半导体光电导型探测器件及其在安防中的应用

        半导体光电导型探测器件，即光电导效应的器件（PC器件），它利用硅、错等本征半导体与杂质半导体，可制成电导率随入射光变化的器件，称为光电导效应器件或光敏电阻。

        光敏电阻是在绝缘材料上装梳状等光电导体封闭在金属或塑料外壳内，再在两端连上欧姆接触的电极而成的。为避免外部干扰，入射窗口装有透明保护窗，使起特殊滤光作用（对所需光谱透明）。目前光敏电阻，一般釆用％较大的材料，如金属的硫化物和硒化物等，使得在室温下能获得较大的暗电阻（无光照时的电阻）；采用N型材料，因伽＞個，这样增益也就大些。

       由光电导效应可知，光敏电阻的光电导灵敏度与光敏电阻两极间距离/的平方成反比，为了提高光敏电阻的光电导灵敏度，就要尽可能缩短光敏电阻两极间的距离L根据光敏电阻这一设计原则，可以设计出如图3-3所示的三种光敏电阻基本结构。图3-3（a）所示的光敏面为梳形结构，两个梳形电极之间为光敏电阻材料。由于两个梳形电极靠得很近，电极间距很小，因而光敏电阻的灵敏度很高；图3-3（b）所示的光敏面为蛇形结构，其电极间距（为蛇形光电材料的宽度）也很小，从而也提高了灵敏度；图3-3（c）所示为刻线式结构的光敏电阻侧向图,它在制备好的光敏电阻衬基上刻岀狭窄的光敏材料条，然后蒸涂金属电极，从而构成刻线式结构的光敏电阻。因此，在均匀的具有光导效应的半导体材料两端加上电极，便构成光敏电阻。

图3-3  光敏电阻结构示意图

       光敏电阻的原理及电路的符号如图3-4所示。当图中光敏电阻的两端加上适当的偏置电压Ubb后，便有电流Ip流过。改变照射到光敏电阻上的光照度，流过光敏电阻的电流Ip将发生变化，说明光敏电阻的阻值随照度变化。一般有光照时的光敏电阻的阻值称为亮电阻。此时可得出光电导g与光电流/p的表达式为

g=gL-gd；/p=/L-/d                               （ 3-22）

式中，gL为亮电导；gd为暗电导：IL为亮电流；/d为暗电流。

图3-4     光敏电阻的原理与光敏电阻的符号

       根据半导体材料的分类，光敏电阻有两大基本类型——本征型与杂质型。由于本征型半导体光敏电阻的长波限要短于杂质型的长波限，因此本征型半导体光敏电阻常用于可见光波段的探测；而杂质型半导体光敏电阻常用于红外波段甚至于远红外波段辐射的探测。

        (1)CdS(Se)光敏电阻。这一种光敏电阻是使用最广泛的，它们的光敏面为图3-3(b)所示的蛇形光敏面结构。CdS光敏电阻的光谱响应特性最接近人眼视见函数，线性度与温度特性较好，但响应速度慢，时间常数为0.1s,被广泛地应用于灯光的自动控制及照相机的自动测光等；CdSe光敏电阻的响应与白炽灯或氤灯等光源的光输出有良好的匹配，其响应速度快，时间常数0.01s,但线性度与温度特性不太好，常作为光电开关使用。

        CdS光敏电阻的峰值响应波长为0.52μm，CdSe光敏电阻为0.72μm，通过调整S和Se的比例，可使Cd(S,Se)光敏电阻的峰值响应波长控制在0.52〜0.72μm。

        (2)PbS光敏电阻。即近红外波段最灵敏的光电导器件，其光电导的厚度为μm量级的多晶薄膜或单晶硅薄膜。由于PbS在2μm附近的红外辐射的探测灵敏度很高，因而常用于火灾等领域的探测。PbS的光谱响应及探测率等特性与工作温度有关，随着温度的降低其峰值响应波长向长波长方向延伸，且比探测率增加。如室温下的PbS光敏电阻的光谱响应范围为

1-3.5μm,峰值波长为2.4μm,峰值比探测率D*高达1x10" cmHz-W-1„当温度降到195K时， 光谱响应范围为1~4μm,峰值响应波长移至2.8μm,峰值比探测率D*也增高到2x10n¹¹cmHz¹´²W¯¹。

