光敏電阻測光強(qiáng)度設(shè)計(jì)畢業(yè)論文.doc

江漢大學(xué)畢業(yè)論文 i 畢 業(yè) 論 文 論文題目論文題目：光敏電阻測光強(qiáng)度設(shè)計(jì) 學(xué)學(xué)生生姓姓名名： 學(xué)學(xué)生生學(xué)學(xué)號(hào)號(hào)： 專專業(yè)業(yè)班班級級： 學(xué)學(xué)院院名名稱稱： 指指導(dǎo)導(dǎo)老老師師： 江漢大學(xué)畢業(yè)論文 ii 畢業(yè)論文原創(chuàng)性聲明畢業(yè)論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在老師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的 研究成果。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或 集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。對本文的研究做出主要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均 已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識(shí)到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。 學(xué)生簽名：張曉暉日期：2014 年 4 月 19 日 畢業(yè)論文版權(quán)使用授權(quán)書畢業(yè)論文版權(quán)使用授權(quán)書 本畢業(yè)論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并 向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本 人授權(quán)湖南大學(xué)可以將本論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可以 采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本論文。 本論文屬于 1、保密 ，在 年解密后適用本授權(quán)書。 2、不保密。 （請?jiān)谝陨舷鄬?yīng)方框內(nèi)打“”） 學(xué) 生簽名：張曉暉日期：2014 年 4 月 19 日 指導(dǎo)教師簽名：蘭紅霞日期：2014 年 4 月 19 日 江漢大學(xué)畢業(yè)論文 iii 光敏電阻測光強(qiáng)度系統(tǒng)光敏電阻測光強(qiáng)度系統(tǒng) 摘摘 要要 光敏電阻測光強(qiáng)度系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以自動(dòng)檢測光照強(qiáng)度的強(qiáng)弱并顯示讓人們知道此 時(shí)光照強(qiáng)度的強(qiáng)弱。人們可以通過看此裝置的顯示了解現(xiàn)在的光照狀態(tài)，做合理的光照 調(diào)節(jié)。該設(shè)計(jì)可分為三部分：即光照檢測部分、信號(hào)處理部分、光強(qiáng)顯示部分。還可加 上報(bào)警部分。對于光照檢測部分可利用光敏電阻傳感器作為檢測元件，它可以完成從光 強(qiáng)到電阻值的信號(hào)轉(zhuǎn)換，再把電阻值轉(zhuǎn)換為電信號(hào)就可以作為系統(tǒng)的輸入信號(hào)。對輸入 信號(hào)處理后，就可以用來顯示了。對于顯示部分可利用數(shù)碼管來顯示，不同的光強(qiáng)對應(yīng) 于不同的數(shù)值，就能簡單的顯示出不同的光強(qiáng)了。 