图2.2  系统总体设计框图

3  光敏探测器设计与实现

光敏探测部分的功能是采集信号源发射的信号，并对信号作初步的处理，将其转换成后续模块可以识别的信号，并将此信号传递给后续模块。在光敏探测部分我们将使用光敏二极管作为光电信号转换工具，使用电压比较器对电信号作初步处理，使用稳压器提供整个系统的电源。以下将对所需的主要器件及其功能作出详细说明。论文网

3．1  光敏二极管和光敏三极管

3.1.1  光敏特性原理

光敏二极管也叫光电二极管。光敏特性就宏观而言就是随着照度的增加，光敏二极管的反向电阻减小的这样一个特性。如图3.1所示。

图3.1  光敏特性示意图

从组成上说其内部是一个的PN结，并且这个PN节具有光敏特性，在正常工作时所加电压通常是反向的。由于反向电压产生的反向电场使载流子在电场中移动，所以形成了电流。而且当施加不同的照度时，形成的电流也不尽不同。常见的有2CU、2DU等系列。

3.1.2  光敏二极管与光敏电阻

光敏二极管和光敏电阻相比有很多优点。

在光谱响应宽度方面光敏二极管的光谱响应宽度更宽。在反应时间方面，光敏二极管的反应时间比光敏电阻要短很多（通常是三个数量级），究其原因还是两者在结构上的不同。如果是经过特殊处理过的光敏二极管，如PIN结光电二极管和雪崩式光电二极管，其反映时间更短，应用于各种照度测量当中。在伏安特性方面，当光敏二极管所加电压到达一定值后，再加强电压它的电流也不会再增强。而光敏电阻就没有这种特性，所以光敏电阻无法保证精确度。

3.1.3  光敏二极管与光敏三极管

除了光敏三极管有一个感光的平面外（实质上是一个PN结，对光线比较敏感），光敏三极管在其他方面和普通三极管的结构没有什么差别。一般受光结用集电极充当，因此，光敏三极管相当于在普通三极管上接了个光敏二极管。

光敏三极管的特性可以认为是光敏二极管的输出特性再加上三极管的放大特性。光敏二极管不外加电源，光敏三极管必须外加电源工作。由于三极管的放大功能,所以可以拥有更高的输出。

3.1.4  常用光敏二极管驱动电路

由于流经光敏二极管的电流一方面不足以驱动后续模块的运行，另一方面其电流值也不够稳定，所以就需要设计驱动电路来增加电流值并且使其稳定。常见的光敏二极管驱动电路主要有直接连接式、晶体管组合式和运放组合式。文献综述

对于直连式，主要优点是可以做到提高反应速度几倍以上。接较大的负载电阻输出电压比接较小负载电阻的大，但响应特性不理想。但是即使是不理想，他们的反应速度都比没有偏置的电路要好，但是有个缺点是暗电流比较大。因为电路很简单，所以直连式在设计当中性价比最高。

如果选择光敏二极管与晶体管组合连接，可以分为集电极输出形式，和发射极输出形式。如果入射的光线为脉冲式的可以选择前者，输出的信号不会过低。另一方面发射极输出的信号一般就不是那么大了。

图3.2  运放组合式

图3.2是光敏二极管VD与运放A组合应用实例。3.2(a)为无偏置方式， 3.2(b)图为反向偏置方式。反向偏置方式的反应特性比不上反向偏置的电路要好，同时还可用反馈电位器改变输出的大小，反应速度快，输入输出信号相位相同。

本设计正是基于电压比较器来接收并处理光敏二极管输出的电信号，输出供单片机识别的控制信号的。