红外线实验报告

红外线实验报告 红外线实验实验报告 课程名:探索性物理实验 学 校:四川大学 学 院:计算机学院 姓 名:李涛 学 号:1143041293 时间:2012年10月25日 目 录 一( 实验 1. 实验要求 2. 实验目的 3. 实验原理 二( 实验现象记录 1. 对图一的现象记录 2. 对图二的现象记录 3. 对图三的现象记录 4. 对红外线的伏安特性数据记录(见一) 三( 实验结果 1(对表一的处理，并绘图 四( 实验 五( 红外线传输的特点及应用 (目前红外传输技术和蓝牙技术(一种短距离传输技术)是广为应用的两种短距离传输技术，在手提电脑、PDA、手机、数码相机等IT产品中，都广泛有红外线通讯接口。本实验是学习红外传输技术物理基础的实验。 ) 一(实验: 1.内容: (1)完成直流信号调频发射、接收过程。 (2)完成数字信号调频发射、接收过程。 (3)测量红外发射管光强特性曲线。 (4)测量红外接收管电流特性曲线。 (5)信号的调频、调幅传输实验。 2.实验目的: 1( 了解红外线发射和接收器件原理 2( 了解红外线数字和模拟信号传输过程 掌握红外线发射和接收器件物理特性 3( 3. 实验原理 (1). 红外线发射和接收器件结构原理 红外线传输是以红外光作为传输媒体来传输信号的，使用的红外发光二极管和红外接受管是只有一个PN结的半导体器件，它与普通发光二极管(如:红、绿、黄发光二极管)结构原理与制作工艺基本相同，只是所用的材料不同。制造红外线发光二极管材料有砷化镓、砷铝化镓等，其中应用最多的是砷化镓。 在一块砷化镓半导体中，采用半导体掺杂工艺使其一部分为P型半导体;另一部分为N型半导体。在P型和N型半导体交界面就形成半导体PN结。P区多数载流子为空穴，少数载流子为电子;N区多数载流子为电子，少数载流子为空穴，并且具有一定的内电场，其能带结构如图1a所示。 当给这个PN结加上正向电压时(P区接正电压，N区接负电压)，在外加电压的作用下，内电场被抵消。这样，N区的多数载流子(电子)在外电场的作用下注入P区，同时，P区的多数载流子(空穴)在外电场的作用下注入N区。如图1b所示。 图4.3 PN结注入发光能带图 实际上，外加正向电压作用就是加强了多数载流子的扩散运动。这些注入P区的电子和注入N区的空穴，对于注人区来讲都是非平衡少数载流子。这些非平衡少数载流子不断与注入区的多数载流子复合，将原来从外加电场吸收的能量以光子的形式释放，从而发出光来。这种发光过程叫辐射复合。这与导带中的电子到价带上与空穴复合一样，要释放出一定的能量，这种能量的释放是以发光的形式来进行的。这就是PN结发光的基本原理。 发光二极管发出的光波波长与所用材料禁带宽度EG有关。发光波长λ与半导体材料的禁带宽度EG之间的关系为: 1.24 ，，,,m,EG 砷化镓材料的禁带宽度EG?1.43eV，所以砷化镓红外发光二极管的发光波长λ?0.89μm，为不可见的近红外光。用砷化镓材料制成的红外发光二极管的发光效率较高，可达3,，如果输入100mW的电功率，可获得3mW的红外光输出。另外，采用半导体制作工艺，还可以在一定范围内控制器件的发光波长。 图1(c)是红外发光二极管的电路符号。 (2) .红外发射调制电路 从各种编码电路(包括频率编码与脉冲编码)输出的编码信号，一般频率较低，不便直接发射，抗干扰能力也较差。与无线遥控系统类似，也要将编码信号“装"到频率较高的载频信号上，再由红外线发射驱动电路，驱动红外发光二极管向外发射红外遥控信号。将指令编码信号“装"到载波上的过程称为调制。 对于频率编码的红外传输系统，由于其编码信号的频率可以设计的较高(一般为几kHz,几十kHz)，也可不用调制电路，当然，接收电路中的解调电路也可省去。 在红外传输系统中，无论是频率编码还是脉冲编码信号，大多为矩形波的脉冲信号，对于这类信号的调制，采用的是两种特殊的调制方式。一种是幅度键控方式，另一种是频率键控方式。这两种键控调制一般由数字电路实现，因此它具有调制变换速度快，调整测试方便，体积小，电路简单，可靠性高等优点。 (3).幅度键控调制(ASK) 图2是幅度键控调制的示意图。由图可见，当编码脉冲为高电平“1”时，载波信号输出;当编码脉冲为低电平“0”时，载波信号不输出。已调信号为断续的等幅高频信号。 图2幅度键控调制的示意图 调制电路中，载波信号的频率f要远大于调制信号(编码信号)的频率f。在21红外遥控系统中，一般f要为f的几倍至几十倍。 21 图3是几种常用的键控幅度调制电路。图中，V为编码信号输入，即调制信i 号输入，V为已调信号输出。调制电路中均包含载频振荡器。 o 图3几种常用的键控幅度调制电路 图3(a)是由分立器件构成的调制电路。VT和VT构成载波振荡器，振荡频12 1率f,，约为40kHz，载波信号由VT集电极经R加至VT的基极。开关25421.4RC11 管VT的作用是，当输入的调制信号为高电平“1”时，VT导通，载波信号经33 VT放大后由V端输出;当输入调制信号为“0”时，码截止，载波信号被阻断，4o VT无信号输出，从而实现幅度键控。 4 图3(b)电路与图3(a)基本相同，只不过开关管接在VT的基极与地之间。当1 输人调制信号为“1”时，VT截止，其c、e间为高阻状态，不影响载波振荡器3 振荡，VT集电极输出载波信号;当输入调制信号为“0”时，VT导通，使VT231截止，VT导通，载波振荡器停振，VT无载波输出。 22 图3(c)是将开关管VT作为载波振荡器的电源开关管，通过调制信号来控制3 载波振荡器的工作电源。 图3(d)电路由两只三极管构成两输入端与门电路。载波振荡器输出的载波信 号加至VT基极，调制信号加至VT基极。当调制信号为“1”时，VT导通，将122VT发射器接地，VT正常输出;当调制信号为“0”时，VT截止，VT发射极悬1121浮，其集电极无信号输出。 图3(e)电路中，S为模拟开关，它受调制信号V的控制，当V为高电平时，iiS闭合，载波振荡器通电，发出高频信号;当V为低电平时，S打开，载波振荡i 器断电，无信号输出。在这个电路中，模拟开关S的通断电流能力要大于载波振荡器的工作电流，可由晶体管构成，也可采用集成电路模拟开关，如TWH8775、TWH8778等。载波振荡器可以是任何形式的脉冲振荡器。 图3(f)电路中，D和D等构成载波振荡器，与门D在此称为“闸门”，“闸123 门”的开关受调制信号V的控制。当V为高电平“1”时，D的输出信号V=AB，ii30由于此时B=V=1，故V=A，即等于载波振荡器的输出信号。当V为低电平“0”ioi时，D3的输出信号V=0，由于此时，B=V=0，故V=0，即无输出信号，从而实oio 现编码脉冲对载波的调制。 图3(g)电路更加简单实用，是一种应用最为广泛的调制电路。图中，D和1D构成可控载波振荡器，振荡器的起振、停振受调制信号V的控制。当V为高2ii电平“1”时，振荡器起振，V输出载波信号;当V为低电平“0”时，与非门oi D输出为高电平“1”，而D输出低电平“0”，即无信号输出。 12 图3(h)电路采用555时基电路构成。555时基电路等构成载波振荡器，载波信号由555时基电路的?脚(OUT)输出，调制信号V加在其强迫复位端?脚(MR)，i 当V为低电平“0”时，555时基电路被迫复位，其?脚输出为低电平“0”，即i 无信号输出，当V为高电平“1”时，555时基电路退出复位状态，与R1、R2、i C1等构成的载波振荡器启振，其?脚输出载波信号。这也是应用较多的一种电路。 (4).频率键控调制(FSK) 与幅度键控相似，频率键控是通过调制信号的“1”和“0”两个状态，来控制载频振荡器的频率，而载频信号的幅度不变，如图4.33所示。 图4频率键控调制示意图 当调制信号为高电平“1”时，调制电路输出的频率为f的等幅信号;当调1 制信号为低电平“0”时，调制电路输出频率为(f的等幅信号。频率键控又称2 移频键控。 图5是几种常用的频率键控调制电路。图中，V为调制信号输入，V为调制io信号输出。 图5几种常用的频率键控调制电路 图5(a)所示电路中，D和D等构成载波振荡器。