關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：光敏電阻、光照強(qiáng)度、數(shù)碼管 江漢大學(xué)畢業(yè)論文 iv 目 錄 引言3 一、設(shè)計(jì)任務(wù)與要求3 1.1 本綜合設(shè)計(jì)實(shí)訓(xùn)任務(wù)的內(nèi)容和要求.3 二、系統(tǒng)概述3 2.1 系統(tǒng)的主要功能3 2.2 光敏電阻測光系統(tǒng)的工作原理.4 2.3 光敏電阻測光系統(tǒng)的工作過程4 2.4 元器件的選擇.5 2.5 光敏電阻功能及簡介.5 三、系統(tǒng)總體方案的設(shè)計(jì).6 3.1 硬件電路的設(shè)計(jì).6 3.2 光強(qiáng)度自動(dòng)檢測電路的設(shè)計(jì)7 3.3a/d 轉(zhuǎn)換器電路的設(shè)計(jì)8 3.4 顯示電路的設(shè)計(jì)8 四、 軟件設(shè)計(jì).9 4.1 設(shè)計(jì)思想9 4.2 方案實(shí)現(xiàn).10 五、實(shí)訓(xùn)心得體會(huì).11 參考文獻(xiàn)13 附錄.14 江漢大學(xué)畢業(yè)論文 1 緒緒 論論 （一）課題研究背景及意義 光敏電阻是現(xiàn)代電子電路的核心元件，光敏電阻促進(jìn)并帶來了“固態(tài)革命” ，進(jìn)而推 動(dòng)了全球范圍內(nèi)的半導(dǎo)體電子工業(yè)。作為主要部件，它及的時(shí)候、普遍地首先在通訊工 具方面得到應(yīng)用，并產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。由于光敏電阻徹底改變了電子線路的結(jié)構(gòu)， 集成電路以及大規(guī)模集成電路應(yīng)運(yùn)而生，這樣制造像高速電子計(jì)算機(jī)之類的高精密裝置 即變成了現(xiàn)實(shí)。 我們生活中所接觸的一些電子產(chǎn)品，例如：電視，手機(jī)，電腦里面都含有一些三極 管，我們可以通過對三極管的研究，來弄清楚這些生活中接觸到得電子產(chǎn)品在電路組成 上的一些特性，我們也可以通過對三極管的研究來了解如何避免錯(cuò)誤使用導(dǎo)致這些電子 產(chǎn)品的損壞以及繼承前人的經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合現(xiàn)在的科學(xué)技術(shù)來研究更加具有經(jīng)濟(jì)效益的三極 管。 （二）研究現(xiàn)狀 我國是當(dāng)今世界最大的發(fā)展中國家，我國的三極管制作工藝已經(jīng)走在世界的領(lǐng)先水 平。并且我國有制造三極管的種類的數(shù)量在世界上也是首屈一指的。只有把握的時(shí)候代 的契機(jī)，才能實(shí)現(xiàn)科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，三極管作為電子電路中的基本元器件，同的時(shí)候也 涉及到很多有關(guān)半導(dǎo)體物理里面的知識(shí)。所以對于研究三極管的一些特性，以及三極管 自身的一些應(yīng)用，也是很有必要的。 （三）研究思路 通過查閱收集相關(guān)的資料以及試驗(yàn)相結(jié)合，了解目前三極管的一些特性及其應(yīng)用的 一些情況和三極管在現(xiàn)代社會(huì)中的發(fā)展現(xiàn)狀，對三極管的特性及其應(yīng)用再進(jìn)行一些分析。 （四）研究方法 1.文獻(xiàn)資料法：通過查閱和收集關(guān)于三極管應(yīng)用及發(fā)展相關(guān)的文獻(xiàn)材料。 2.進(jìn)行一些理論性的試驗(yàn)：在物理試驗(yàn)室里面對測試三極管的一些特性 3.數(shù)理統(tǒng)計(jì)法：對獲得的材料進(jìn)行整理。 