1、功率型LED光功率測(cè)試儀設(shè)計(jì)功率型LED光功率測(cè)試儀是用于測(cè)量絕對(duì)光功率或通過(guò)一段光纖的光功率相對(duì)損耗。通過(guò)測(cè)量發(fā)射端機(jī)的絕對(duì)功率，一臺(tái)功率型LED光功率計(jì)就能夠評(píng)價(jià)光端設(shè)備的性能。用光功率計(jì)與穩(wěn)定功率型LED組合使用，則能夠測(cè)量連接損耗、檢驗(yàn)連續(xù)性并幫助評(píng)估光纖鏈路傳輸質(zhì)量。功率型LED光功率測(cè)試儀具有超寬的光功率測(cè)試范圍、精準(zhǔn)的測(cè)試精度和超常的使用壽命。目前，日本安騰公司生產(chǎn)的AQ-1112B型，測(cè)量精度高，可達(dá)正負(fù)2%以?xún)?nèi)，但靈敏度較低;本設(shè)計(jì)采用光敏電阻達(dá)到光電轉(zhuǎn)換的目的，利用高精度單片機(jī)STC12C5A60S2作數(shù)據(jù)處理和顯示，精確度很高，可達(dá)到正負(fù)1%以?xún)?nèi)。關(guān)鍵詞：LED，光功率，

2、測(cè)試儀目 錄摘 要IABSTRACTII1 緒論11.1 意義11.2 國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r11.3 設(shè)計(jì)內(nèi)容12 光度學(xué)理論基礎(chǔ)22.1 定義及應(yīng)用22.2 光學(xué)量22.2.1 光通量22.2.2 發(fā)光強(qiáng)度42.2.3 光亮度52.2.4 光出射度62.2.5 光照度63 系統(tǒng)設(shè)計(jì)73.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)73.2 硬件設(shè)計(jì)73.2.1 LED光源部分73.2.2光電轉(zhuǎn)換部分93.2.3 A/D轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)處理部分113.2.4顯示部分143.2.5硬件總圖143.3 軟件設(shè)計(jì)163.3.1 主流程163.3.2 A/D流程163.3.3 程序174 測(cè)試結(jié)果與分析214.1 理論數(shù)據(jù)表214.2 結(jié)果分析

3、215 總結(jié)22致 謝23參考文獻(xiàn)24知識(shí)薈萃#1 緒論1.1 意義功率型LED光功率測(cè)試儀是用于測(cè)量絕對(duì)光功率或通過(guò)一段光纖的光功率相對(duì)損耗。通過(guò)測(cè)量發(fā)射端機(jī)的絕對(duì)功率，一臺(tái)功率型LED光功率計(jì)就能夠評(píng)價(jià)光端設(shè)備的性能。用光功率計(jì)與穩(wěn)定功率型LED組合使用，則能夠測(cè)量連接損耗、檢驗(yàn)連續(xù)性并幫助評(píng)估光纖鏈路傳輸質(zhì)量。功率型LED光功率測(cè)試儀具有超寬的光功率測(cè)試范圍、精準(zhǔn)的測(cè)試精度和超常的使用壽命。1.2 國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r目前，測(cè)量光功率的方法有熱學(xué)法和光學(xué)法。熱學(xué)法在波長(zhǎng)特性，測(cè)量精度等方面較好，但響應(yīng)速度慢，靈敏度低，設(shè)備體積大。光學(xué)法有較快的響應(yīng)速度，良好的線性特性而且靈敏度高，測(cè)量范圍大但

