YL998G实验内容

实验一  光敏二极管特性测量实验 一、实验目的： 了解红外发光二极管（红外LED）的发光特性，测量和掌握不同照度下光敏二极管的光电特性，测量和掌握不同照度下光敏二极管的伏安特性。 二、实验原理： 光敏二极管是一种光电效应器件，可以应用于光伏和光电导工作模式，主要用于可见光及红外光谱区。通常是在反偏置条件下工作，即光电导工作模式，这样可以减少光生载流子渡越时间及结电容，可获得较宽的线性输出和较高的响应频率。 实验过程中通过改变环境光照强度和反偏电压，测定通过光敏二极管的光电流大小，从而获得其在不同光照强度和不同反偏电压下的光电特性及伏安特性，得到相应的关系曲线。 三、实验所需单元： 直流稳压电源，光电接近开关，电阻，数字电压，数字电流表，激光器 四、实验： (1) 按图1.1所示连接各元件和单元。检查接线无误后，开启稳压电源。 (2) 光电特性测量。在某一电压U（如5V电源）时，用电流表测定电流随光照强度（如暗处、日光灯照射、手电筒照射、激光照射等）的变化情况，测定的数据，将结果绘制成曲线图。 表1.1  光敏二极管的光电特性（5V电源时） 光照状况 全暗 室内光照射 手电筒斜照射 手电筒正照射 激光照射 电流值I (mA)                       注意：激光器的距离有关，手电筒的放置距离有关。 (3) 伏安特性测量。在某一光照下，改变电压U的大小（如0.5，1.0,，1.5,，2.0,，2.5,，3.0,，3.5,，4.0， 4.5,，5.0V等，可用面板上的“电机控制1”或“电机控制2”单元分压获得，即Vin端接入＋5V，调节旋钮，获得不同的Vout端电压，后同），用毫安表测定电流的变化，数字电压表测定U值，记录测定的数据；改变光照强度（如日光灯照射、手电筒照射、激光照射等），重复测量电流随电压的变化情况，在图1.2上绘制出I－U曲线族。 注意：施加的电压尽量不要超过5V。不能过分用力地插入或拔出接插线，因为这可能导致部分插孔松动，造成实验结果的不准确。请仔细插入或拔出接插线（后同）。 实验二  红外光电接近开关实验 一、 实验目的： 在光敏二极管光电特性和伏安特性测定的基础上，学习掌握由“红外发光二极管——红外光敏二极管对”组成的红外光电接近开关的原理及其应用。 二、实验原理： 利用光敏二极管在反偏置条件下的光电特性，可将其作为光电接近开关的接收传感器件。当红外LED发出的红外光被某一逐渐逼近的物体遮挡并反射到光敏二极管时，光敏二极管的光电流（或光电导）将发生改变。当物体逼近到一定距离（即反射光强足够大）时，开关电路使继电器开启，从而达到开关控制的目的。 三、实验所需单元： 直流稳压电源，光敏对管（红外LED，光敏二极管），电阻，接近开关电路，继电器，数字电压表。 四、实验步骤： (1) 按图2.1所示连接各元件和单元，并连接＋12V电源。（箭头表示连接线，后同） (2) 检查接线无误后，开启稳压电源。 (3) 用一物体（白纸）从远处向左侧实验台上的接近开关探头前端逼近，到一定距离时，可听到继电器“嗒嗒”的启动声音，并用直尺测量此时遮挡物与探头之间的大致距离，作多次试验后，取平均值，即为接近开关的动作距离。将结果填入表2.1。调节“增益”旋钮，可适当改变系统的响应灵敏度，或改变接近开关的动作距离。 (4) 利用此接近开关，实验者可根据自己的兴趣其他实验，如利用接近开关，控制彩灯的闪亮等。 