        (3)Insb光敏电阻。它是3〜5μm光谱范围内的主要探测器件之一。Insb光敏电阻由单晶材料制备，制造工艺比较成熟，其光敏面的尺寸为0.5mmx0.5mm~8mmx8mm。大光敏面的器件由于不能做得很薄，其探测率较低。Insb不仅适用于制造单元器件，也适宜制造阵列红外探测器件。

        Insb光敏电阻在室温下的长波长可达7.5μm,峰值波长在6μm附近，峰值比探测率D*约为1x10" cm.Hz"W、当温度降到77K(液氮)时，其长波限由7.5μm缩短到5.5μm，峰值波长也将移至5μm,恰好为大气窗口的范围，其峰值比探测率D*也升高到2x10"cm-Hzmw。

       (4)Hgi-xCdxTe系列光敏电阻。它是目前所有红外探测器件中性能最优良且最有前途的探测器件，尤其是对于4~8pm大气窗口波段辐射的探测更为重要。Hgi-xCdxTe系列光电导体是由HgTe和CdTe两种材料的晶体混合制造的，其中x表明Cd元素含量的组分。制造混合晶体选用不同Cd的组分x,可以得到不同的禁带宽度傀，从而制造出不同波长响应范围的Hgi-xCdxTe探测器件。一般组分x的变化范围为018〜0.4,长波限的变化范围为1〜30μm。

        除常用的电流灵敏度S与电压灵敏度Sv以外，还有下列几个灵敏度。

        (1)光电导灵敏度Sg。即光敏电阻的光电导g与输入光照度E之比，即

Sg=g/E=gA/Φ                     (3-23)

式中，A为光敏面积；Φ为入射的通量。由欧姆定律可知，电流/与电压U的关系为/=gU,将式(2-19)中g=SgE 代入可得到弱光照时的线性关系，即    

I=SgEU                                   (3-24)

       (2)电阻灵敏度SR。暗电阻Rd与亮电阻RL之比，称为电阻变化倍数，即Kr=Rd/RL。而电阻灵敏度为

SR=(Rd/RL)/Rd=△R/Rd           (3-25)

式中，△R=Rd~Rl,显然差别越大越好。

       (3)比灵敏度SB。也称为积分比灵敏度，即

SB=IL/(ΦU)=Si/U                                 (3-26)

        光电流九与输入辐射通量Φ的关系为

/L=AUΦ                                                     (3-27)

式中，A为光敏材料决定的常数；U为电源电压；γ为照度指数，一般为0.5〜1。弱光照时，γ=1,即线性光电导；强光照时，γ=0.5,即抛物线性光电导。

        如图3-5所示，光敏电阻是一个纯电阻，因此符合欧姆定律，故曲线为直线，具有与普通电阻相似的伏安特性。图中虚线为允许功耗或额定功耗线。使用时，应不使光敏电阻的实际功耗超过额定值。在设计负载电阻时，应不使负载线与额定功耗线相交，使光敏电阻的工作电压、电流控制在额定功耗线之内。

图3-5   光敏电阻的伏安特性

       光敏电阻的特性参数受温度影响较大，只要温度略有变化，其光谱响应率、峰值响应波长、长波限等参数都将发生变化，且没有规律。为了提高性能的稳定性、降低噪声、提高探测率，釆用专门的冷却装置冷却灵敏面是十分必要的，因此，降低或控制光敏电阻工作温度是提高工作稳定性的有效办法，尤其对长波长红外辐射的检测更为重要。

       它是指光敏电阻的时间特性与工作前历史有关的一种现象。前历效应有暗态前历与亮态前历之分。暗态前历效应是指光敏电阻在工作前处于暗态，当它突然受到光照时，表现为暗态前历越长，光电流上升越慢，一般，工作电压越低，光照度越低，暗态前历效应就越显著。亮态前历效应是光敏电阻在工作前处于亮态，当工作时所受的照度与工作前不同时所出现的一种滞后现象，一般，亮电阻由高照度状态变为低照度状态达到稳定值时所需的时间，比由低照度状态变为高照度状态达到稳定值时所需的时间短。

       总之，测试或工作前光敏电阻所处的状态，对光敏电阻特性有影响。具体表现在稳定光照下阻值有明显的漂移现象。一般变化的百分比β为

        由光电导效应知，光电导的弛豫时间长，即光敏电阻的时间常数比较大，所以其上限截止频率低。几种光敏电阻的频率特性曲线如图3-6所示。由图可知，只有PbS光敏电阻的频率特性稍好些，但它的频率响应也不超过104Hz。

        光敏电阻的时间特性与输入光的照度、工作温度有明显的依赖关系。当照度E=0.11 lx时,光敏电阻的上升时间tr=1.4s；当E=10 lx时，tr=66ms；当E-=1000lx时，tr=6ms.