江漢大學(xué)畢業(yè)論文 2 第一章第一章. .三極管的種類和結(jié)構(gòu)三極管的種類和結(jié)構(gòu) 三極管的結(jié)構(gòu)是由兩個(gè)結(jié)區(qū)和三個(gè)引腳所組成：三極管的結(jié)構(gòu)是由兩個(gè)結(jié)區(qū)和三個(gè)引腳所組成：發(fā)射區(qū)和基區(qū)之間構(gòu)成的 pn 結(jié)被 稱之為發(fā)射結(jié),而集電區(qū)和基區(qū)構(gòu)成的 pn 結(jié)被稱之為集電結(jié),三條引線分別被稱之為發(fā)射 極 e、基極 b 和集電極。 1.1 三極管的種類 1.按材質(zhì)分類: si 管、ge 管 2.按結(jié)構(gòu)分類: npn 、 pnp。 3.按功能分類: 開關(guān)管、功率管、達(dá)林頓管、光敏管等. 4. 按功率分類：小功率管、中功率管、大功率管 5.按工作頻率分類：低頻管、高頻管、超頻管 6.按結(jié)構(gòu)工藝分類：合金管、平面管 7.按安裝方式分類:插件三極管、貼片三極管 圖 1.1.1 晶體三極管 由于在我們現(xiàn)實(shí)生活中，npn 三極管所使用的頻率大大的超過了 pnp 三極管，所以， 在本文中，我們所探討的三極管類型主要是按照 npn 來研究的。后文所出現(xiàn)的三極管， 如果沒有特別說明，均認(rèn)為是 npn 型。 1.2 三極管的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 1.三極管的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 江漢大學(xué)畢業(yè)論文 3 (1) 基區(qū)十分的薄，且摻雜濃度低； (2) 發(fā)射區(qū)摻雜濃度要比基區(qū)以及集電區(qū)高得多； (3) 集電結(jié)的結(jié)面積比發(fā)射結(jié)大。 2三極管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖 圖 1.2.1 三極管的內(nèi)部機(jī)構(gòu)以及符號(hào)（左邊為 npn 型，右邊衛(wèi) pnp 型） 第二章第二章. .光敏電阻的制造工藝光敏電阻的制造工藝 2.1 擴(kuò)散型光敏電阻 在高溫的 p 型雜質(zhì)氣體中，而加熱 n 型 ge 或者 si 的單晶片，從而使得單晶片的一 面變成 p 型，應(yīng)用此種方法制成的 pn 結(jié)。因?yàn)?pn 結(jié)正向電壓的壓降比較小，所以應(yīng)用 于大電流整流。最近一段的時(shí)候間內(nèi)，使用大電流整流器的主流已由 si 合金型轉(zhuǎn)移到 si 擴(kuò)散型。 2.2 合金型光敏電阻 在 n 型 ge 或 si 的單晶片上，通過合金銦、鋁等金屬的方法制作 pn 結(jié)而構(gòu)成的。正 向電壓的壓降小，適于大電流整流。因?yàn)槠?pn 結(jié)反向的時(shí)候靜電容量大，所以不適于高 頻檢波和高頻整流。 2.3 平面型光敏電阻 在半導(dǎo)體單晶片（主要地是 n 型 si 單晶片）上，擴(kuò)散 p 型雜質(zhì)，利用 si 片表面氧 化膜的屏蔽作用，在 n 型 si 單晶片上僅選擇性地?cái)U(kuò)散一部分而構(gòu)成的 pn 結(jié)。因?yàn)榇耍?不需要為調(diào)整 pn 結(jié)面積的藥品腐蝕作用。由于半導(dǎo)體表面被制作得平整，所以得名。并 江漢大學(xué)畢業(yè)論文 4 且，pn 結(jié)合的表面，因?yàn)楸谎趸じ采w，所以公認(rèn)為是穩(wěn)定性好和壽命長的類型。最初， 對于被使用的半導(dǎo)體材料是采用外延法構(gòu)成的，所以又把平面型稱為外延平面型。