表2.1  接近开关的动作距离 序 号 1 2 3 平 均 动作距离 (cm)                   实验三  光敏电阻特性及参数测量实验 一、实验目的： 了解光敏电阻的电阻特性，掌握光敏电阻的伏安特性及其随光照强度的变化规律。 二、实验原理： 光敏电阻是最典型的光电效应器件，即其电导率随光照强度而发生变化。半导体光电导器件是利用半导体材料的光电导效应制成的光电探测器件。本实验旨在测定光敏电阻在不同光照环境下的电阻值，并测定其伏安特性随光照强度的变化规律。 三、实验所需单元： 直流稳压电源，光敏电阻，数字电压表，电流（毫安）表，万用表（自备）。 四、实验步骤： (1) 光敏电阻的暗、亮电阻测定。如图3.1所示，用万用表从光敏电子两端测定它在不同光照条件下的电阻值，将测得的结果填入表3.1。 光 照 状 况 全 暗 日光灯照射 手电筒斜照射 手电筒直照射 激光照射 光敏电阻值(k)                       表3.1  光敏电阻的阻值变化 (2) 光敏电阻伏安特性测定。按图3.2所示连接各元件和单元，检查连接无误后，开启电源。用一挡光物（如黑纸片或瓶盖）遮住光敏电阻（视为全暗），分别接插不同的电压U值（可调电压的获取：通过面板“电机控制1”或“电机控制2”的Vin输入5V，Vout可输出如0.5，1.0，1.5，2.0，2.5，3.0，3.5，4.0， 4.5，5.0V等不同电压值），利用电流表测定流过光敏电阻的电流值I，数字电压表测定U值。 改变光敏电阻的光照强度（如全暗、日光灯、手电筒、激光照射），重复测定I与U的关系，可得到图3.3所示的伏安特性关系曲线族。 (3) 分析上述测量结果， 进一步了解光敏电阻的光敏特性，掌握其中的变化规律。 注意：5V电源 光 照 状 况 全 暗 室内光照射 手电筒斜照射 手电筒直照射 激光照射 电流值(mA)                       实验四  光敏电阻暗光街灯实验 一、实验目的： 利用光敏电阻的电阻变化特性，将之作为街灯自动点亮与熄灭的传感器件，掌握基于光敏电阻的暗光街灯的工作原理及应用。 二、实验原理： 根据实验测定，光敏电阻的电阻值随光亮度的增大而迅速减小。利用这一特性，设计了暗光街灯演示实验。其原理是当环境变暗时光敏电阻的阻值增大，当亮度降低到一定值时，即光敏电阻值增大到某一阈值时，光电传感电路系统自动点亮小灯泡，从而达到与暗光街灯相似的目的。 三、实验所需单元： 直流稳压电源，光敏电阻，暗光街灯电路，小灯泡（负载），万用表，数字电压表。 四、实验步骤： (1) 按图4.1所示连接各元件和单元，连接＋5V电源。 (2) 检查连接无误后，开启电源。 (3) 用一挡光物（如黑纸片或瓶盖）慢慢靠近实验台上的光敏电阻，也即将光敏电阻上的部分光线挡住时，可观察到小灯泡慢慢由暗变亮；当光敏电阻完全被挡住时，或者室内灯光全部熄灭时，小灯泡亮度达到最亮。这一实验过程与暗光街灯的自动亮暗控制完全相同。适当调节该单元的“增益”旋钮，可改变小灯泡的亮灭区间。 五、注意事项： 直流电源应确认为＋5V，否则有可能毁坏小灯泡。如房间内光线太强（可用手遮挡）或太暗（可采用手电筒照射完成暗光街灯实验），以使光敏电阻正常工作。 实验五  光电耦合器性能测试实验 一、实验目的： 了解由红外发射管－接收管构成的光电耦合器的工作原理和特性，测定并掌握其中的接收元件的伏安特性。 二、实验原理： 光电耦合器是一种“电—光—电”耦合器件，它由红外LED及与之对准但有一定距离的接收管组成。