图3-6   光敏电阻的频率特性曲线

        产生-复合噪声是载流子的产生率与复合率在某个时间间隔在平均值上下起伏而导致载流子浓度的起伏所产生的均方噪声电流；1/f噪声也称为闪烁噪声，由于光敏层的微粒不均匀或不必要的微量杂质的存在，当电流流过时，在微粒间发生微火花放电而引起的微电爆脉冲。当其他参数不变时，频率越低，噪声越大，故也称为低频噪声。它属于“红”噪声，相当于白光的红色部分。在不同工作频率下，光敏电阻所表现的主要噪声不同，如图3-7所示。当工作频率f小于1kHz时，主要为1/f噪声；当工作频率f≥1MHz时，主要是热噪声；当工作频率在这两者之间，即1kHz<f<l MHz时，则主要为产生-复合噪声。但值得指岀的是，由于光敏电阻的时间常数大，一般大多工作在低频段，所以主要表现为1/f噪声。

图3-7  光敏电阻的噪声

       光敏电阻多应用于开关控制、红外检测与弱光检测场合，本节先了解它实际使用应注意的要点，再介绍其在安防中的应用。

在实际使用光敏电阻时，应注意如下使用要点。

     （1）注意所使用光敏电阻的电参数（电压、功耗）的限值，防止使光敏电阻的电参数超过允许值。

     （2）要根据不同用途，选用不同特性的光敏电阻。一般，用于数字信息传输时，选用亮电阻与暗电阻差别大的光敏电阻为宜，且尽量选用光照指数/大的光敏电阻；用于模拟信息传输与测量时，则以选用/值小的光敏电阻为好，因光照指数/与光照强弱有关，只有在弱光照射下光电流与入射辐射通量才成线性关系。

     （3）在设计负载电阻时，应考虑到光敏电阻的额定功耗，通常其负载电阻值不宜很小。 

     （4）光敏电阻的光谱特性与温度有关，当温度低时，其灵敏范围和峰值波长都向长波方向移动，因而可釆取冷却灵敏面的办法，来提高光敏电阻在长波区的灵敏度。

     （5）光敏电阻的温度特性很复杂，电阻温度系数有正有负，一般说，光敏电阻不适于在高温下使用，特别是杂质光敏电阻在温度高时输出将明显减小，甚至无输出。

     （6）光敏电阻的频带宽度都比较窄，在室温下只有少数品种能超过1000Hz,而且光电增益与带宽之积为一常量，如要求带宽较宽，势必以牺牲灵敏度为代价。

     （7）在用于光度量测试仪器时，必须对光谱特性曲线进行修正，保证其与人眼的光谱光视效率曲线相符合。

     （8）用于光桥测光所用光源的光谱特性，必须注意与光敏电阻的光敏特性匹配。

     （9）要注意防止光敏电阻受杂散光的影响。

     （10）当进行动态设计时，应意识到光敏电阻的前历效应。

      （1）照相机电子快门的自动控制。自动控制曝光时间的照相机的电子快门电路，如图3-8所示。当开关SW闭合时，快门控制器DT的线圈通电使快门打开。通过快门进入相机的光，使胶片感光，也使RP（光敏电阻）值下降对电容C充电，三极管VT1导通，VT2与VT3也随之导通，使VT4截止，DT断电而关闭快门。

图3-8     照相机的电子快门电路

 

    （2）路灯的自动控制。图3-9所示为公共场所路灯自动控制电路的一种，有时也和声控电路结合起来共同控制。电路一般由两部分组成：电阻R、电容C和二极管VD组成半波整流滤波电路；CdS光敏电阻和继电器J组成控制电路。路灯接在继电器J的常闭触点上。这里使用的是电流继电器，通过的电流必须达到一定值时继电器才能动作。

