光电技术课程设计课件
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光敏二极管结构简图、符号和等效电路图 图1-1 光敏二极管
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光敏二极管在电路中一般是处于反向工作状态（见 图），在没有光照射时，反向电阻很大，反向电流很小 （一般小于0.1微安），这个反向电流称为暗电流，当 光照射在PN结上，光子打在PN结附近，产生光生电子和 光生空穴对，称为光生载流子。光生载流子在PN结处的内 电场作用下做定向运动，形成光电流。光的照度越大， 光电流越大。
实验三 光敏二（三）极管光控开关设计
一、光敏二（三）极管的结构和原理 1、光敏二极管的结构和原理
光敏二极管的核心部分是一个PN结，因此属于单向导 电的非线性元件。光敏二极管管壳上的一个玻璃窗口 能接收外部的光照；光敏二极管PN结势垒区很薄，光 生载流子的产生主要在PN结两边的扩散区，光电流主 要来自扩散电流而不是漂移电流；为了获得尽可能大 的光电流，PN结面积比普通二极管要大的多，通常都 以扩散层作为受光面，因此，受光面上的电极做的很 小。为了提高光电转换能力，PN结的深度较普通二极 管浅。
当E1充电稳定后，Q3失去基极电流而截止，继电器 常开触点断开，发光二极管熄灭。调整E1的容值可改 变LED点亮时间，E1容值越大，延迟时间愈长。
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三、光敏电阻光控灯设计实验步骤
1、打开实验箱电源，调节照度计“调零”旋钮，至照 度计显示为“000.0”为止，关闭实验箱电源。
2、J7、J8分别连接实验箱上的光敏电阻结构件黄、蓝 插孔，同时将套筒红、黑插孔与照度计红、黑插孔相 连。
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实验二 光敏电阻可控振荡器电子鸟设计 一、实验参考原理图
9Байду номын сангаас
二、实验参考原理 手控电子鸟电路的振荡是通过控制555的复位端4实
现的，拨位开关K7拨向左端，4端接高电平，电路产生 振荡输出音频信号，扬声器发声，K7拨向右端，4端断 开，电路停止工作。
电路中555芯片与电阻R22、RL及电容C1组成无稳态 振荡器，振荡频率为f=1.43/[(R22+2RL)*C1]。光敏电 阻的电阻值随着光照强弱变化而变化，照在RL上的光 线越强，RL阻值越小，振荡频率f就越高。
如果在外部电路上 接上负载，负载上就 获得了电信号。因此 光敏二极管在不受光 照射时处于截止状态， 受光照射时处于导通 状态。
RL
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光敏二极管在一定负偏压下，当入射光的强度发生 变化时，通过光敏二极管的电流随之变化，在较小负 载电阻下，光电流和照度成线性关系。如图所示，这 就是光敏二极管的光照特性。
调节光源调节单元的“照度加”或“照度减”旋钮 ，以改变投射到RL上的光线强度，蜂鸣器就能模拟出 忽高忽低、非常逼真的多种“鸟鸣声”，且指示灯LED 亮。
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三、实验实验步骤 利用二次开发实验模块自行搭建电路，电路如图4-2
所示。参考电路原理图自行进行调试。 1、打开实验箱电源，调节照度计“调零”旋钮，至照 度计显示为“000.0”为止，关闭实验箱电源。 2、J7、J8分别连接实验箱上的光敏电阻结构件黄、蓝 插孔，同时将套筒红、黑插孔与照度计红、黑插孔相 连。 3、打开实验箱电源，按下开关K1和K6，K7拨向左端， 同时保证其余开关都弹起。 4、调节光照强度，听蜂鸣器声音变化，用示波器观察 蜂鸣器正端波形（或R23左端波形）。 5、将“电源调节”旋钮逆时针旋至不可调位置，关闭 实验箱电源。
光电技术课程设计
实验一 实验二 实验三 实验四 实验五 实验六
光敏电阻光控灯设计 光敏电阻可控振荡器电子鸟设计 光敏二（三）极管光控开关设计 光敏三极管光控语言电路设计 硅光电池光照度计设计 红外报警设计
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实验一 光敏电阻光控灯设计
一、实验原理 光敏电阻在黑暗的室温条件下，由于热激发产生的
载流子使它具有一定的电导，该电导称为暗电导，其 倒数为暗电阻，一般的暗电导值都很小（或暗电阻阻 值都很大）。当有光照射在光敏电阻上时，它的电导 将变大，这时的电导称为光电导。电导随光照量变化 越大的光敏电阻，其灵敏度就越高，这个特性就称为 光敏电阻的光电特性，也可定义为光电流与照度的关 系。
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下图表示光照PN结的伏安特性，有光照时，相对于无 光照曲线向下平移，光照越强，曲线愈往下平移，光电 流越大。图中第一象限为PN结加正偏压状态，此时PN结 暗电流ID远大于光生电流，作为探测器工作在这个区域 是没有意义的。 第三象限为PN结加反偏压状态，此时PN结暗电流 ID=ISO，数值很小，远小 于光生电流IS，光伏探 测器输出的总电流.