光耦的输入量和输出量均为电流，但两者在电气上完全绝缘。本实验将测定光耦的接收器的伏安特性，其测定原理与光敏二极管、三极管的伏安特性测定相似。 三、实验所需单元： 直流稳压电源，光电耦合器，电阻，数字电压表，电流表。 四、实验步骤： (1) 按图5.1所示连接各元件和单元。 (2) 检查无误后，开启电源。发射管的控制电压（0～1.5V）,可借用面板上的“电机控制1”分压获得，即Vin端接入＋5V，将Vout端与光耦发射器正端连接且同时连接数字电压表进行电压监控。 (注意: 发射器控制电压绝对不得超过1.6V,否则可能烧坏光电耦合器) (3) 当发射器电压为0V时（全暗），接收器测量电路分别接插不同的电源电压（可调电压的获取：通过面板“电机控制1”或“电机控制2”的Vin输入5V，Vout可输出如0.5, 1.0, 1.5, 2.0, 2.5, 3.0, 3.5, 4.0, 4.5, 5.0V），以获得不同的电压U值。利用电流表测定流过接收器的电流值I， 用数字电压表测定U值。之后，改变发射器电压（0～1.5V），以获得不同强度的红外光，重复测定I和U的关系，将实验结果绘制在图5.2中，得到光耦接收器在不同红外光照下的I—U关系曲线族图。 (4) 将测得的曲线族与实验一的光敏二极管伏安特性曲线族比较，考察分析两者的异同。 注意: 发射器控制电压不得超过1.6V。 接收器电压不得超过5V。 实验六  光电耦合器控制开关实验 一、实验目的： 利用光电耦合器的性能，将之作为光电控制开关系统的传感器件，以实现电 气上绝缘的光耦式继电控制。 二、实验原理： 当光耦的反射管流过电流时即发出红外光，接收器受此光照后将产生相应的光电流，光电流足够大时，接收器达到饱和状态，其发射极输出高电平，从而控制后续的继电器开启，实现电气上绝缘的光耦式继电控制。 三、实验所需元件和单元： 直流稳压电源，光电耦合器，电阻，按钮，数字电压表，继电器。 四、实验步骤： (1) 按图6.1所示实验电路连接各元器件及各单元。连接＋12V电源端，并将实验电路的“K”输出端与继电器的“IN”端相连。 (2)  检查无误后开启稳压电源。按一下面板上的控制按钮，发射管发出红外光，电路开始工作，可听到继电器开启的“嗒”声；再按一下按钮，发射管关闭，继电器再次发出“嗒”声，表示已关闭。 (3) 利用上述控制开关，即可将继电器用于控制其他电路系统或负载的开启与关闭，如小灯泡的点亮，彩灯的点亮等。实验者也可自行设计多种控制对象，达到光耦式继电控制的目的。 实验七  PSD特性参数测量实验 一、实验目的： 了解光电位置敏感元件（PSD）的原理，测定并掌握PSD的光电特性和位置敏感特性。 二、实验原理： PSD元件是一种对入射在光敏面上的光点位置敏感的光电器件，其输出光电流信号与光点在光敏面上的位置有关，且与光的聚焦无关，只与光的能量重心有关，此即PSD的位置敏感特性。此外，PSD的总输出光电流大小随光照强度而增大。 三、实验所需单元： 直流稳压电源，半导体激光器，PSD元件，PSD光电流/电压转换电路，数字电压表，电流表。 四、实验步骤： (1)  PSD位置敏感特性测定。按图7.2所示电路将PSD元件的上端和下端与数字电流表相连。检查无误后开启稳压电源。将激光器插头连接到“激光器”单元OUT端，将之点亮，手持激光器，将激光器的激光束照射到PSD上，使光斑从上（左）至下（右）沿光敏面移动，在此过程中记录电流表的读数，将光电流的变化情况填入表7.1。