图3-9    路灯自动控制电路

       当光线很弱时，光敏电阻阻值很大，与光敏电阻并联的路灯电阻相对较小，因而流过继电器线圈的电流很小，达不到启动要求，继电器不能工作；电路中的电流几乎全部通过路灯，于是路灯点亮。当环境照度逐渐变大时，光敏电阻阻值逐渐变小，流过继电器线圈的电流逐渐增大，增大到一定值时，流过继电器的电流足以使继电器J动作，动触点由常闭位置跳到常开位置，路灯与电源断开，自动熄灭。

     （3）灯光亮度的自动调节。用光敏电阻作为探测元件的灯光亮度自动调节电路如图3-10所示，此电路能根据外界光线强弱自动调节灯光亮度，若外界光亮，灯光就暗：反之灯光就亮。

图3-10     灯光亮度自动调节电路

       图中，由晶闸管VTi和二极管VD1〜VD4组成全波相控电路，用氧管N作为VT1的触发管。调节Rw可改变对电容C的充电时间常数，即改变VTi的导通角，控制灯光的亮度。

        图3-11所示为采用光敏电阻作为探测元件的火焰探测报警器电路图，图中所用的光电导元件为PbS光敏电阻，它的暗电阻的阻值为1MΩ,亮电阻的阻值为0.2MΩ（辐照度为ImW/cm²下测试），峰值响应波长为2.2μm,恰为火焰的峰值辐射光谱。

图3-11   火焰探测报警器电路

       从图3-11可看到，由VTi、电阻R1、R2和稳压二极管VDz构成对光敏电阻R3的恒压偏置电路。这种恒压偏置电路具有更换光敏电阻方便的特点，只要保证光电导灵敏度Sg不变，输岀电路的电压灵敏度就不会因为更换光敏电阻的阻值而改变，从而使前置放大器的输出信号稳定。当被探测物体的温度高于燃点或被点燃发生火灾时，物体将发出波长接近于2.2μm的辐射（或跳变的火焰信号），该辐射光将被PbS光敏电阻伯接收，使前置放大器的输出跟随火焰跳变的信号，并经电容C2耦合，送给由VT2、VT3组成的高输入阻抗放大器放大。火焰的跳变信号被放大后送给中心站放大器，并由中心站放大器发出火灾警报信号，或执行灭火动作，如 喷淋出水或灭火泡沫等。

       将两个阻值和性能差不多的光敏电阻安装在物体运动路径的同一侧，相互间隔适当距离。另一侧相对位置分别安装2个光源，使物体在光源和光敏电阻之间直线运动。用光敏电阻鉴别物体运动的方向的电路如图3-12所示。

图3-12   用光敏电阻鉴别物体运动的方向

      该电路由电桥和极性判别两部分组成，Rs1、RS2、RI、R2、Rw组成电桥，由电源E0供电,A、B端输出。测量前使光敏电阻Rsi、Rs2同时遮光或光照，调节Rw使电桥平衡，UAB=0V。测量时，当物体由下向上运动时，RS2首先被遮光，阻值增大；Rs1还被光照，阻值较小，电桥失衡，UA>UB,UAB>0V,则VTI、VT2截止，VT3、VT4导通，继电器J1保持断开状态，J2吸合。当物体继续向上运动到R位置时，情况相反，J1吸合，J2打开。如物体由上向下运动，则与上述情况相反，J1先吸合，J2后吸合。因此，根据J1与J2吸合的先后顺序即可判断物体的运动方向，并给出了相应的开关控制信号输出。

       现有的太阳能自动跟踪控制电路无外乎两种：一是使用一只光敏传感器与施密特触发器或单稳态触发器所构成的光控施密特触发器或光控单稳态触发器来控制电机的停、转；二是使用二只光敏传感器与二只比较器分别构成两个光控比较器控制电机的正反转。由于一年四季、早晚和中午环境光和阳光的强弱变化范围都很大，所以上述两种控制器很难使太阳能接收装置四季全天候跟踪太阳。这里所介绍的控制电路也包括两个电压比较器，但设在其输入端的光敏传感器则分别由两只光敏电阻串联交叉组合而成。每一组两只光敏电阻中的一只为比较器的上偏置电阻，另一只为下偏置电阻；一只检测太阳光照，另一只检测环境光照，送至比较器输入端的比较电平始终为两者光照之差。所以，本控制器能使太阳能接收装置四季全天候跟踪太阳，而且调试十分简单，成本也不高。

