幾款簡易電子測光表的設(shè)計

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光表都很昂貴，價廉的測光表往往不太好用，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光表電路中加一級晶體管放大器，將自制測光表與專用測光表比較，按標(biāo)準(zhǔn)將自制測光表測得光圈、速度的數(shù)值分別標(biāo)在自制測光表的電位器度盤和電流表度盤上。

1 前言

對光線強弱的準(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，常需借助測光表對光線進行測量，一般專業(yè)名牌測光表價格都非常昂貴，價廉的測光表往往不太好用，電子設(shè)計愛好者可以利用手頭常見的元器件自制幾款簡易電子測光表，本文介紹幾款簡單實用的電路供大家參考。

2 簡易電子測光表工作原理

在電子測光表中，最重要的一個元件當(dāng)然是顯示測量數(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，核心部分是一個大面積的PN 結(jié)，假如把一只透明玻璃外殼的點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，你就會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，所以受到光照時產(chǎn)生的電動勢和電流也大得多[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，在外加電場的作用下作漂移運動，電子奔向電源的正極，空穴奔向電源的負極，從而使光敏電阻器的阻值迅速下降[2]。

圖1 無源電子測光表

2.1 無源電子測光表

圖1中所示的a設(shè)計是利用硅光電池作感光器件，用一只微安表作指示的測光表電路，光電池受不同的光照產(chǎn)生不同的電流，推動電流表的指針偏轉(zhuǎn)，電位器P1可以調(diào)節(jié)表頭的靈敏度，并起保護表頭的作用，這種設(shè)計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)計是由光敏電阻LDR和硅光電池兩種光器件控制的測光表電路，比只用一個光敏元件電流變化范圍大。這是因為當(dāng)光線較暗時，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?。欢?dāng)電路受到光線照射時，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 有源電子測光表

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

圖2是只用一只光敏電阻檢測光量的一種方法，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、光線又較強時燒壞表頭所設(shè)的。

圖2 只用一只光敏電阻檢測光量的測光表

圖3是加了一級晶體管放大器的測光表電路，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，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光表

當(dāng)光線增強時，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能較精確地測量出光線最強和最弱的情數(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；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號電池作電源。

2.4 測光表刻度繪制

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

3 結(jié)語

經(jīng)以上步驟仔細操作，即可完成一臺性價比頗高的很實用的測光表，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光表設(shè)計方案制作的話，其成品的使用效果應(yīng)該不遜于售價昂貴專業(yè)攝影測光表，本設(shè)計經(jīng)過仿真電路仿真測試，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。