4、其波長(zhǎng)特性和測(cè)量精度方面不如熱學(xué)法。因此，根據(jù)熱學(xué)法制成的光功率計(jì)一般均為標(biāo)準(zhǔn)光功率計(jì)，做的比較好的是日本安騰公司生產(chǎn)的AQ-1112B型，它的傳感器采用熱電堆，測(cè)量精度高，可達(dá)正負(fù)2%以?xún)?nèi)，但靈敏度較低，只能測(cè)量10uW以上的光功率。1.3 設(shè)計(jì)內(nèi)容本設(shè)計(jì)采用光敏電阻達(dá)到光電轉(zhuǎn)換的目的，利用高精度單片機(jī)STC12C5A60S2作數(shù)據(jù)處理和顯示，該單片機(jī)集成八通道A/D轉(zhuǎn)換器，精確度很高，可達(dá)到正負(fù)1%以?xún)?nèi)，顯示部分采用四位一體的七段碼共陰數(shù)碼管，使得硬件電路簡(jiǎn)單，從而達(dá)到經(jīng)濟(jì)、實(shí)惠且高精度的目的。2 光度學(xué)理論基礎(chǔ)2.1 定義及應(yīng)用光度學(xué)是1760年由朗伯建立的，且定義了光通量、發(fā)光強(qiáng)度、照

5、度、亮度等主要光學(xué)光度學(xué)參量，并用數(shù)學(xué)闡明了它們之間的關(guān)系和光度學(xué)幾個(gè)重要定律，如照度的疊加性定律、距離平方比定律、照度的余弦定律等，這些定律一直沒(méi)用至今，實(shí)踐已證明是正確的。 在可見(jiàn)光波段內(nèi)，考慮到人眼的主觀因素后的相應(yīng)計(jì)量學(xué)科稱(chēng)為光度學(xué)。光度學(xué)除了要定義一些物理量并確定相應(yīng)的測(cè)量單位外，還要研究測(cè)量?jī)x器的設(shè)計(jì)、制造和測(cè)量方法。對(duì)各種光源進(jìn)行光度的特性測(cè)量廣泛應(yīng)用于光學(xué)工業(yè)、照明工業(yè)、遙感遙測(cè)、色度學(xué)和大氣光學(xué)等領(lǐng)域。對(duì)各種光敏和熱敏探測(cè)器也需要運(yùn)用光度的測(cè)量技術(shù)來(lái)確定其靈敏度及響應(yīng)特性。2.2 光學(xué)量 光度學(xué)是研究光度測(cè)量的一門(mén)科學(xué)，光度量是光輻射能為平均人眼接受所引起的視覺(jué)刺激大小的度量

6、。光度量是具有標(biāo)準(zhǔn)人眼視覺(jué)特性的人眼所能接收到輻射能的度量。光度學(xué)通常引進(jìn)下述光學(xué)量來(lái)進(jìn)行描述：2.2.1 光通量在光度學(xué)中，光通量明確的被定義為能夠被人的視覺(jué)系統(tǒng)所感受到的那部分光輻射功率的大小的度量。 輻射通量以光譜光視函數(shù)V（）（即視見(jiàn)函數(shù)，見(jiàn)可見(jiàn)光）為權(quán)重因子的對(duì)應(yīng)量。設(shè)波長(zhǎng)為的光的輻射通量為e（）。對(duì)應(yīng)的光通量為 v（）=Km * V（）*e（） （2-1） 式中Km為比例系數(shù)，是波長(zhǎng)為555nm的光譜光視效能，也叫最大光譜光視效能，由e和v的單位決定。光通量的SI單位為流明，Km683lm/W。復(fù)色光的光通量需對(duì)所有波長(zhǎng)的光通量求和。這個(gè)量是對(duì)光源而言，是描述光源發(fā)光總量的大小的，

7、與光功率等價(jià)。光源的光通量越大，則發(fā)出的光線越多。對(duì)于各向同性的光（即光源的光線向四面八方以相同的密度發(fā)射），則 F = 4I。也就是說(shuō)，若光源的I為1cd，則總光通量為4 =12.56lm。與力學(xué)的單位比較，光通量相當(dāng)于壓力，而發(fā)光強(qiáng)度相當(dāng)于壓強(qiáng)。要想被照射點(diǎn)看起來(lái)更亮，我們不僅要提高光通量，而且要增大會(huì)聚的手段，實(shí)際上就是減少面積，這樣才能得到更大的強(qiáng)度。要知道，光通量也是人為量，對(duì)于其它動(dòng)物可能就不一樣的，更不是完全自然的東西，因?yàn)檫@種定義完全是根據(jù)人眼對(duì)光的響應(yīng)而來(lái)的。人眼對(duì)不同顏色的光的感覺(jué)是不同的，此感覺(jué)決定了光通量與光功率的換算關(guān)系。對(duì)于人眼最敏感的555nm的黃綠光，1W =