       (1)使太阳能接收装置四季全天候跟踪太阳的自动跟踪控制电路工作原理。使太阳能接收装置四季全天候跟踪太阳的自动跟踪控制电路原理如图3-13所示。

       图中，双运放LM358与R1、R2构成两个电压比较器，参考电压为VDD(+12V)的1/2。光敏电阻RT1、RT2与电位器RP1和光敏电阻RT3、RM与电位器RP2分别构成光敏传感电路，该电路的特殊之处在于能根据环境光线的强弱进行自动补偿。如图3-14所示，将Rr1和RT3安装在垂直遮阳板的一侧，RT2、RT4安装在另一侧。当RTI、RT2、RT3、RT4同时受环境自然光线作用时，Rpi 与 Rp2 的中心点电压不变。如果只有 RTi、RT3 受太阳光照射，则 Rri 的内阻减小，LM358 的 3 脚电位升高，1 脚输出高电平，三极管 VTi饱和导通，继电器 K：通电，其转换触点3与触点1闭合，同时RT3内阻减小，LM358的5脚电位下降，K2不动作，其转换触点3与触点 2 闭合，电机 M 正转；同理，如只有 RT2、RT4受太阳光照射，继电器 K2 导通，K1断开，电机M反转。当转到垂直遮阳板两侧面的光照度相同时，继电器Ki、K2都导通，电机M才停转。在太阳不停地偏移过程中，垂直遮阳板两侧面的光照度的强弱不断地交替变化，电机M转停，使太阳能接收装置始终面朝太阳。

图 3-13 自动跟踪控制电路                               图 3-14 整个太阳能接收装置的结构

       4只光敏电阻这样交叉安排的优点是：LM358的3脚电位升高时，5脚电位则降低，LM358的5脚电位升高时，3脚电位则降低，可使电机的正反转工作既干脆又可靠。可直接用安装电路板的外壳兼作垂直遮阳极，避免将光敏电阻RT2、RT3引至庇荫处的麻烦。

       使用该装置，不必担心第二天早晨太阳升起时，垂直遮阳板两侧的光照度不可能正好相等,这样，上述控制电路就会控制电机，从而驱动接收装置向东旋转，直至太阳能接收装置对准太阳为止。

       (2)元器件选择及调试。IC选择双运放LM358。VTi、VT2选择9013三极管。RTI〜RTA选择MG44-04光敏电阻，其他元件如图3-13所示。

       整个太阳能接收装置的结构如图3-14所示，兼作垂直遮阳板的外壳最好使用无发射的深颜色材料，4只光敏电阻的参数要求一致，即亮、暗电阻相等且呈线性变化。安装时，4只光敏电阻不要凸出外壳的表面，最好凹进去一点，以免散射阳光的干扰垂直遮阳板(即控制盒)装在接收装置的边缘，技能随之转动又不受其发射光的强烈照射。调试时，首先不让太阳直接照到4只光敏电阻上，然后调节RPI、RP2,使LM358两正向输入端的电位相等，且高于反向输入端0.5〜IV。调试完毕后，让阳光照到垂直遮阳板上，这样接收装置即可自动跟踪太阳了。 

        这种计数器可以记录某一时间段内房间内所有来访者的人数。此装置可以安装在诸如电影放映厅、大楼和办公室的入口处，此装置采用简单而常见的计算器来代替专用计数器和显示电路，所以制作成本很低。装置中使用的所有元件都很容易从市场上买到，电路组装、调试也很容易。

     （1）用光敏电阻构成进出房间人数计数器工作原理。两对光电检测装置安装在进出通道上。其中一边，光源A（发送器）和光敏电阻LDRi（接收器）安装在通道进口处；另一边，光源B（发送器）和光敏电阻LDR2（接收器）则安装在通道出口处。光源的两束光线要保持照射在接收器的光敏电阻上，光束要求准确定向。图3-15显示了在通道上的光源和接收器的安装位置。