光敏电阻在弱辐射和强辐射作用下表现出不同的光 电特性（线性和非线性），实际上，它的光电特性可 用在“恒定电压”下流过光敏电阻的电流与作用到光 敏电阻上的光照度E的关系曲线来描述。不同材料的光 照特性是不同的，绝大多数光敏电阻光照特性是非线 性的。
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光敏电阻的本质是电阻，符合欧姆定律，因此它具 有与普通电阻相似的伏安特性。在一定的光照下，加 到光敏电阻两端的电压与流过光敏电阻的亮电流之间 的关系称为光敏电阻的伏安特性。
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四、实验注意事项 1、打开电源之前，将“电源调节”旋钮逆时针调至
底端。 2、实验操作中不要带电插拔导线，应该在熟悉原理
后，按照电路图连接，检查无误后，方可打开电源进 行实验。
3、若照度计、电流表或电压表显示为“1＿”时说 明超出量程，应改为合适的量程再测试。
4、严禁将任何电源对地短路。
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二、光敏电阻光控灯设计 实验参考原理如图。
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当外界光线突然变暗时，光敏电阻阻值增大，电容 E1正极电位升高，电源经R5、E1、R6和Q3的发射结对 E1进行充电。此充电电流使得Q3导通，使得继电器线 圈通电工作，常闭触点断开，常开触点闭合，实现对 外电路的控制，此时LED1发光二极管点亮发光。
3、连接模块上的J1插孔至J5插孔，J2插孔至J6插孔， 打开实验箱电源，按下开关K1和K4，同时保证其余开 关都弹起。
4、调节光源照度观察模块上LED1灯亮灭延时情况；（ 照度从最大值调到照度最小值）。
5、将“电源调节”旋钮逆时针旋至不可调位置，关闭 实验箱电源。
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四、要求： （1）利用二次开发实验模块自行搭建电路，电路如图 所示。 （2）参考电路原理图自行进行调试。
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光敏二极管结构简图、符号和等效电路图 图1-1 光敏二极管
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光敏二极管在电路中一般是处于反向工作状态（见 图），在没有光照射时，反向电阻很大，反向电流很小 （一般小于0.1微安），这个反向电流称为暗电流，当 光照射在PN结上，光子打在PN结附近，产生光生电子和 光生空穴对，称为光生载流子。光生载流子在PN结处的内 电场作用下做定向运动，形成光电流。光的照度越大， 光电流越大。
实验三 光敏二（三）极管光控开关设计
一、光敏二（三）极管的结构和原理 1、光敏二极管的结构和原理
光敏二极管的核心部分是一个PN结，因此属于单向导 电的非线性元件。光敏二极管管壳上的一个玻璃窗口 能接收外部的光照；光敏二极管PN结势垒区很薄，光 生载流子的产生主要在PN结两边的扩散区，光电流主 要来自扩散电流而不是漂移电流；为了获得尽可能大 的光电流，PN结面积比普通二极管要大的多，通常都 以扩散层作为受光面，因此，受光面上的电极做的很 小。为了提高光电转换能力，PN结的深度较普通二极 管浅。
当E1充电稳定后，Q3失去基极电流而截止，继电器 常开触点断开，发光二极管熄灭。调整E1的容值可改 变LED点亮时间，E1容值越大，延迟时间愈长。
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三、光敏电阻光控灯设计实验步骤
1、打开实验箱电源，调节照度计“调零”旋钮，至照 度计显示为“000.0”为止，关闭实验箱电源。
2、J7、J8分别连接实验箱上的光敏电阻结构件黄、蓝 插孔，同时将套筒红、黑插孔与照度计红、黑插孔相 连。
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实验二 光敏电阻可控振荡器电子鸟设计 一、实验参考原理图
9Байду номын сангаас
二、实验参考原理 手控电子鸟电路的振荡是通过控制555的复位端4实
现的，拨位开关K7拨向左端，4端接高电平，电路产生 振荡输出音频信号，扬声器发声，K7拨向右端，4端断 开，电路停止工作。
电路中555芯片与电阻R22、RL及电容C1组成无稳态 振荡器，振荡频率为f=1.43/[(R22+2RL)*C1]。光敏电 阻的电阻值随着光照强弱变化而变化，照在RL上的光 线越强，RL阻值越小，振荡频率f就越高。
如果在外部电路上 接上负载，负载上就 获得了电信号。因此 光敏二极管在不受光 照射时处于截止状态， 受光照射时处于导通 状态。