8、683 lm，也就是說(shuō)，1W的功率全部轉(zhuǎn)換成波長(zhǎng)為555nm的光，為683lm。這個(gè)是最大的光轉(zhuǎn)換效率，也是定標(biāo)值，因?yàn)槿搜蹖?duì)555nm的光最敏感。對(duì)于其它顏色的光，比如650nm的紅色，1W的光僅相當(dāng)于73流明，這是因?yàn)槿搜蹖?duì)紅光不敏感的原因。對(duì)于白色光，要看情況了，因?yàn)楹芏嗖煌墓庾V結(jié)構(gòu)的光都是白色的。例如LED的白光、電視上的白光以及日光就差別很大，光譜不同。圖2-1為人眼對(duì)不同顏色光的相對(duì)響應(yīng)曲線，主線為正常的明視覺(jué)，左邊的曲線是暗視覺(jué)曲線（比較暗的場(chǎng)合下）由圖2-1可知，人眼對(duì)不同顏色的光的感覺(jué)是不同的，此感覺(jué)決定了光通量與光功率的換算關(guān)系。對(duì)于人眼最敏感的555nm的黃綠光，1W

9、= 683 lm，也就是說(shuō)，1W的功率全部轉(zhuǎn)換成波長(zhǎng)為555nm的光，為683lm。至于電光源的發(fā)光效率，是另外一個(gè)相關(guān)的話(huà)題，是說(shuō)1W的電功率到底能轉(zhuǎn)化成多少光通量。如果全部轉(zhuǎn)換成555nm的光，那就是每瓦683lm。但如果有一半轉(zhuǎn)換成555nm的光，另一半變成熱量損失了，那效率就是每瓦341.5lm。白熾燈能達(dá)到1W=20 lm就很不錯(cuò)了，其余的都成為熱量或紅外線了。測(cè)量一個(gè)不規(guī)則發(fā)光體的光通量，要用到積分球，比較專(zhuān)業(yè)而復(fù)雜。積分球的基本工作原理如下圖2-2所示：光線由輸入孔入射后，光線在球內(nèi)部被均勻的反射及漫射，在球面上形成均勻的光強(qiáng)分布，因此輸出孔所得到的光線為非常均勻的漫射光束。而且

10、入射光之入射角度、空間分布、以及極性都不會(huì)對(duì)輸出的光束強(qiáng)度和均勻度造成影響。同時(shí)因?yàn)楣饩€經(jīng)過(guò)積分球內(nèi)部的均勻分布后才射出，因此積分球也可當(dāng)作一個(gè)光強(qiáng)衰減器，輸出強(qiáng)度與輸入強(qiáng)度比大約約為：光輸出孔面積/積分球內(nèi)部的表面積。 圖2-2 積分球工作原理常見(jiàn)發(fā)光的大致效率（lm/W）白熾燈，15白色LED，20日光燈，50太陽(yáng)，94鈉燈，1202.2.2 發(fā)光強(qiáng)度點(diǎn)光源在某方向上單位立體角內(nèi)的光通量，記作Iv，即 （2-2）發(fā)光強(qiáng)度的SI單位為坎德拉，是光度學(xué)中的基本單位，1979年第十六屆國(guó)際大會(huì)通過(guò)的坎德拉的定義為：坎德拉是發(fā)出頻率為5401012赫茲的單色輻射源在給定方向上的發(fā)光強(qiáng)度，該方向上的