图3-15       通道上的光源和接收器的安装位置

        图3-16表示进出房间人数计数器的电路原理。A、B两个部分是光线检测电路。逻辑控制电路由与门芯片IC3、异或门IC4和触发器IC5、IC6为核心组成；定时器IG11和ICI2组成延时电路；光耦IC7和IG10用作计算器与检测电路间的电压隔离。电源电路显示A、B部分之间。交流市电通过变压器X]降为交流12V。通过二极管VD1〜VD4组成的整流器，变为直流。再通过C1滤波，在稳压电路IC7809（IC1）上产生9V稳定电压，加到整个电路上。初加电时，由于电阻夫5和电容C3和C4所组成加电复位电路的作用，触发器IC5和IC6处于复位状态，从而三极管VT3和VT4最初处于截止状态。也就是说：加电时，计算器上的1、+、-和=键都保持断开状态。由光敏电阻LDR1、三极管VTi和非门Ni以及由光敏电阻LDR2、三极管VT2和与非门N2分别组成的电路A、B两部分检测光线的通、断。然后分别可在与非门Ni的第3脚和与非门N2的第4脚上产生一个脉冲。

        当没有人通过通道时，光线照射在光敏电阻LDR1和LDR2上，使其阻值变低。当LDR1阻值变低时，晶体管 VTi导通，其集电极电平变低；此低电平送给与非门 N1，在其第 3 脚上产生一个高电平。由于或非门 Ny和 Ns的输出为低，使光耦 ICs 内部的LED 处于关闭状态，从而计算机的+键触点保持断开。类似地，电阻LDR2也为低，晶体管VT2导通，使其集电极为低电平：此低电平信号送给与非门 N2 使其输出端第 4 脚为高电平。由于或非门 No、N1o 的输出为低，使光耦 IC3内部的 LED 处于关闭状态，从而计算器的-键触点保存断开。

图3-16    进出房间人数计数器的电器原理

        当有某个人进入房间或大厅的通道，就会依次截断A、B两束光线。当光线A被遮住时，光敏电阻LDR：的阻值增加，VTi截止，Ni 的第3脚产生低电平输出。此电平送与门 N；和或非门Ny和Ns：由于Ns的第6脚也为低电平，使 Ns的输出变高，将ICs（B）的输出第1脚Qi置为高电平。同时 ICs被激活，其内部的晶体管接通计算器的+键。当此入继续向前走，光线B被遮住时。光敏电阻LDR2的阻值增加，VT2截止，在N2的第4脚产生低电平输出。由于IC6（B）处于置位状态，从而使或非门 Nio的输入端第 13 脚也为低电平，使 N1o的输出变高电平。使ICs（A）置位，其输出Q2（13脚）变为高电平，引起晶体管VTs导通：IC，被激活，其内部的晶体管接通计算器的1键连线。ICs（A）的输出同时通过晶体管VTa、电容Cs、二极管VDs触发单稳态电路ICn，在延迟约1s 后，进一步触发单稳态电路IC12。

        IC12的输出通过晶体管 VT5激活 IC1o，使其内部的晶体管接通计算器内的=键。使=键在1键按下后约1s后按下。此时与门Ns的输出仍然为低，因为其第8脚在光线被遮挡期间为低电平，当人从光源B移开时，光线再次照到LDR2上，则Ns的输出变高，从而使触发器ICs（B）复位，其输出端 Qi（第 2 脚）变高：进而复位触发器 IC6（A），其输出端 Q2（第 13脚）变低。

        因此与门Ns的输出再次变低，引起晶体管VT3和VT4截止，使计算器的1和-键被释放，这样，电路在顺序按下+、1、=键之后，恢复初始状态，并且准备好另一次计算。

       上述说明可以概括如下：当某人进入通道，依次截断 LDR：和 LDR：两束光线时，计算器上的+、1、=键被自动顺序按下，实现在计算器上的总计数值上加 1，表示有1 个人进入房间。
        如果有人离开房间，首先会遮断光线B，然后才遮断光线A。当光线B被遮断时，LDR2的阻值增加，在 N2的第4脚上产生低电平输出；此电平送给与门No、或非门N，和N1o，由于Ng的第9脚最初为低，所以其输出变高电平，位置 ICs（B），从而激活IC9，使其内部晶体管短接计算机-键的触点。而当此人越过光源 B 而遮断光线 A 时，LDR：的电阻增加，在与非门Ni输出的第3脚产生低电平，同时由于 ICs（B）在置位状态，Ny的第2脚为低电平，故N7的输出变高。从而使ICs（A)置位，其Q1（1脚）变高。进而引起晶体管VT3导通，激活IC7。 其内部晶体管短接计算机的1键。ICs（A）的高电平输出通过晶体管VT4、电容Cs和二极管VDs触发单稳电路 ICn，在延时 1 s 后触发IC12.IC12 的输出通过晶体管 VTs 激活IC1o，其内部晶体管短接计算机-键的触点。使-键在1键按下后约 1s 后按下。在光线A被遮期间，与门N4由于其第5脚保持低电平，故其输出为低。而当人通过后，光线再次照到LDR：上时，N4的输出变高：从而复位ICs（B），其Q2输出（脚 12）高电位，进而复位触发器 ICs（A），使其Qi的输出（1 脚）变低。因此使与门 N4的输出再次变低。从而使得晶体管VT；和VT4停止导通。按计算机的1键和=键释放，电路恢复其初始状态。