對平 面型二極管而言，似乎使用于大電流整流用的型號(hào)很少，而作小電流開關(guān)用的型號(hào)則很 多。 第三章第三章. . 三極管內(nèi)部載流子的運(yùn)動(dòng)三極管內(nèi)部載流子的運(yùn)動(dòng) 3.1 工作區(qū)域 三個(gè)工作區(qū)域分別為：截止區(qū)，放大區(qū)，飽和區(qū) 1截止區(qū)：三極管工作在截止?fàn)顟B(tài)，當(dāng)發(fā)射結(jié)電壓 ube 小于 0.60.7v 的導(dǎo) 通電壓，發(fā)射結(jié)沒有導(dǎo)通集電結(jié)處于反向偏置，沒有放大作用。 2放大區(qū)：三極管的發(fā)射極加正向電壓（ge 管約為 0.3v，si 管約為 0.7v） ， 集電極加反向電壓導(dǎo)通后，ib 控制 ic，ic 和 ib 近似于線性關(guān)系，在基極 加上一個(gè)小信號(hào)電流，引起集電極大的信號(hào)電流輸出。 3飽和區(qū)：當(dāng)三極管的集電結(jié)電流 ic 增大到一定程度的時(shí)候，再增大 ib，ic 也不會(huì)增大，超出了放大區(qū)，進(jìn)入了飽和區(qū)。飽和的時(shí)候，ic 最 大，集電極和發(fā)射之間的內(nèi)阻最小，電壓 uce 只有 0.1v0.3v，uceilmax 2.擊穿電壓的選取 當(dāng)電網(wǎng)電壓波動(dòng)10%的時(shí)候，穩(wěn)壓電路輸入電壓 ui 到最大值 uimax，同的時(shí) 候輸出電壓又最低的時(shí)候，調(diào)整管承受的管壓降最大，所以要求調(diào)整管擊穿電壓： u（br）ceo uimax -uomin 3.功率 pcm 的選取 江漢大學(xué)畢業(yè)論文 16 調(diào)整管可能承受的最大集電極功耗： pcmax=ucemax icmax=（uimax -uomin）icmax 其中 uimax 是考慮到電網(wǎng)電壓波動(dòng)10%的時(shí)候，穩(wěn)壓電路輸入電壓的最大值， uomin 是輸出電壓的最小額定值。所以要求： pcm (uimax -uomin)ilmax 5.25.2 特別三極管特別三極管 5.2.1 光敏三極管 一）光敏三極管和普通三極管的差異：光敏三極管和普通三極管相比起來，也有電 流放大作用，區(qū)別只是它的集電極電流不只是受基極電路和電流控制，同的時(shí)候也受光 輻射的控制。 二）光敏三極管的優(yōu)越性：當(dāng)具有光敏特性的 pn 結(jié)受光輻射的時(shí)候，構(gòu)成光電流， 由此產(chǎn)生的光生電流會(huì)由基極進(jìn)入發(fā)射極，從而在集電極回路中可以得到一個(gè)放大了相 當(dāng)于 倍的信號(hào)電流。由不同材料制成的光敏三極管是具有不同的光譜特性，和光敏二 極管相比，具有很大的光電流放大作用，即很高的靈敏度。 三）光敏三極管的作用： 1.測量光的亮度：例如安裝一個(gè)控制電路，當(dāng)太陽升起的時(shí)候，由于亮度達(dá)到一定程 度的時(shí)候，所有日光燈管當(dāng)無法正常啟動(dòng)，這即要利用到光敏三極管。 2.光電隔離：光敏三極管也起到傳輸信號(hào)的作用，光電隔離器以光為媒介傳輸電信號(hào)。 他對于輸入和輸出信號(hào)具有優(yōu)良的隔離性。而且其還能夠完成電-光-電的轉(zhuǎn)換。 3.非接觸測量轉(zhuǎn)速：轉(zhuǎn)矩傳感器在旋轉(zhuǎn)軸上需要安裝著 60 條齒縫的測速輪，在傳感 器的外殼上安裝一只由發(fā)光二極管以及光敏三極管所組成的槽型光電開關(guān)架，測速輪的 每一個(gè)齒將發(fā)光二極管的光線所遮擋住的時(shí)候，光敏三極管即可以輸出一個(gè)高電平，當(dāng) 光線經(jīng)過齒縫而射到光敏管的窗口的時(shí)候，光敏管即給輸出一個(gè)低電平，旋轉(zhuǎn)軸每轉(zhuǎn)一 圈可得到 60 個(gè)脈沖，由此，每秒鐘檢測到的脈沖數(shù)恰好等于每分鐘的轉(zhuǎn)速值。 