11、輻射強(qiáng)度為1683瓦球面度。發(fā)光強(qiáng)度是針對(duì)點(diǎn)光源而言的，或者發(fā)光體的大小與照射距離相比比較小的場(chǎng)合。這個(gè)量是表明發(fā)光體在空間發(fā)射的會(huì)聚能力的?？梢哉f(shuō)，發(fā)光強(qiáng)度就是描述了光源到底有多“亮”，因?yàn)樗枪夤β逝c會(huì)聚能力的一個(gè)共同的描述。發(fā)光強(qiáng)度越大，光源看起來(lái)就越亮，同時(shí)在相同條件下被該光源照射后的物體也就越亮，因此，早些時(shí)候描述手電都用這個(gè)參數(shù)?，F(xiàn)在LED也用這個(gè)單位來(lái)描述，比如某LED是15000的，單位是mcd，1000mcd=1cd，因此15000mcd就是15cd。之所以LED用毫cd（mcd）而不直接用cd來(lái)表示，是因?yàn)橐郧白钤鏛ED比較暗，比如1984年標(biāo)準(zhǔn)5mm的LED其發(fā)光強(qiáng)度才0

12、.005cd，因此才用mcd表示，現(xiàn)在LED都很厲害了，但還是沿用原來(lái)的說(shuō)法。用發(fā)光強(qiáng)度來(lái)表示“亮度”的缺點(diǎn)是，如果管芯完全一樣的兩個(gè)LED，會(huì)聚程度好的發(fā)光強(qiáng)度就高。因此，購(gòu)買(mǎi)LED的時(shí)候不要一味追求高I值，還要看照射角度。很多高I值的LED并非提高自身的發(fā)射效率來(lái)達(dá)到，而是把鏡頭加長(zhǎng)照射角度變窄來(lái)實(shí)現(xiàn)的，這盡管對(duì)LED手電有用，但可觀察角度也受限。另外，同樣的管芯LED，直徑5mm的I值就比3mm的大一倍多，但只有直徑10mm的1/4，因?yàn)橥哥R越大會(huì)聚特性就越好。常見(jiàn)光源發(fā)光強(qiáng)度（cd）：太陽(yáng)，2.8E27高亮手電，100005mm超高亮LED，152.2.3 光亮度它表示單位面積上發(fā)光強(qiáng)

13、度。輻射亮度的光度學(xué)對(duì)應(yīng)量，其定義為： （2-3）式中dS為面光源上的面積元，為面元法線與觀察方向間的夾角，dIv是面元在觀察方向的發(fā)光強(qiáng)度。光亮度的SI單位為坎德拉。光亮度的其他常用單位有熙提和朗伯。光亮度一般隨觀察方向而變，若一輻射體的光亮度是與方向無(wú)關(guān)的常量，則其發(fā)光強(qiáng)度與cos成正比，此規(guī)律稱(chēng)為朗伯定律，這種輻射體稱(chēng)為朗伯輻射體或余弦輻射體。黑體是理想的余弦輻射體。亮度是針對(duì)光源而言，而且不是對(duì)點(diǎn)光源，是對(duì)面光源而言的。無(wú)論是主動(dòng)發(fā)光的還是被動(dòng)（反射）發(fā)光的。亮度是一塊比較小的面積看起來(lái)到底有多 “亮”的意思。這個(gè)多“亮”，與取多少面積無(wú)關(guān)，但為了均勻，我們把面積取得比較小，因此才會(huì)出

14、現(xiàn)“這一點(diǎn)的亮度”這樣的說(shuō)法。事實(shí)上，點(diǎn)光源是沒(méi)有亮度概念的。另外，發(fā)光面的亮度與距離無(wú)關(guān)，但與觀察者的方向有關(guān)。說(shuō)一個(gè)手電很“亮”，并不是說(shuō)該手電的亮度高（因?yàn)槭蛛娛菦](méi)有亮度概念的），而是說(shuō)其發(fā)光強(qiáng)度大，或者是說(shuō)被它照射的物體亮。說(shuō)一個(gè)星星（點(diǎn)光源）很亮，并非是說(shuō)其亮度高，而是說(shuō)其星等高而已。亮度不僅取決于光源的光通量，更取決于等價(jià)發(fā)光面積和發(fā)射的會(huì)聚程度。比如激光指示器，盡管其功率很小，但可會(huì)聚程度非常高，因此亮度非常高。常見(jiàn)發(fā)光體的亮度（尼特）：紅色激光指示器，20,000,000,000太陽(yáng)表面，2,000,000,000白熾燈燈絲，10,000,000陽(yáng)光下的白紙，30,000人眼能