       总之，当LDR2的光线先遮断，LDRi的光线后被遮断时，计算机自动顺序按下：-、1、=键。从计算机的总计数中减1,指示有一个人离开了房间。因此，在任何时候，逗留在房间或大厅内的总人数都会显示在计算器的显示屏上。

       (2)元器件选择及调试。IC1选7809、9V稳压器；IC2选择CD4093,是2输入触发器，IC3选择CD4081,是2输入与门，IC4选择CD4001,是2输入异或门，ICs.IC6选泽CD4031,是D触发器，IC7~ICio选择MCT2E光电耦合器，ICn,IC12选择NE555定时器。VTi-VT?选择BC547NPN管。VD1〜VD4选择1N4001整流管，VD5、VD6选择1N4148开关二极管。LDR1、LDR2为光敏电阻。电阻均为(1/4)W、±5%规格。

        焊接好电路后，再连接到各种简单的计算机上。为实现连接，需打开计算机，在+、-、1、=键的触点上焊接好的连接线，然后在计算器背面打孔，将引线穿出。用数字万用表测量一下从1键所引出导线上的电压，判断其极性。将负极导线接到光耦IC7的发射极（第4脚）上，将正极引线接到集电极（第5脚）上。类似地找出+、-、=键的引线极性，分别连接到光耦合IC,、IC9、ICio上。将系统安装在需监控来访人数的大厅或房间的入口处，可用9V电池作备用电源。测试电路时，将LDR暴露在同样强的光线下。接通电源，测量晶体管VE的集电极与地之间的电压，如超过5V,就调整电位器VRi,将其设置约IV（或低于IV）。再遮住光线，再次测量电压，如低于5V,调VRi使到5V以上。

        对于200kΩ的VRi,光敏电阻LDR在未被照亮时的阻值应比照亮时高出约1OOkQo在不亮状态，电阻约为10kΩ。如做不到，就需改变VRi的值。接着按上述同样方法检测VT2。调整完毕，关闭电路电源，在5~10s后再打开。现打开计算机电源，按下AC（全清除）键，显示器将显示0。快速地遮断光线A,再遮断光线B。当光线B路径上的障碍清除后，计算机将显示1。重复此过程，计算机显示由1增至2。每次先遮断光线A再遮断B,都会使显示增加1,表示上行计数工作正常。

        为测试下行计数，按下AC（全清除）键，显示器将显示0。快速地遮断光线B,再遮断光线A。当光线A路径上的障碍清除后，计算机将显示-1。重复此过程，计算机显示由T变为-2,表示有2个人离开了房间。每次先遮断光线B再遮断A,都会使显示减1,表示下行计数工作正常。如不正常，检查连接是否正确等。

       为防止周围环境光线的干扰，LDR必须装入一个朝向光源的黑色管子中，集成电路最好安装在插座上，焊好后再插上IC。连接到计算器上的引线最好是带有焊接头的质量好的线。

     （1）光敏电阻的光谱响应比光伏器件宽，尤其在红外波段，如PbS光敏电阻的光谱响应范围为400〜2800nm,因而适于作红外检测，如常用于火点探测与火灾预/报警系统。

     （2）由于光敏电阻有灵敏度高、工作电流大（达数mA）的特点，因而光敏电阻有对微弱辐射的探测能力。虽然，光敏电阻的光电特性不像光伏器件线性好，但在很低照度下呈线性，且灵敏度高，因而适合用于弱光检测。

     （3）由于CdS光敏电阻的感光特性与人眼最接近，因而适于照相机曝光表与空气烟尘检测器等可见光装置。
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