光敏電阻器是利用半導(dǎo)體的光電效應(yīng)制成的一種電阻值隨入射光的強(qiáng)弱而改變的電阻器；入射光強(qiáng)，電阻減小，入射光弱，電阻增大。光敏電阻器一般用于光的測(cè)量、光的控制和光電轉(zhuǎn)換（將光的變化轉(zhuǎn)換為電的變化）。設(shè)計(jì)光控電路時(shí)，都用白熾燈泡（小電珠）光線或自然光線作控制光源，使設(shè)計(jì)大為簡(jiǎn)化。

圖1顯示了光耦合器的各個(gè)部件以及組裝后的器件。光耦合器由一個(gè)圓柱形容器和另一端的一個(gè)光敏電阻組成。一個(gè)不透明的絕緣密封圈防止外部光線進(jìn)入器件。容器的拋光金屬內(nèi)壁使得LED和光敏電阻之間的光損耗最小。

圖1：帶有HB LED和光敏電阻的金屬管構(gòu)成了光耦合器（左）

圖2顯示了使用LDR 07型光敏電阻的光耦合器的傳遞函數(shù)。該器件的輸出電阻可在100Ω至10MΩ范圍內(nèi)變化，LED驅(qū)動(dòng)電流范圍是34mA~0.1μA.即便對(duì)于大振幅信號(hào)，光敏電阻的線性VA特征也使它可以作為控制元件，甚至在需要較大信號(hào)電壓的情形中也可如此。圖2還表明：你可以獲得至少5個(gè)十倍程的線性輸出電阻變化，并且最大LED驅(qū)動(dòng)電流處于普通單片運(yùn)算放大器的允許輸出電流的限度內(nèi)。

圖2：光耦合器在反饋回路中的對(duì)數(shù)響應(yīng)產(chǎn)生了線性放大器響應(yīng)

這類放大器能控制相同范圍內(nèi)的系統(tǒng)的總放大率，并且沒有額外的電流放大。由于光敏電阻的線性，因此得到的被處理信號(hào)的非線性失真程度幾乎完全是由于運(yùn)算放大器的非線性導(dǎo)致的。在正常工作范圍內(nèi)，系統(tǒng)的總線性會(huì)隨輸入信號(hào)振幅的增加而提高，這是因?yàn)樨?fù)反饋數(shù)量會(huì)隨信號(hào)振幅的增加而增加。

圖3顯示了放大系統(tǒng)。基本的信號(hào)處理器件是反相運(yùn)算放大器A1.它的反相連接使你能把從輸入到輸出的總放大率絕對(duì)值設(shè)為小于1的值，甚至能正確處理大于穩(wěn)壓輸出值的輸入信號(hào)振幅。光耦合器IC1是系統(tǒng)的核心部件，它的輸出端光敏電阻作為A1的負(fù)反饋網(wǎng)絡(luò)的可變零件。在無(wú)信號(hào)狀況下，LED不照亮光敏電阻。因此它的電阻升至高值，這可導(dǎo)致DC擊穿和A1的靜態(tài)工作點(diǎn)的丟失。由于信號(hào)路徑是AC耦合的，可防止DC誤差值變得更大，因此這類狀況原則上無(wú)害。但是，當(dāng)輸入端突然出現(xiàn)非零信號(hào)時(shí)，A1的開環(huán)放大倍數(shù)會(huì)把它放大，導(dǎo)致LED電流迅速上升。該作用幾乎將逐步使光耦合器的輸出電阻下降到一個(gè)足以恢復(fù)A1的DC工作點(diǎn)的值。AC耦合把該瞬態(tài)傳遞到輸出端，并且它可能會(huì)在自適應(yīng)放大器之后的信號(hào)處理電路中導(dǎo)致一些問(wèn)題。為防止該效應(yīng)，應(yīng)該把反饋電阻的最大值限制在一個(gè)合理值。