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光敏二极管在一定负偏压下，当入射光的强度发生 变化时，通过光敏二极管的电流随之变化，在较小负 载电阻下，光电流和照度成线性关系。如图所示，这 就是光敏二极管的光照特性。
调节光源调节单元的“照度加”或“照度减”旋钮 ，以改变投射到RL上的光线强度，蜂鸣器就能模拟出 忽高忽低、非常逼真的多种“鸟鸣声”，且指示灯LED 亮。
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三、实验实验步骤 利用二次开发实验模块自行搭建电路，电路如图4-2
所示。参考电路原理图自行进行调试。 1、打开实验箱电源，调节照度计“调零”旋钮，至照 度计显示为“000.0”为止，关闭实验箱电源。 2、J7、J8分别连接实验箱上的光敏电阻结构件黄、蓝 插孔，同时将套筒红、黑插孔与照度计红、黑插孔相 连。 3、打开实验箱电源，按下开关K1和K6，K7拨向左端， 同时保证其余开关都弹起。 4、调节光照强度，听蜂鸣器声音变化，用示波器观察 蜂鸣器正端波形（或R23左端波形）。 5、将“电源调节”旋钮逆时针旋至不可调位置，关闭 实验箱电源。
光电技术课程设计
实验一 实验二 实验三 实验四 实验五 实验六
光敏电阻光控灯设计 光敏电阻可控振荡器电子鸟设计 光敏二（三）极管光控开关设计 光敏三极管光控语言电路设计 硅光电池光照度计设计 红外报警设计
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实验一 光敏电阻光控灯设计
一、实验原理 光敏电阻在黑暗的室温条件下，由于热激发产生的
载流子使它具有一定的电导，该电导称为暗电导，其 倒数为暗电阻，一般的暗电导值都很小（或暗电阻阻 值都很大）。当有光照射在光敏电阻上时，它的电导 将变大，这时的电导称为光电导。电导随光照量变化 越大的光敏电阻，其灵敏度就越高，这个特性就称为 光敏电阻的光电特性，也可定义为光电流与照度的关 系。
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下图表示光照PN结的伏安特性，有光照时，相对于无 光照曲线向下平移，光照越强，曲线愈往下平移，光电 流越大。图中第一象限为PN结加正偏压状态，此时PN结 暗电流ID远大于光生电流，作为探测器工作在这个区域 是没有意义的。 第三象限为PN结加反偏压状态，此时PN结暗电流 ID=ISO，数值很小，远小 于光生电流IS，光伏探 测器输出的总电流.
光敏电阻在弱辐射和强辐射作用下表现出不同的光 电特性（线性和非线性），实际上，它的光电特性可 用在“恒定电压”下流过光敏电阻的电流与作用到光 敏电阻上的光照度E的关系曲线来描述。不同材料的光 照特性是不同的，绝大多数光敏电阻光照特性是非线 性的。
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光敏电阻的本质是电阻，符合欧姆定律，因此它具 有与普通电阻相似的伏安特性。在一定的光照下，加 到光敏电阻两端的电压与流过光敏电阻的亮电流之间 的关系称为光敏电阻的伏安特性。
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四、实验注意事项 1、打开电源之前，将“电源调节”旋钮逆时针调至
底端。 2、实验操作中不要带电插拔导线，应该在熟悉原理
后，按照电路图连接，检查无误后，方可打开电源进 行实验。
3、若照度计、电流表或电压表显示为“1＿”时说 明超出量程，应改为合适的量程再测试。
4、严禁将任何电源对地短路。
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二、光敏电阻光控灯设计 实验参考原理如图。
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当外界光线突然变暗时，光敏电阻阻值增大，电容 E1正极电位升高，电源经R5、E1、R6和Q3的发射结对 E1进行充电。此充电电流使得Q3导通，使得继电器线 圈通电工作，常闭触点断开，常开触点闭合，实现对 外电路的控制，此时LED1发光二极管点亮发光。
3、连接模块上的J1插孔至J5插孔，J2插孔至J6插孔， 打开实验箱电源，按下开关K1和K4，同时保证其余开 关都弹起。
4、调节光源照度观察模块上LED1灯亮灭延时情况；（ 照度从最大值调到照度最小值）。
5、将“电源调节”旋钮逆时针旋至不可调位置，关闭 实验箱电源。
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四、要求： （1）利用二次开发实验模块自行搭建电路，电路如图 所示。 （2）参考电路原理图自行进行调试。