利用仪表放大器实现双光源强度差检测电路设计

在工业和自动化控制应用中，常常需要对两个光源的相对亮度进行比较，以确保光照环境的一致性和稳定性。代理销售ADI旗下全系列IC电子元器件-中芯巨能介绍一种基于仪表放大器AD623与光敏电阻（LDR）组合的简易但高效的光源差异检测电路，适用于照明调节、太阳能跟踪及机器人导引等场景。如需AD623产品规格书、样片测试、采购、BOM配单等需求，请加客服微信：13310830171。

一、系统原理概述

本方案的核心思想是利用仪表放大器的差分输入特性，结合两个光敏电阻作为感光元件，测量并输出两个光源之间的相对强度差。当两个光源亮度相同时，输出为0V；若存在差异，则输出一个正或负的电压信号，指示哪一侧更亮，并反映其差值大小。

二、关键器件说明

AD623：一款低成本、宽电源范围（±2.5 V至±18 V）、轨到轨输出的仪表放大器，具备可编程增益功能（通过外部电阻设置），非常适合用于传感器信号调理。

LDR（光敏电阻）：无源感光元件，其阻值随光照强度变化而改变。典型型号如RadioShack 276-1657，在10 lux光照下约为10kΩ~20kΩ，黑暗中可达1MΩ以上。

三、电路结构与工作方式

图1所示电路采用AD623为核心，两个LDR分别接入IN+和IN-端，构成差动输入结构：

LDR1作为参考光源检测器，放置于标准光源环境中；

LDR2用于探测待测光源。

两路LDR的一端接相同的偏置电压VIN（例如1Vpp方波），另一端接地。当两光源强度一致时，LDR阻值相同，输入差压为零，输出为0V；当光源强度不同，输出电压极性将指示哪侧更亮，幅值反映差异程度。

四、输出解析与显示机制

输出电压公式：

$$V_{OUT}=G\cdot (V_{IN}\cdot \frac{R_{LDR2}-R_{LDR1}}{R_{LDR1}+R_{LDR2}})$$VOUT=G⋅(VIN⋅RLDR1+RLDR2RLDR2−RLDR1)

其中G为AD623的增益，可通过内部电路设定。

LED指示：正向输出点亮红色LED，表示LDR2侧光源更强；反向输出点亮黄色LED，表示LDR1侧更亮。两者均灭则表示亮度平衡。

示波器观测：如图2所示，输出电压波形的幅度直接反映光源差异，可用于进一步的数据采集与分析。

图2

五、应用场景扩展

该电路不仅可用于简单的房间照明一致性检测，还可拓展以下用途：

太阳能追踪系统：固定LDR1为基准，LDR2安装于旋转平台上，配合伺服电机实现光源方向跟踪；

设备效率测试：对比两个灯具的光输出，评估其发光效率；

搜救机器人导航：通过光源引导机器人朝亮处移动；

低功耗便携装置：使用两节AA电池供电，适合野外或远程部署。

六、校准与优化建议

为了提高测量精度：

在已知光照条件下校准LDR1的阻值，可用固定电阻替代，形成稳定参考；

若需更高动态范围，可在AD623后级加入ADC进行数字化处理；

使用屏蔽线缆连接LDR，避免电磁干扰影响结果。