光电技术实验

光电技术实验实验报告

目录

一、光源与光辐射度参数的测量（必做） (3)

二、PWM调光控实验 (5)

三、LED色温控制实验 (8)

四、光敏电阻伏安特性实验 (11)

五、线阵CCD驱动电路及特性测试（必做） (13)

六、相关器的研究及其主要参数的测量（必做） (15)

七、多点信号平均器（必做） (19)

八、考试内容 (23)

实验一 光源与光度辐射度参数的测量

一、实验目的

1.熟悉进行光电实验过程中所用数字仪表使用方法

2.了解LED 发光二极管

3.研究影响LED 光照度的参数

二、实验仪器

光电综合实验平台主机系统 1 台、发白光的 LED 平行光源（远心照明光源）及其夹持装置各 1 个

三、实验原理

(1)LED 发光原理：LED 发光二极管为 PN 结在正向偏置下发光的特性。有些材料构成的 PN 结在正向电场的作用下，电子与空穴在扩散过程中要产生复合。复合过程中电子从高能级的“导带”跌落至低能级的“价带”， 电子在跌落过程中若以辐射的形式释放出多余的能量，则将产生发光或发辐射的现象。并且，可以通过控制电流来控制（或调整）发光二极管的亮度，即可以通过改变发光管的电流改变投射到探测器表面上的照度，这就是 LED 光源具有的易调整性。

(2)光度参数与辐射度参数：光源发出的光或物体反射光的能量计算通常是用“通量”、“强度”、“出射度”和“亮度”等参数，而对于探测器而言，常用“照度”参数。辐照度或光照度均为单位探测器表面所接收的辐射通量或光通量。即

)/(2m W S

e

Ee φ=

或 )(lx S

v

Ev φ=

式中S 为探测器面积。

(3)点光源照度与发光强度的关系：各向同性的点光源发出的光所产生的照度与发光强度 I v 成正比，与方向角的余弦（COS φ）成正比，与距离光源的距离平方(l^2)成反比，即

)(cos 2

lx l

Iv Ev φ

=

四、实验内容

(1)安装LED 发光装置与照度探测器装置，并在电路中接入电流表、限流电阻和可调电阻测量发光LED 的电流。

(2)测量发光管未点亮时的暗背景照度。

(3)测量同一距离、同一LED 的照度值随电流变化的情况。记录实验数据。 (4)调节LED 与照度探测器间的距离，重复步骤(3)。记录实验数据。 (5)更换不同的LED ，重复步骤(3)和(4)。

(6)测量遮罩时红光LED 的照度值和与探测器间距的关系，实验步骤类似，注意保持LED 电流不变。记录实验数据。 (7)关机结束实验。

五、数据处理

(1)测量不同距离、不同LED 光照度参数的测量 背景光强：Evb=7.35×10 Lx

白光蓝光

红光E-l

(2)测量蓝光LED在盖上遮罩时照度与距离的关系

六、分析

(1)不同色光中，在同等条件下，白光LED的照度值最大，这是由于白光中包含最多频率的光，其余色光的LED，波长越短，照度越强。

(2)同一色光LED，在距离不变的情况下，流过LED的电流越大，照度值越强。

(3)同一色光LED，在电流不变的情况下，距离探测器越远，照度值越弱。

实验二 PWM调光控制实验

引言

随着LED背光的节能、环保、高性能等优势的凸显，LCD屏的背光逐渐从CCFL向LED 切换，目前公司的液晶屏也逐渐从CCFL背光得型号向LED背光的型号切换。两种背光的模式最大的不同在于驱动方式，CCFL背光的屏的背光驱动需要逆变器提供高压，而LED背光的驱动方式相对简单，只需要恒定的低压直流电源即可。但是无论是逆变器也好，还是LED 背光驱动电路也好，都会用到一种PWM调光技术，对背光的亮度大小进行调节。这里学习一下关于LED的PWM调节。

一、实验目的

了解LED 亮度调节的原理和方法

二、实验仪器

LED 智能控制实验箱一台、示波器一台。

三、实验原理

LED 调光是指通过调光器调节LED 的亮度，达到节能、环保、舒适等效果。调光器的原理有波宽控制调光（Pulse Width Modulation，简称PWM），模拟调光。模拟调光，指用模拟线性技术调整电流的大小，只是简单的改变LED 串的DC 电流。模拟调光尽管实现简单，不会引入潜在EMC，但是由于LED 的发光特性随着平均驱动电流而偏移，对于单色LED 来说，其主波长会改变。对白光LED 来说，其相关颜色温度（CCT）会改变。对于人眼来说，很难察觉到红、绿或蓝LED 中几纳米波长的变化，特别是在光强也在变化的时候。但是白光的颜色温度变化是很容易检测的。同时模拟调光还面临输出电流精度的问题，而这种精细控制在RGB 应用中特别重要。另外在对比度、能耗等方面PWM 调光同样具有优势，因此在大多数设计中仍然使用PWM 数字调光。

脉宽调制(PWM)是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术，广泛应用在从测量、通信到功率控制与变换及LED照明等许多领域中。

通过以数字方式控制模拟电路，可以大幅度降低系统的成本和功耗。此外，许多微控制器和DSP已经在芯片上包含了PWM控制器，这使数字控制的实现变得更加容易了。

简而言之，PWM是一种对模拟信号电平进行数字编码的方法。通过高分辨率计数器的使用，方波的占空比被调制用来对一个具体模拟信号的电平进行编码。PWM信号仍然是数字的，因为在给定的任何时刻，满幅值的直流供电要么完全有(ON)，要么完全无(OFF)。电压或电流源是以一种通(ON)或断(OFF)的重复脉冲序列被加到模拟负载上去的。通的时候即是直流供电被加到负载上的时候，断的时候即是供电被断开的时候。只要带宽足够，任何模拟值都可以使用PWM进行编码。

下面介绍一下PWM的三个基本参数：

1、脉冲宽度变化幅度（最小值/最大值）

2、脉冲周期（1秒内脉冲频率个数的倒数）

3、电压高度（例如：0V-5V）

可见我们只需要提供宽/窄不同(占空比高/低)的数字式脉冲，即可简单地实现改变输出