一种基于光敏电流源的光敏器件补偿电路

1.本实用新型涉及一种光敏器件补偿的技术，尤其一种基于光敏电流源的光敏器件补偿电路，光敏电流源可以根据环境光强的变化而改变偏压电流，从而使光敏器件的偏压保持恒定。


背景技术：

2.光敏器件是指能将光信号转变为电信号的元件，与发光管配合，可以实现电
→
光、光
→
电的相互转换，常见的光敏元件有光敏电阻、光电二极管、光电三极管。
3.光电二极管能实现光电转换，但灵敏度低，使用光电三极管就大大提高了光电转换的灵敏度。
4.光敏器件的应用非常广泛，例如可以使用光敏器件来感知光强的快速度变化的电路，称为光学转速计，光敏器件受环境光强变化的影响，从而改变光敏器件的偏压，如果通过光敏器件的偏压电流是固定的，在环境光强很高的情况下，便会导致光敏器件的饱和，在实际工作过程中这是应该避免的。
5.光耦合器也是光敏器件的应用之一，光耦内部的光敏三极管有饱和、截止、放大三个状态，有的工作在截止和饱和状态，作开关用；有的工作在放大状态，比如开关电源的反馈光耦，一般光耦的线性比较差，作要求较高的信号放大时需要用专门的线性光耦或者添加专门的补偿电路，例如作为电话电路的语音信号隔离，对于一般的通话要求这种线性光耦是完全可以满足的。
6.实际应用光电三极管作为接收器件时，为提高接收灵敏度或避免进入饱和状态，可给它一个适当的偏置电流即施加一个附加光照，使其进入浅放大区，采用这种办法可以非常有效地提高接收灵敏度，增大遥控距离。
7.以上两种应用都强调光敏器件尽量避免进入饱和状态，其实使用一个光敏电流源便可解决这一问题，光敏电流源可以根据环境光强的变化而改变偏压电流，从而使光敏器件的偏压保持恒定。


