幾款簡易電子測(cè)光表的設(shè)計(jì)

山西工程技術(shù)學(xué)院 崔建國 寧永香

引言：攝影愛好者所用的名牌測(cè)光表都很昂貴，價(jià)廉的測(cè)光表往往不太好用，可以利用手頭常見的元器件自制幾款簡易電子測(cè)光表，利用硅光電池作為感光器件、小型電流表（模擬、數(shù)字皆可）作為指示器件，為了提高靈敏度，可以在簡易的電子測(cè)光表電路中加一級(jí)晶體管放大器，將自制測(cè)光表與專用測(cè)光表比較，按標(biāo)準(zhǔn)將自制測(cè)光表測(cè)得光圈、速度的數(shù)值分別標(biāo)在自制測(cè)光表的電位器度盤和電流表度盤上。

1 前言

對(duì)光線強(qiáng)弱的準(zhǔn)確判斷是拍出一張好照片的最關(guān)鍵因數(shù)，攝影愛好者為準(zhǔn)確掌握曝光，常需借助測(cè)光表對(duì)光線進(jìn)行測(cè)量，一般專業(yè)名牌測(cè)光表價(jià)格都非常昂貴，價(jià)廉的測(cè)光表往往不太好用，電子設(shè)計(jì)愛好者可以利用手頭常見的元器件自制幾款簡易電子測(cè)光表，本文介紹幾款簡單實(shí)用的電路供大家參考。

2 簡易電子測(cè)光表工作原理

在電子測(cè)光表中，最重要的一個(gè)元件當(dāng)然是顯示測(cè)量數(shù)據(jù)的表頭，在下面的四種方案中，皆用滿刻度為250uA微安表作為數(shù)據(jù)顯示，可以是模擬型的指針式微安表，也可以是數(shù)顯型微安表。

在以下介紹的前兩種方案中，還用到了硅光電池，硅光電池是一種直接把光能轉(zhuǎn)換成電能的半導(dǎo)體器件，它的結(jié)構(gòu)很簡單，核心部分是一個(gè)大面積的PN 結(jié)，假如把一只透明玻璃外殼的點(diǎn)接觸型二極管與一塊微安表接成閉合回路，當(dāng)二極管的管芯(PN結(jié))受到光照時(shí)，你就會(huì)看到微安表的表針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，顯示出回路里有電流，這個(gè)現(xiàn)象稱為光生伏特效應(yīng)。硅光電池的PN結(jié)面積要比二極管的PN結(jié)大得多，所以受到光照時(shí)產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)和電流也大得多[1]。

后三種方案用到了光敏電阻，光敏電阻（縮寫為ldr）或光導(dǎo)管（photoconductor），常用的制作材料為硫化鎘，另外還有硒、硫化鋁、硫化鉛和硫化鉍等材料。這些制作材料具有在特定波長的光照射下，其阻值迅速減小的特性。這是由于光照產(chǎn)生的載流子都參與導(dǎo)電，在外加電場(chǎng)的作用下作漂移運(yùn)動(dòng)，電子奔向電源的正極，空穴奔向電源的負(fù)極，從而使光敏電阻器的阻值迅速下降[2]。

圖1 無源電子測(cè)光表

2.1 無源電子測(cè)光表

圖1中所示的a設(shè)計(jì)是利用硅光電池作感光器件，用一只微安表作指示的測(cè)光表電路，光電池受不同的光照產(chǎn)生不同的電流，推動(dòng)電流表的指針偏轉(zhuǎn)，電位器P1可以調(diào)節(jié)表頭的靈敏度，并起保護(hù)表頭的作用，這種設(shè)計(jì)電路簡單并且不用電源，但準(zhǔn)確度較差。