15、習(xí)慣的亮度，3,000滿(mǎn)月表面，2,500人眼能比較好的分辨出顏色的亮度，1滿(mǎn)月下的白紙，0.07無(wú)月夜空，0.00012.2.4 光出射度從光源單位表面積發(fā)出的光通量，用Mv表示。漫反射面受光照后，其光出射度與光照度成正比，比例系數(shù)小于1，稱(chēng)漫反射系數(shù)。 （2-4）式中dA表示光源的微發(fā)光面積，dv表示光源的微光通量。光出射度是表征光源自身性質(zhì)的一個(gè)物理量。光源的光通量除以光源的面積就得到光源的光出射度值。光出射度用lm/表示，但與照度測(cè)試和lx不同，光出射度中的面積是指光源的面積，而不是被照射的面積。2.2.5 光照度 1lm的光通量均勻分布到1的表面上所產(chǎn)生的就是光照度，用Ev表示。光照

16、度是相對(duì)被照地點(diǎn)而言的，但又與被照物體無(wú)關(guān)。微面上的光照度Ev可以用下式表示 （2-5）式中dA表示光源的微發(fā)光面積，dv表示光源的微光通量,其單位是勒克斯（lx）。1lx=1lm/。常見(jiàn)照度（勒克斯）：陽(yáng)光直射（正午）下，110，000陰天室外，1000商場(chǎng)內(nèi)，500陰天有窗室內(nèi)，100普通房間燈光下，100滿(mǎn)月照射下，0.23 系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)的系統(tǒng)主要有五大部分組成，它們是光源部分、光電轉(zhuǎn)換部分、A/D轉(zhuǎn)換部分、數(shù)據(jù)處理部分以及顯示部分9。其電路結(jié)構(gòu)如圖3-1所示： 圖3-1 系統(tǒng)框圖光源部分，本設(shè)計(jì)采用功率為1W的LED燈作為光源以及測(cè)量其光功率，通過(guò)積分球測(cè)量其標(biāo)準(zhǔn)光功

17、率為90lm左右，本設(shè)計(jì)就是要測(cè)量其光功率，然后與標(biāo)準(zhǔn)值相比較。光電轉(zhuǎn)換部分，本設(shè)計(jì)采用光敏電阻做光電轉(zhuǎn)換，采用的型號(hào)為GL5539，光敏電阻在一定的光照下，其亮電阻與光照是線性關(guān)系的。A/D轉(zhuǎn)換部分和數(shù)據(jù)處理部分，本設(shè)計(jì)把A/D轉(zhuǎn)換部分和數(shù)據(jù)處理部分集合在一塊單片機(jī)上，型號(hào)為STC12C5A60S2，該單片機(jī)集成有八路高精度的A/D轉(zhuǎn)換器，使得硬件電路方便且簡(jiǎn)單。顯示部分，本設(shè)計(jì)采用74HC573和一塊四位一體的共陰數(shù)碼管作為顯示部分，用四位一體的共陰數(shù)碼管比用四塊一位共陰數(shù)碼管的成本要低以及硬件焊接簡(jiǎn)單的多，采用74HC573的目的是為了驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管以及鎖存數(shù)據(jù)10。3.2 硬件設(shè)計(jì)3.2.

18、1 LED光源部分 本設(shè)計(jì)的光源部分采用功率型LED，業(yè)內(nèi)把功率在0.5W以上的LED叫功率型LED，本設(shè)計(jì)采用功率為1W的LED，測(cè)量其光功率。（1）LED工作原理 發(fā)光二極管簡(jiǎn)稱(chēng)LED，采用砷化鎵、鎵鋁砷、和磷化鎵等材料制成，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)為一個(gè)PN結(jié)，具有單向?qū)щ娦浴．?dāng)在發(fā)光二極管PN結(jié)上加正向電壓時(shí)，PN結(jié)勢(shì)壘降低，載流子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)大于漂移運(yùn)動(dòng)，致使P區(qū)的空穴注入到N區(qū)，N區(qū)的電子注入到P區(qū)，這樣相互注入的空穴與電子相遇后會(huì)產(chǎn)生復(fù)合，復(fù)合時(shí)產(chǎn)生的能量大部分以光的形式出現(xiàn)，因此而發(fā)光10。（2）LED分類(lèi)發(fā)光二極管在制作時(shí)，使用的材料有所不同，那么就可以發(fā)出不同顏色的光。 發(fā)光二極管的發(fā)光顏

