容C 两端的电压Uc 充电到一定的电位（VR ≥Vth ）时，电压比较器的输出电压将由高变低，三极管T 截止而使电磁铁断电，快门叶片又重新关闭。

快门的开启时间t 可由下式推出

t =（Rw2+Rcds ）C ·ln (Ubb/Ubb- Vth)

()[]τt U U bb R --=ex p 1,式中τ为电路的时间常数，()12C R R Cds W +=τ。光敏

电阻的阻值R CdS 与入射的光照度E v 有关，g V P Cds E R γ-==1,其中 γ为光照指

数，Φ=g P S G 称为光电导，单位为S ，S g 称为光电导灵敏度，Φ称为光通量。由

此可以看出光敏电阻的阻值随着入射光照增强而减小。

当电容C 1两端的电压U c 充电到一定的电位（U R ≥U th ）时，电压比较器的输出

电压将由高电平变低电平，三极管T 截止而使电磁铁断电，快门叶片又重新关闭。 则快门的开启时间t ：

())[]th bb bb Cds W U U U C R R -⋅+=ln 12τ

四、结论

电子快门工作时，在Rw1和Rw2确定的情况下，其曝光时间由RC 充电电路的时间常数τ决定，只与光敏电阻R CdS 阻值有关，而R CdS 又与景物光强有关，光敏电阻的阻值随着入射光照增强而减小,从而可实现在不同的亮度下得自动曝光。