光敏電阻在照相機電子快門的應用

邵先秀 ，陳國玉

1.煙臺南山學院，山東煙臺 265713

2.中交第一航務工程勘察設計院有限公司，天津 300222

0 引言

光敏電阻屬半導體光敏器件，除具體積小、堅固耐用、價格低廉、光譜響應范圍寬等優點外，在高溫、多濕的惡劣環境下，還能保持高度的穩定性和可靠性，可廣泛應用于照相機電子快門，太陽能庭院燈，草坪燈等光自動開關控制領域[1]。

在照相機中，電子快門的原理是通過電子測光，獲取外界光線參數，自動選取光圈值和快門速度，以控制最佳爆光量。本文主要對光電傳感器光敏電阻構成的照相機電子快門的工作原理進行介紹和分析[2]。

1 光敏電阻的特性

在均勻的具有光電導效應的半導體材料的兩端加上電極，便構成光敏電阻。當光敏電阻兩端加上適當的偏置電壓Ubb后，便有電流Ip流過。改變照射到光敏電阻上的光度量（如照度），發現流過光敏電阻的電流Ip發生變化，說明光敏電阻的阻值隨照度變化。電阻隨光照量變化越大的光敏電阻就越靈敏，這個特性稱為光敏電阻的光電特性。

光敏電阻在弱輻射到強輻射的作用下表現出不同的光電特性（線性與非線性），它的光電特性可用在“恒定電壓”作用下流過光敏電阻的電流Ip與作用到光敏電阻上的光照度E的關系曲線來描述，當照度很低時，曲線近似為線性；隨照度的增高，線性關系變壞，當照度變得很高時，曲線近似為拋物線形。

在恒定的電壓的作用下，流過光敏電阻的光電流Ip為：

式中Sg為光電導靈敏度，E為光敏電阻的照度，γ為光電轉換因子。 光電轉換因子在弱輻射作用的情況下為1（γ=1），隨著入射輻射的增強，γ值減小，當入射輻射很強時γ值降低到0.5。

光敏電阻的光譜特性多用相對靈敏度與波長的關系曲線表示。從這種曲線中可以直接看出靈敏范圍、峰值波長位置和各波長下靈敏度的相對關系。由該關系曲線我們可以得到，CdS材料制成的光敏電阻的光譜響應很接近人眼的視覺響應，因此可用于與人眼有關的儀器，例如照相機電子快門、照度計、光度計等。本文正是利用此特性來設計照相機的電子快門的。

2 照相機電子快門

圖3為利用光敏電阻構成的照相機自動曝光的控制電路，也可稱為照相機電子快門。電子快門的測光器件常采用與人眼光譜響應接近的硫化鎘光敏電阻。照相機曝光控制電路是由光敏電阻R、開關S和電容C構成的充電電路，時間檢出電路（電壓比較器），晶體管VT構成的驅動放大電路，電磁鐵M帶動的開門葉片（執行單元）等組成。

在初始狀態，開關S處于如圖3所示的位置，電壓比較器的正輸入端的電位為R1與Rw1分電源電壓Ubb所得的閾值電壓Uth（一般為1V～1.5V），而電壓比較器的負輸入端的電位UR近似為電源電位Ubb，顯然電壓比較器負輸入端的電位高于正輸入端的電位，比較器輸出為低電平，晶體管截止，電磁鐵不吸合，開門葉片閉合。

當按動快門的按鈕時，開關S與光敏電阻R及Rw2,構成的測光與充電電路接通。這時，電容C兩端的電壓Uc為O，由于電壓比較器的負輸入端的電位低于正輸入端而使其輸出為高電平，使晶體管VT導通，電磁鐵將帶動快門的葉片打開快門，照相機開始曝光。快門打開的同時，電源Ubb通過電位器Rw2與光敏電阻R向電容C充電，且充電的速庋取決于景物的照度，景物照度愈高光敏電阻R的阻值愈低，充電速度愈快。UR的變化規律可由電容C的充電規律得到

式中，τ為電路的時間常數。

而光敏電阻的阻值R與入射的光照度EV有關。

圖3 照相機自動曝光控制電路

當電容C兩端的電壓Uc充電到一定的電位(UR≥Uth)時，電壓比較器的輸出電壓將由高變低，晶體管VT截止而使電磁鐵斷電，快門葉片又重新關閉。快門的開啟時間t可由下式推出

顯然，快門開啟的時間t取決于景物的照度，景物照度越低，快門開啟的時間越長；反之，快門開啟的時間變短；實現照相機曝光時間的自動控制。當然，調整電位器Rw1可以調整閾值電壓Uth，調整電位器Rw2，適當地修正電容的充電速度，就可以適當地調整照相機的曝光時間，使照相機曝光時間的控制適應照相底片感光度的要求。

3 結論

本文主要對光電傳感器光敏電阻構成的照相機電子快門的工作原理進行介紹和分析。電子快門結構簡單，速度高，無震動，無快門次數限制，可靠性和穩定性高，近乎無成本。所以，袖珍卡片數碼相機和其它中、低檔數碼相機基本上都是采用電子快門，具有一定的實用價值。

[1]郁有文.傳感器原理及工程應用[M].西安：西安電子科技大學出版社，2000：82-89.

[2]范志剛.光電測試技術[M].北京：電子工業出版社，2004：120-132.