本文主要是以光电池特性的实验为基本理论，通过光强度控制电路、光强度测量电路和光强度报警系统的设计和装配，对光测控仪作进一步的探索和实践，实践证明本光强度自动控制报警系统克服了以上弊端，具有较强的实用性。

1 光电池的工作原理及其特性

1.1 光电池的工作原理

在一块n形硅片表面，用扩散的方法掺入一些p型杂质，形成pn结，光这就是一块硅光电池。当照射在pn上时，如光子能量hv大于硅的禁带宽度e时，则价带中的电子跃迁到导带，产生电子空穴对。因为pn结阻挡层的电场方向指向p区，所以，任阻挡层电场的作用下，被光激发的电子移向n区外侧，被光激发的空穴移向p区外侧，从而在硅光电池与pn结平行的两外表而形成电势差，p区带正电，为光电池的正极，n区带负电，为光电池的负极。照在pn结上的光强增加，就有更多的空穴流向p区，更多的电子流向n区，从而硅光电池两外侧的电势差增加。如上所述，在光的作用下，产生一定方向一定大小的电动势的现象，叫作光生伏特效应。

1.2 硅光电池特性

1.2.1 光照特性

不同强度的光照射在光电池上，光电池有不同的短路电流isc和开路电在voc，如图1所示。由图1可知短路电流isc—光强ev特性是一条直线，即短路电流在很宽的光强范围内，与光强成线性关系，而开路电压是非线性的，而且，在当光强较小，约20mw／cm2时，短路电压就趋于饱和。因此，要想用光电池来测量或控制光的强弱，应当用光电池的短路电流特性。

1.2.2 硅光电池的光谱特性：

图2是硅光电池、硒光电池的光谱特性曲线。显而易见，不同的光电池，光谱曲线峰值的位置不同，例如硅光电池峰值波长在0.8μm左右，硒光电池在0.54μm左右。硅光电池的光谱范围宽，在0.45～1.1μm之间，硒光电池的光谱范围在0.34～0.75μm之间，只对可见光敏感。

值得注意的是，光电池的光谱曲线形状，复盖范围，不仅与光电池的材料有关，还与制造工艺有关，而且还随着环境温度的变化而变化。

1.2.3 光电池的温度特性

光电池的温度特性如图3所示。由图可知，开路电压随温度的升高而快速下降，短流电流随温度升高而缓缓增加。所以，用光电池作传感器制作的测量仪器，即使采用isc—ev特性，在被测参量恒定不变时，仪器的读数也会随环境温度的变化而漂移，所以，仪器必须采用相应的温度补偿措施。

2 光强度自动报警控制系统的设计

2.1 设计思想

通过上面对光电池的各项特性的研究，我们发现，硅光电池的频谱响应范围宽，并且其短路电流与光照强度成线性关系，应用isc与ev的线性关系设计的光强测控仪线路简单，容易实现。且由于线性关系，进行光强测量会减小误差。所以本仪器的光电转换器件是光电池。

一个完整的光强测控仪应包括的电路有稳压电源，电流电压转换电路，光强度控制电路，数码显示电路，报警电路等几部分。下面分别进行原理设计。

2.2 电流电压转换电路及光强度控制电路

电流电压转换电路是一个简单的电路，图4是原理图，其原理在此不再赘述。光强度控制电路以光电池的短路电流特性曲线为依据。当环境光照强度减弱到一定程度时，即光电池短路电流减小到一定程度，光强度控制电路接通环境内照明灯；而当环境光强超过某一值时，光强度控制电路自动熄灭照明灯。光强度控制电路的主要功能是实现区间控制，特性与施密特触发器一致，所以施密特触发器时光强度控制电路的主体。

我们使用电流转换电压电路，将光电池短路电流放大并转换成电压信号。电流区间控制就转换为相应的电压区间控制，然后输入到我们使用的施密特触发器中。我们设计比较了多种施密特触发器，最终使用的施密特触发器电路组成如图5所示，其电压区间控制原理如下：在环境光强度很弱的情况下，vin较低。由于r1和r2的分压，b点有一个电位值vb。此时vin<vb，所以集成运放输出为高电平，即c点的电位vc为高电平。而vc为高电平使vb的电位进一步上升，又进一步确保vc为高电平。此时