19、色有：紅色光、黃色光、綠色光、紅外光等。 發(fā)光二極管的外形有：圓形、長(zhǎng)方形、三角形、正方形、組合形、特殊形等。 常用的發(fā)光二極管應(yīng)用電路有四種，即直流驅(qū)動(dòng)電路、交流驅(qū)動(dòng)電路、脈沖驅(qū)動(dòng)電路、變色發(fā)光驅(qū)動(dòng)電路。（3）LED型號(hào) 國(guó)產(chǎn)發(fā)光二極管的型號(hào)表示有部標(biāo)型號(hào) (FG)、廠標(biāo)型號(hào)(BT)以及2EF型號(hào)等。下面對(duì)部標(biāo)型號(hào) (FG)的表示方法給以說(shuō)明:第一部分用字母FG表示發(fā)光二極管。 第二部分用數(shù)字表示發(fā)光二極管材料: 1表示磷化嫁 (GaP);2表示磷砷化鎵 (GaAsP);3表示砷鋁化鎵 (GaAlAs)。 第三部分用數(shù)字表示發(fā)光二極管的發(fā)光顏色:1表示紅色;2表示橙色;3表示黃色;4表示綠色

20、;5表示藍(lán)色;6表示變色。 第四部分用數(shù)字表示發(fā)光二極管的封裝形式:1表示無(wú)色透明;2表示無(wú)色散射;3表示有色透明;4表示有色散射透明。 第五部分用數(shù)字表示發(fā)光二極管的外形:0表示圓形;1表示方形;2表示符號(hào)形;3表示三角形;4表示長(zhǎng)方形;5表示組合形;6表示特殊形（4）LED應(yīng)用 使用LED作指示電路時(shí)，應(yīng)該串接限流電阻，該電阻的阻值大小應(yīng)根據(jù)不同的使用電壓和LED所需工作電流來(lái)選擇。發(fā)光二極管的壓降一般為1.52.0 V，其工作電流一般取1020 mA為宜，功率型LED的工作電流一般取30mA,LED一般都工作在恒流下，所以要保證其工作電流恒定。（5）LED連接實(shí)物圖 功率型LED的連接實(shí)

21、物圖，如圖3-2所示： 圖3-2 LED連接實(shí)物圖 該電路電源接5V，電阻采用總阻值為1K的滑動(dòng)變阻器將阻值調(diào)到100歐姆，那么通過(guò)LED的電流值I為 (3-1) 通過(guò)查標(biāo)準(zhǔn)值該電流對(duì)應(yīng)的光通量為90lm左右 3.2.2 光電轉(zhuǎn)換部分 本設(shè)計(jì)的光電轉(zhuǎn)換部分采用光敏電阻轉(zhuǎn)換，光敏電阻的是一種基于內(nèi)光電效應(yīng)的半導(dǎo)體元件，其獨(dú)特的光電導(dǎo)特性使其在各個(gè)控制領(lǐng)域有著極為廣泛的應(yīng)用。光敏電阻的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)以及光敏感性，使其具有很特殊的溫度與光特性。研究它在不同溫度條件下的參數(shù)特性變化能更好地利用其自身的特點(diǎn)，達(dá)到最有效的應(yīng)用6。（1） 光敏電阻工作原理 光敏電阻受光照時(shí)其電導(dǎo)率會(huì)發(fā)生變化，該現(xiàn)象稱(chēng)為內(nèi)光電效