圖1中所示的b設(shè)計(jì)是由光敏電阻LDR和硅光電池兩種光器件控制的測(cè)光表電路，比只用一個(gè)光敏元件電流變化范圍大。這是因?yàn)楫?dāng)光線較暗時(shí)，太陽能硅光電池所產(chǎn)生的電壓極低，而光敏電阻具有極高的電阻，所以表頭指示偏轉(zhuǎn)很??；而當(dāng)電路受到光線照射時(shí)，硅光電池電壓升高，電流增大，光敏電阻的阻值減小，電流表偏轉(zhuǎn)較大，這種設(shè)計(jì)的電路使表頭指針在刻度中部的精確度相應(yīng)提高[3]。

2.2 有源電子測(cè)光表

圖1所示的兩種電子測(cè)光表，由于沒有外電源供給，故稱為無源電子測(cè)光表，下面介紹的另外另種電子測(cè)光表由于需要電源供電，故稱為有源電子測(cè)光表

圖2是只用一只光敏電阻檢測(cè)光量的一種方法，電位器P1作光量變化的調(diào)整，電阻R是為防止電位器旋至最低、光線又較強(qiáng)時(shí)燒壞表頭所設(shè)的。

圖2 只用一只光敏電阻檢測(cè)光量的測(cè)光表

圖3是加了一級(jí)晶體管放大器的測(cè)光表電路，它的靈敏度更高。電路中的光敏電阻LDR充當(dāng)了晶體管的上偏值電阻，當(dāng)光線較暗時(shí)，光敏電阻阻抗很大，不能給晶體管提供偏值電流，晶體管截止。

圖3 高靈敏度有源電子測(cè)光表

當(dāng)光線增強(qiáng)時(shí)，晶體管偏壓升高，集電極電流按基極偏壓的函數(shù)值上升，集電極電流增大，通過表頭的電流也加大，表針指示出光量變化情況，調(diào)節(jié)電位器P能較精確地測(cè)量出光線最強(qiáng)和最弱的情數(shù)值，電阻R1是為防止基極電流過大而損壞晶體管所設(shè)置的[4]。

2.3 元器件參數(shù)選擇

以上幾種測(cè)光表電路中的表頭均可選用滿度250uA、內(nèi)阻650Ω的小型電流表；光電池可選用開路電壓大于0.5V、短路電流大于2mA的受光面積大些的太陽能硅光電池（如2CR或2DR系列的），注意極性不能接錯(cuò)；光敏電阻LDR為硫化鎘光敏電阻，可選用暗阻大于1MΩ，亮阻小于1KΩ（如MG42或MG45系列）的光敏電阻，也可用2CU系列的硅光二極管，但也要同樣注意極性。

電位器P要選用線性良好的，以便于平衡調(diào)節(jié)和方便劃分刻度，圖4中所用的三極管為3DG型，要求β≥100、穿透電流盡量小、熱穩(wěn)定性要好；所用電阻均為1/8w金屬膜電阻。前兩種電路因不需電源，可不安裝開關(guān)。后兩種電路可選用小型鈕子開關(guān)，由于3V紐扣電池容量過低，故為縮小體積，可選用7號(hào)電池作電源。

2.4 測(cè)光表刻度繪制

找一塊標(biāo)準(zhǔn)測(cè)光表或帶內(nèi)測(cè)光的照相機(jī)，與自制的測(cè)光表放在一起，在相同光線條件下由弱到強(qiáng)或由強(qiáng)到弱，按標(biāo)準(zhǔn)將測(cè)光表測(cè)得的光圈、速度的數(shù)值分別標(biāo)在自制測(cè)光表的電位器刻度盤和電流表刻度盤上。

3 結(jié)語

經(jīng)以上步驟仔細(xì)操作，即可完成一臺(tái)性價(jià)比頗高的很實(shí)用的測(cè)光表，雖然略顯簡陋，但如果采用圖3所示的高靈敏度有源電子測(cè)光表設(shè)計(jì)方案制作的話，其成品的使用效果應(yīng)該不遜于售價(jià)昂貴專業(yè)攝影測(cè)光表，本設(shè)計(jì)經(jīng)過仿真電路仿真測(cè)試，電路結(jié)構(gòu)完美、元件參數(shù)準(zhǔn)確，值得電子愛好者自制。