Патент ссср 418739
ОП ИСАН ИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
Союз Советских
Социалистических
Республик
Зависимое от авт. свидетельства №
Заявлено 22.03.72 (№ 1759267/26-25) с присоединением заявки №
Приоритет
Опубликовано 0503.74. Бюллетень ¹ 9
Дата опубликования описания 20.08.74
:!1. Кл. 6 0Ij 1, 00
Государствеииый комитет
Совета Мииистров СССР по делам изооретеиий и открытий
УДК 535.241.6(088,8) Авторы изобретения
Д. П. Панов, Л. Д. Будрин и В. В. Камышан
Заявитель!
1-! i, ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ЭКСПОНОМЕТР С
ЛОГАРИФМ И Ч ЕСКИМ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛ ЕМ
Изобретение может быть использовано в фотоэкспонометрах или других устройствах, предназначенных для измерения освещенности различных объектов. Применение изобретения наиболее эффективно в тех случаях, когда диапазон измеряемых уровней освещенности о с о бе н но вели к.
Известны экспонометры различных типов, отличающиеся один от другого по принципу действия и конструкции. Общим для них является то, что у существующих фотоприемников (вентильных элементов, фоторезисторов) зависимость тока и сопротивления от освещенности приблизительно линейна, поэтому выходной сигнал фотоприемника изменяется в тысячи и десятки тысяч раз при изменении освещенности в 10 — 10 раз. Отсчет экспонометра должен быть пропорционален логарифму освещенности, следовательно, между фотоприемником и отсчетным устройством экспонометра необходимо устанавливать логарифмирующий преобразователь.
Известны экспонометры, содержащие в качестве логарифмирующего преобразователя диод, включенный последовательно с фоторезистором и батареей. Однако такой способ включения диода не обеспечивает точного измерения в широком интервале освещенности, так как при изменении напряжения на диоде изменяется напряжение на фоторезисторе.
Это создает дополнительную погрешность прп измерении больших яркостей, поскольку чувствительность (наклон люкс-омической характеристики) фоторсзнсторов прп увслпчсппн
5 освещенности уменьшается и спи>кается напряжение на пем за счет роста напряжен!и! па диоде.
В предложенном экспопомстрс указанный недостаток устра нсн без существенного ус10 ложнсния схемы и конструкции экспонометра.
Принцип действия экспонометра заключастся в последовательном преобразовании: освещенность — ток — напряжение, пропорциональное логарифму тока.
15 Схема экспонометра приведена на чертеже:
1 — фоторезистор, 2 — транзистор, 3 — кремниевый диод, 4 — источник питания, 5 — добавочный резистор, б — шунтирующий резистор.
Предположим, что л!окс-омическая x2pBI Tc20 ристика фоторсзистора 1 лннейна в логарпфмическом масштабе во всем диапазоне осВсщенностсй, и пренебрежем влиянием добавочного и шунтпрующсго резисторов.
Тогда можно написать следующие соотпо25 шения:
1gPф — Л вЂ”; 1gE;
1gi,. —;; 1gЕ+1g((U, — U,; ) ) — Л. (1) Здесь (,,;, — падение напряжения на псрехо30 дс база — эмиттер транзистора 2
418739
55 а — коэффициент усиления транзистора 2 в схеме с общей базой;
,< — ток коллектора транзистора 2;
Uo — напряжение на базе транзистора 2; у — крутизна наклона люкс-омической характери стики фоторези,стора 1;
Л вЂ” постоянная, определяемая солроти влением фото резистора 1 при некоторой фиксированной освещенности.
Таким образом, чтобы величина тока i проч екающего через диод, была,пропорциональна освещенности в логарифмическом масштабе, необходимо, чтобы величина 1g((Uq— (4 p)a) оставалась постоянной при изменении тока через транзистор 2.
Изменение этой величины обусловлено зависимостью U„o и а от тока транзистора 2и будет тем меньше, чвм больше Uo по сравнению с UÄ q и чем больше коэффициент усиления,по току транзистора 2 в схеме с общим эмиттером. П ри этом, как видно из формулы, прои сходит частичная компенса ция изменения
U> o и а, поскольку у большинства транзисторов с увеличением тока возрастает как падение напряжения на переходе база — эмиттер, так и коэффициент усиления по току.
В приведенных соотношениях не было учтено влияние на точность преобразования величины обратного тока коллектора. Наличие этого тока снижает точность и ограничивает диапазон преобразования в сторону малых токов коллектора, т. е. в сторону уменьшения освещенности. Дополнительные погрешности могут возникнуть из-за зависимости
i„0ò величины напряжения питания (при постоянном токе базы). Поэтому для нормальной работы описанного устройства транзистор 2 должен иметь большой коэффициент усиления iso току, малый обратный ток коллектора и большое выходное сопроти вление. Эти требования удовлетворяются при использовании кремниевых транзисторов.
Таким образом, через диод 3 протекает ток, логарифм которого пропорционален .ло гарифму освещенности фоторезистора 1. Для получения напряжения, пропорционального логари фму тока, используется характеристика кремниевого диода, кото рая может быть предста влена в,виде: д = К1g + Uîä (2) причем величины U„„ К и диапазон изменения тока,,в котором .сохраняется приведенная зависимость, у разных типов диодов различны, однако зависимость сохраняется у большинства из них в широком диапазоне изменения тока.
Учитывая выражения (1) и (2), можно записать напряжение на диоде 3 в функции ос вещенности и параметров фоторезистора 1, т ра зисто ра 2 и самого диода 3:
U, = К-(1g Еф + К (1g ((U, — U, q) j — А) +U„. (3) Реальные фоторезисто ры имеют нелинейные характеристики, причем крутизна у в области больших освещенностей падает, а в области малых освещенностей растет.
При такой характеристике фоторезистора зависимость тока транзистора от освещенности также нелинейна и, следовательно, выражение (3) будет вьпполпяться приближенно, с большими ошибками ia области малых и болыпих освещенностей.
Коррекция е достигается введением IB схему дополнительных резисторов 5 и 6. Резистором 6, шунтирующим фоторезистор 1, создается добавочный ток, доля которого m суммарном токе возрастает с уменьшением последнего (т. е.,с уменьшением освещенности) . В результате увеличивается выходное напряжение схемы в области, малых токов и компенсируется увеличение крутизны люкс-омической хаp3KTBpHcTHIKH фоторезисто ра 1 в области малых освещенностей. Резистором 5 создается небольшое добавочное напряжение, пропорциональное току, которое компенсирует уменьшение крутизны люксомической характеристики в области больших освещенностей.
Предмет изобретения
Фотоэлектрический экспонометр Ic лога рифмичвским преобразователем, содержащий источник питания, фоторезистор и, по крайней мере, один логарифмирующий диод, о т л ич а ю щ и й,с я тем, что, с целью повышения точности и расширения диапазона измеряемой освещенности, лога рифмирующий диод включен в:коллекторную цвпь, а фоторезистор — в эмиттерную цвпь транзистора, база которого подключена к источнику постоянного напряжения.
Редактор Т. Орловская
Составитель В. Зверев
Техред Т. Курилко
Корректор Л. Чуркина
Заказ 1771/12 Изд. № 551 Тираж 760 Подписное
ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий
Москва, 5l(-35, Раушская наб., д. 4/5
Типография, пр. Сапунова, 2