技术实现要素：

8.本实用新型所要解决的技术问题是提供一种结构简单、造价低廉、使用可靠的光敏器件补偿的技术。
9.为实现上述目的，本实用新型提供一种基于光敏电流源的光敏器件补偿电路，其包括+12v供电电路、10v稳压电路、光敏器件电路、滤波电路、+5v基准电压产生电路、积分运算电路、电流源电路，电阻r8、电解电容c1、稳压二极管d1构成所述10v稳压电路，所述+12v供电电路依次通过电阻r8、反向稳压二极管d1连接工作地，反向稳压二极管d1与正向电解电容c1并联，晶体管t1、电阻r1、电阻r2构成所述电流源电路，10v稳定电源通过电阻r2连接晶体管t1的基极，10v稳定电源同时通过电阻r1连接晶体管t1的发射极，晶体管t1的集电极通过所述光敏器件电路t2的c-e极连接工作地，电阻r5、电容c3构成所述滤波电路，运放
ic1、电阻r4、电容c2构成所述积分运算电路，10v稳定电源依次通过电阻r6、电阻r7连接工作地构成所述+5v基准电压产生电路，晶体管t1的集电极通过电阻r5连接运放ic1的同相输入端3脚，运放ic1的3脚通过电容c3连接工作地，电阻r6、电阻r7的连接点通过电阻r4连接运放ic1的反相输入端2脚，运放ic1的反相输入端2脚通过电容c2连接运放ic1的输出端6脚，运放ic1的输出端6脚通过电阻r3连接晶体管t1的基极，所述光敏器件电路t2的a-b端电压即为光敏器件t2的不饱和端电压uo。
附图说明
10.附图1、附图2用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本技术的一部分，附图1 是基于光敏电流源的光敏器件补偿电路原理图；附图2是积分运算电路原理图。
具体实施方式
11.这种基于光敏电流源的光敏器件补偿电路如图1所示，其包括一个10v稳压电路、一个光敏器件电路、一个滤波电路、一个5v基准电压产生电路、一个积分运算电路、一个电流源电路。
12.积分运算电路由基本运放和反馈电容构成的基本积分电路如图2所示。
13.运放的同相端通过r’接地，过运放具有“虚地”的特性，即u
p
=un=0，即同相端电压等于反相端电压等于0，电路中电容c中的电流等于电阻r中的电流，输出电压与电容上电压的关系为,而电容上电压为其电流的积分，故
[0014][0015]
在求解t1到t2段时间的积分值时
[0016][0017]
式中uo（t1）为积分起始时刻的输出电压，即积分运算的起始值，积分的终值是t2时刻的输出电压。当ui为常量时，输出电压
[0018][0019]
光敏器件补偿电路详细介绍：图1所示电路中，由运放ic1及电容c2、电阻r4构成一个积分运算电路，与图2积分电路不同的是，ic1的反相输入端不是变化的输入信号，而是由电阻r6、r7分压10v稳定电源，得到一个稳定的基准电压u
ref
=u
ic1
‑‑
=10*（r7/(r6+r7)）=5v，即输入信号为常量。
[0020]
ic1及电容c2、电阻r4构成的积分电路与图2所示积分电路的第二个不同点还在于，ic1的同相输入端不是通过补偿电阻接地，光敏器件t2的偏压u
ab
通过滤波电路（由电阻r5、电容c3构成）进入运放ic1的同相输入端，偏压u
ab
随着环境光强的变化在一定小范围内变化，故严格意义上理解其不是一个常量，但可以通过光敏电流源t1的自调整使u
ab
等于运放ic1反相输入端的电压（约5v，即基准电压u
ref
）。
[0021]
可以明白，该光敏器件补偿电路最终由光敏电流源自调整实现，晶体管t1及基极
偏置电阻r2、发射极偏置电阻r1构成一个光敏电流源，t1由运算放大器ic1的输出通过限流电阻r3激励。
[0022]
由于电流源t1有极高的输出阻抗，因此不会加重光敏器件输出的负载。
[0023]
补偿电路实际上是一个负反馈电路，自然环境光强增大，光敏器件趋向于饱和，光敏器件上电压降u
ab
降低，u
ab
通过滤波电路r5/c3使ic1的同相输入端电压降低，积分电路ic1的输出电压降低，晶体管t1发射结电压增大，t1导通量加大，通过光敏器件t2的偏压增大，从而使光敏器件的偏压保持恒定。
[0024]
总结一下，该反馈引起ic1输出的电压自调整，直到t1提供的电流使得光敏器件上的电压降等于运算放大器的反相输入端上的电压（约5v）为止。
[0025]
这就保证了，如果环境光强发生变化，并因此使光敏器件的电阻也发生变化，那么t1电流源就会调节通过光敏器件的电流，从而使输出电压uo保持恒定。
[0026]
电阻r8、稳压二极管d1、滤波电容c1构成一个简单的稳压电路，由不稳的12v供电得到稳定的10v电压输出，为晶体管t1、运放ic1、基准电压产生电路提供馈电。
[0027]
积分电路的误差：在实际的积分运算电路中，产生积分误差的原因主要有以下两个方面：
[0028]
一方面是由于集成运放不是理想特性而引起的。例如，当ui=0，uo也应为零，但是由于运放的输入偏置电流流过积分电容，使uo逐渐上升，时间愈长，误差愈大。又如，由于集成运放的通频带不够宽，使积分电路对快速变化的输入信号反应迟钝，使输出波形出现滞后现象，等等。
[0029]
产生积分误差的另一方面原因是由积分电容引起的，例如，当ui回到零以后，uo应该保持原来的数值不变，但是，由于电容存在泄漏电阻，使uo的幅值逐渐下降，又如，由于电容存在吸附效应也将给积分电路带来误差，等等。
[0030]
以上误差有些不可避免，有些可以通过优选电子元件等级尽量减轻误差影响。
[0031]
有这样一种情况应该注意，如果入射光强迅速变化，由于积分电路的误差等原因导致电流源的响应时间太长，便不能对光强的快速变化作出反应，但是此时光强的迅速变化仍然会引起输出电压uo的改变，可以导致补偿电路失去作用。
[0032]
所以，除了运放ic1本身的原因，在图1的补偿电路中，由于时间常数r4/c2及r5/c3，该补偿电路不能对频率大于2hz的光强变化做出响应，电流源t1将不理会这些变化并继续提供恒定的电流。
[0033]
进一步，如果由于光强的迅速变化而引起的光敏器件的电阻发生变化时，输出电压uo也相应变化，这是我们不愿看到的现象，也是该补偿电路的不足之处。
[0034]
该电路可适用于各种各样的光敏电阻、光敏晶体管，只有一个限制条件是：在图1电路中，光敏三极管t2的型号随应用环境不同而相应选择，比如3du2a等型号，连接于a点和b点之间的光敏器件的电阻不能低于300ω，这是注意事项之一。
[0035]
该设计电路总耗能在20~35ma之间，具体值决定于由光敏器件提供的电流。