圖3:自適應(yīng)放大系統(tǒng)在反饋回路中設(shè)有光耦合器

緩沖器A2把經(jīng)過(guò)整流二極管的非線性負(fù)載和輸出信號(hào)隔離開，由此防止來(lái)自整流二極管的非線性負(fù)載使輸出信號(hào)失真。二極管D3和D4補(bǔ)償整流二極管D1和D2的閾值電壓，其中包括它的溫度系數(shù)。如果不需要把穩(wěn)壓輸出電壓振幅設(shè)為一個(gè)比R4中的偏置電流所設(shè)的閾值更小的值，那么可以用短路代替D3 和D4,并省略R7.另外可以在A2中設(shè)置大于1的電壓放大率，來(lái)獲得一個(gè)比R4中的偏置電流所設(shè)閾值更小的穩(wěn)壓輸出振幅。只需插入一個(gè)與D3/D4對(duì)串聯(lián)的額外電阻即可。

整流器使用肖特基二極管，它們的閾值電壓低于常規(guī)PN二極管。它們還具有很短的恢復(fù)時(shí)間，由此在很高的信號(hào)頻率保持相同的整流效率。整流器可作為全波電壓倍增器，甚至可為具有非對(duì)稱波形的信號(hào)提供峰到峰整流。整流器是一個(gè)整流裝置，簡(jiǎn)單的說(shuō)就是將交流（AC）轉(zhuǎn)化為直流（DC）的裝置。它有兩個(gè)主要功能：第一，將交流電（AC）變成直流電（DC），經(jīng)濾波后供給負(fù)載，或者供給逆變器；第二，給蓄電池提供充電電壓。因此，它同時(shí)又起到一個(gè)充電器的作用。

該LED電流控制電路有一個(gè)重要的優(yōu)點(diǎn)：它允許幾乎獨(dú)立地調(diào)整上沖和釋放時(shí)間。設(shè)計(jì)者可以通過(guò)可變電阻P1調(diào)整上沖時(shí)間，必要時(shí)使用更高值，此外還可以用P2調(diào)整釋放時(shí)間。使用的光敏電阻具有相當(dāng)好的響應(yīng)速度，并且對(duì)于多數(shù)實(shí)際要求而言，照明逐步變化時(shí)引入的延遲可以接受。

圖4 顯示了自適應(yīng)放大系統(tǒng)的總響應(yīng)。對(duì)于低于70 μV 有效值直到高于1.2V 有效值的輸入信號(hào)電壓，即超過(guò)85 dB的范圍內(nèi)，輸出信號(hào)恒定在350 mV 有效值 ±1 dB.無(wú)信號(hào)輸出噪聲小于6 mV 有效值，因此在最壞情形中開始穩(wěn)壓時(shí)，得到的SNR（即被處理信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍）優(yōu)于20 dB,并且隨著輸入信號(hào)電平的增加，它會(huì)成比例地改善。

圖4:放大系統(tǒng)在 0.1 mV至1 V 有效值輸入范圍內(nèi)具有恒定輸出

1 kHz時(shí)的輸出信號(hào)諧波分析帶來(lái)了更高的諧波，對(duì)于所有接近200 μV 有效值的輸入電壓，振幅小于A1的噪聲電平，對(duì)于接近1.5V 有效值的輸入電壓，則低于275 dB.非線性失真只是在較大的輸入振幅超出系統(tǒng)的穩(wěn)壓范圍時(shí)才變得明顯，在2.5V 有效值輸入電壓時(shí)，使第二諧波增至-45 dB,第三諧波增至-40 dB.

在AGC的量程限度內(nèi)，總傳遞線性會(huì)隨輸入信號(hào)振幅的增加而提高，這是因?yàn)樗屯鵄1的負(fù)反饋的程度會(huì)隨輸入信號(hào)振幅一起增加。在P1值為10 kΩ，P2為1 MΩ，并且輸入信號(hào)在100 μV至50 mV 有效值之間逐步變化時(shí)，上沖和釋放時(shí)間分別約為0.2秒和2秒。從1 kHz（輸入過(guò)驅(qū)超過(guò)10V 有效值）到完全的無(wú)信號(hào)靈敏度的恢復(fù)時(shí)間短于2分鐘。通過(guò)改變C4、C5、P1和P2的值，可以在很寬的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)所有這些時(shí)間間隔，P1設(shè)置上沖時(shí)間，P2設(shè)置釋放時(shí)間。所以從原理來(lái)看，A1自身就決定了系統(tǒng)的總線性。