当输入调制信号V为高电12i平“1”时，使模拟开关S闭合，将R3短路，振荡频率为f;当K为低电平“0”1 时，模拟开关打开，R接人电路，振荡频率为f(ff) 212 二(实验现象记录: 1.图(1)中现象: 当调频解调的频率大于或小于37khz时，有噪音产生; 当距离超过一定范围时，会产生噪音; 调节幅度可以调节音量大小; 2.图(2)中现象: 载波信号在37KHZ左右即可得出“这里载波信号仍要调为37KHz，接收端才能解调接收。当发射端与接收端的数据地址相同时，接收灯呈现规律性闪烁，并接收到与发射端相同的数据，这时改变发射数据，接收端的数据也随之变化;当地址不同时，接收灯不亮。”但在37khz时效果最好，结果最准确。 距离越远，接收灯闪烁越慢，接收效果越差。当距离在43.5时,接收信号变得迟缓，44时，变得更慢，越往后，越慢，到45时几乎接收灯不再闪烁，接收的数据不再随着输出源信号的改变而改变。 3.图(3)中的现象: 用万用表测量直流源的直流电平和接收的直流电平大约一致。 4.图(4)测得效果与上相同。 5(测量红外线发射管光强特性曲线和测量红外线接收管电流特性曲线数据记录: 表一: 电压(V) 1.00 1.03 1.07 1.09 1.10 1.12 1.13 1.15 1.16 1.17 1.17 1.18 1.19 1.20 1.21 电流0.2 0.5 1.5 2.0 3.0 4.5 6.0 7.5 9.0 1.05 12.0 13.5 15.0 16.5 18.0 (mA) 1.22 1.22 1.23 1.24 1.24 1.25 20.0 21.5 23.0 24.5 26.0 27.5 电压(V) 0-------,0.93 0.94-------,0.97 0.98------,1.00 电流(mA) 0 0.1 0.2 三(实验结果:根据上表绘图如下: 附图130 25发 射20 电 15流 ，10单 位5m A0 00.20.40.60.811.21.4-5 发射电压，单位v 红外发射管特性曲线 红外接收管特性曲线 四(实验总结: 1.在做红外线传输实验的过程中，通过采用控制变量的

方法

快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载

对红外发射 管的发射电压、电流以及接受电流和发射接受装置的距离做出了重点研究并 采集了大量实验数据电压为自变量所首先，保持发射和接收装置的距离一 定，随着发射电压从0.5v逐步增长到1.23v的过程中发射端电流电流随之增 大，并且其增长率也逐渐变大，总体上功率逐渐变大，且其增长率变大(详 见附图1)。第二，在较低电压时，在一定范围内，随着距离的增大，接受电 流变化不大，而较高电压时则接受电流随电压有明显变化。(详见附图2)从 实验结果可以看出通过调整装置间的距离可以提高红外传输的效率。 2. 红外线传输是一种只能直线传输、传输距离较短的无线传输。其传输 时须要对接，遇不透明障碍物传输即中断;传输音质较好、传输速度较快， 传输严格遵守地址一致性，传输质量受距离、载波频率等因素的影响。 五(红外传输的特点及应用 1.技术特征 (1)成本低廉 (2)稳定性高 (3)私密性好 2.应用 (1)在军事上:红外探测器(把红外辐射能转换为电能或便于测量的物理量的器件) 主动红外夜视仪 热像仪 搜索侦察与预警系统 “点”源跟踪与制导系统 成像跟踪与制导系统 红外干扰机 红外诱饵技术 红外传感器在军事方面的应用(红外行扫描仪、前视红外传感器、红外搜索跟踪传感器)红外对抗技术 (2)在生活中:红外遥控(电气插座、继电器开关、可控硅开关) 红外温度计 红外传感器在商业上的各方面应用(低温制冷器、微型制冷器、红外食品加工传感器) 红外机器视觉系统的红外相机 红外防盗监控 (3)在自然科学上:红外传感器在自然科学上的应用(昆虫计数、环境研究、用于生物技术图像分析的红外数字照相机 ) 空间用的红外望远镜