22、應(yīng)。當(dāng)內(nèi)光電效應(yīng)發(fā)生時(shí)，光敏電阻吸收的能量使部分價(jià)帶中的電子躍遷至導(dǎo)帶，從而產(chǎn)生自由電子和自由空穴，使得其導(dǎo)電性增加，電阻值下降。光照停止后，自由電子和自由空穴逐漸復(fù)合，電阻值又迅速上升。無(wú)光照時(shí)，半導(dǎo)體樣品的( 暗) 電導(dǎo)率為 0=q(n0*n+p0*p) （3-2） 式中:q 為電子電量;n0 、p0 為平衡載流子的濃度; n 和 p 分別為電子和空穴的遷移率。設(shè)光注入的非平衡載流子濃度分別為 n 及 p，在光照條件下樣品的電導(dǎo)率變?yōu)?=q(n*n+p*p) （3-3）式中:n = n0 + n;p = p0 + p。附加光電導(dǎo)率( 或簡(jiǎn)稱(chēng)光電導(dǎo)) 可寫(xiě)為=q(n*n+p*p) （3-4）

23、 從上式可知，要制成 (相對(duì)) 光電導(dǎo)高的光敏電阻，應(yīng)使 n0 和 p0 數(shù)值較小。因此，光敏電阻一般是由高電阻材料制成或者在低溫下使用。 光敏電阻沒(méi)有極性，使用時(shí)在電阻兩端加直流或交流偏壓。光敏電阻不受光照射時(shí)的電阻稱(chēng)為暗電 阻，此時(shí)流過(guò)的電流稱(chēng)為暗電流。受光照射時(shí)的電阻 稱(chēng)為亮電阻，對(duì)應(yīng)的電流稱(chēng)為亮電流。亮電流與暗電 流之差稱(chēng)光電流。光電流越大，靈敏度越高。（2） 光敏電阻光照特性 光電流隨著照度的變化而改變的規(guī)律稱(chēng)為光照特性。不同類(lèi)型的光敏電阻的光照特性不同。由實(shí)驗(yàn)可知，光電流隨著照射強(qiáng)度一起增大或減小。當(dāng)入射光很強(qiáng)或很弱時(shí)，光敏電阻的光電流與光照之間會(huì)呈現(xiàn)非線性關(guān)系。其他照度區(qū)域近似呈

24、線性關(guān)系。不同類(lèi)型的光敏電阻的光照特性不同，但大多數(shù)光敏電阻的光照特性是非線性的。 其光照特性曲線如圖3-3所示。 圖3-3 光照特性曲線 由圖3-3所示，光敏電阻在光照低于100lx時(shí)沒(méi)有光電流，在100lx以上光照與光電流大致呈線性關(guān)系，所以在一定的光照下，光功率與光電流呈線性關(guān)系，本設(shè)計(jì)只需要測(cè)出光電流的大小就可以換算出光功率的大小。（3） 光敏電阻伏安特性在照度一定時(shí)，電壓增大，光電流也增大，靈敏度也隨之增大，而且沒(méi)有飽和現(xiàn)象。且光敏電阻兩端的電壓也不能無(wú)限制地提高。因?yàn)楣饷綦娮瓒加凶畲箢~定功率，超過(guò)最高工作電壓和最大額定電流，就可能導(dǎo)致光敏電阻的永久性損壞。 =p*p+n*n （3-

25、7） 式中:e為電荷電量;p 為空穴濃度的改變量;n 為電子濃度的改變量; p 為空穴的遷移率;n為電子的遷移率。 其伏安特性曲線如圖3-4所示 圖3-4 伏安特性曲線 由圖3-4可知，在照度一定時(shí)，電壓增大，光電流也增大，靈敏度也隨之增大，而且沒(méi)有飽和現(xiàn)象，且光敏電阻兩端的電壓也不能無(wú)限制地提高，亮電阻值保持一定。（4） 光敏電阻連接圖 光敏電阻的連接一般都是與一個(gè)電源和一個(gè)串聯(lián)電阻連接，其實(shí)物圖如3-5所示： 圖3-5 光敏電阻實(shí)物連接 該電路的電源為5V，串聯(lián)的滑動(dòng)變阻器的總值為2K，調(diào)節(jié)阻值為1K,光敏電阻光照以后的電阻值大約為2M左右，那么R3上的電流值I為 I=5/（R2+R3）

26、（3-8） =2.5uA 電壓值U為 U=I*R3 （3-9） =2.5mV 那么光敏電阻的光電流約為2.5uA，由圖3-3可得，所對(duì)應(yīng)的LED光照度為400lx左右，那么LED光功率大概為93lm左右，與標(biāo)準(zhǔn)值相差不大。3.2.3 A/D轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)處理部分（1） STC12C5A60S2簡(jiǎn)介 STC12C5A60S2單片機(jī)是高速/低功耗/超強(qiáng)抗干擾的新一代8051單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051，但速度快8-12倍。內(nèi)部集成MAX810專(zhuān)用復(fù)位電路，2路PWM，8路高速10位A/D轉(zhuǎn)換（250K/S）15。 其功能及應(yīng)用如下8： (a).增強(qiáng)型 8051 CPU，1T，單時(shí)鐘/機(jī)器周期，

27、指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051(b).工作電壓： STC12C5A60S2 系列工作電壓： 5.5V - 3.5V（5V單片機(jī)） STC12C5A60S2 系列工作電壓： 3.6V - 2.2V（3V單片機(jī)） (c).工作頻率范圍：035MHz,相當(dāng)與普通8051的0420MHz (d).用戶(hù)應(yīng)用程序空間8K/16K/20K/32K/40K/48K/52K/60K/62K字節(jié) (e).片上集成1280字節(jié)RAM (f).通用I/O口（36/40/44個(gè)），復(fù)位后為：準(zhǔn)雙向口/弱上拉（普通8051傳統(tǒng)I/O口）可設(shè)置四種模式：準(zhǔn)雙向口/弱上拉，強(qiáng)推挽/強(qiáng)上拉，每個(gè)I/O口驅(qū)動(dòng)能力均可達(dá)到20mA，

28、但整個(gè)芯片最大不要超過(guò)120mA (g). ISP（在系統(tǒng)可編程）/ IAP（在應(yīng)用可編程），無(wú)需專(zhuān)用編程器，無(wú)需專(zhuān)用仿真器，可通過(guò)串口（P3.0/P3.1）直接下載用戶(hù)程序 (h).有EEPROM功能(STC12C5A60S2/AD/PWM無(wú)內(nèi)部EEPROM) (i).看門(mén)狗(j).內(nèi)部集成MAX810專(zhuān)用復(fù)位電路（外部晶體12M以下時(shí)，復(fù)位腳可直接1K電阻到地）(k).外部掉電檢測(cè)電路：在P4.6口有一個(gè)低壓門(mén)檻比較器，5V單片機(jī)為1.33V，誤差為5%,3.3V 單片機(jī)為1.31V，誤差為3%(l).時(shí)鐘源：外部高精度晶體/時(shí)鐘，內(nèi)部R/C振蕩器(溫漂為5%到10% 以?xún)?nèi))常溫下內(nèi)部R/

29、C 振蕩器頻率為：5.0V 單片機(jī)為： 11MHz 17MHz 3.3V 單片機(jī)為： 8MHz 12MHz 精度要求不高時(shí)，可選擇使用內(nèi)部時(shí)鐘，但因?yàn)橛兄圃煺`差和溫漂，以實(shí)際測(cè)試為準(zhǔn)(m).共4個(gè)16位定時(shí)器 兩個(gè)與傳統(tǒng)8051兼容的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器,16位定時(shí)器T0和T1，沒(méi)有定時(shí)器2，但有獨(dú)立波特率發(fā)生器做串行通訊的波特率發(fā)生器，在加上2路PCA模塊可實(shí)現(xiàn)2個(gè)16位定時(shí)器(n). 3個(gè)時(shí)鐘輸出口，可由T0的溢出在P3.4/T0輸出時(shí)鐘，可由T1的溢出在P3.5/T1輸出時(shí)鐘,獨(dú) 立波特率發(fā)生器可以在P1.0口輸出時(shí)鐘(o).外部中斷I/O口7路,傳統(tǒng)的下降沿中斷或低電平觸發(fā)中斷,并新增支持上升沿中斷的PCA模塊(p).PWM（2路）/PCA（可編程計(jì)數(shù)器陣列，2路） - 也