5.2.2 貼片三極管 作用：貼片三極管的基本作用是放大，它也可以把微弱的電信號(hào)變成一定強(qiáng)度的 江漢大學(xué)畢業(yè)論文 17 信號(hào)，并且這種轉(zhuǎn)化是遵循能量守恒的。而且貼片三極管在非放大區(qū)工作的時(shí)候還可以 當(dāng)做開關(guān)來使用。 5.35.3 三極管的特別用途三極管的特別用途 5.3.1 擴(kuò)流 把一只小功率可控 si 和一只大功率三極管組合，即可得到一只大功率可控 si，其 最大輸出電流由大功率三極管的特性決定。 圖 5.3.1 擴(kuò)流方法 5.3.2 代換 兩只三極管串聯(lián)可直接替代調(diào)光臺(tái)燈中的雙向觸發(fā)二極管；三極管可替代 8v 左右的 穩(wěn)壓管。三極管可替代 30v 左右的穩(wěn)壓管。以上應(yīng)用的時(shí)候，三極管的基極均不使用。 5.3.3 模擬 用三極管夠成的電路還可以模擬其它元器件。大功率可變電阻價(jià)貴難覓，用下圖中 電路可作模擬品，調(diào)節(jié) 510 電阻的阻值，即可調(diào)節(jié)三極管 c、e 兩極之間的阻抗，此阻抗 變化即可代替可變電阻使用。 圖 5.3.2 模擬方法 結(jié)結(jié) 語語 江漢大學(xué)畢業(yè)論文 18 二極管本已是一項(xiàng)嶄新的發(fā)明,但是在二極管的燈絲和板極之間巧妙地加入了一個(gè) 柵板，從而發(fā)明了第一只真空三極管然而這一小小的改動(dòng)，竟然帶來了意想不到的結(jié) 果集檢波、放大和振蕩三種功能于一體,這個(gè)發(fā)明絕對是電子工業(yè)真正的誕生起點(diǎn)，推 動(dòng)了“固態(tài)革命” ，同的時(shí)候也是推動(dòng)了無線電電子學(xué)的蓬勃發(fā)展，從電話放大器、海上 和空中通訊外，也廣泛滲透到家庭娛樂領(lǐng)域。三極管的發(fā)明對于整個(gè)人類來說，影響都 是極其的深遠(yuǎn)的。 參考文獻(xiàn) 1，模擬電路分析計(jì)算和應(yīng)用設(shè)計(jì)-張浩風(fēng)編著-化學(xué)工業(yè)出版社 2012 江漢大學(xué)畢業(yè)論文 19 2，模擬電路和數(shù)字電路-林捷，楊緒業(yè)，郭小娟主編-人民郵電出版社 2011 3，電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分（第五版）-康華光主編-高等教育出版社 4，電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字部分（第五版）-康華光主編-高等教育出版社 5，模擬電路應(yīng)用設(shè)計(jì)-胡圣堯，關(guān)靜編著-科學(xué)出版社 2009 6，模擬電路分析和設(shè)計(jì)基礎(chǔ)-劉祖剛編著-機(jī)械工業(yè)出版社 2008 7，電子線路實(shí)驗(yàn)，模擬電路實(shí)驗(yàn)-沈小豐主編-清華大學(xué)出版社 2008 8，光敏電阻電路設(shè)計(jì)-鈴木雅臣 9，數(shù)字電路設(shè)計(jì)-（瑞士) niklaus wirth -高等教育出版社 2002 10,數(shù)字電路-（日）伊藤恭史-科學(xué)出版社 1997 致 謝 光陰飛逝，回顧在江漢大學(xué)物理和信息工程學(xué)院走過的 4 年大學(xué)歷程，感激之情油 江漢大學(xué)畢業(yè)論文 20 然而生。 首先我要感謝我們的班主任周優(yōu)化老師，雖然在 4 年的大學(xué)生活見面不多，但是對 我們的大學(xué)生活、學(xué)習(xí)甚至工作上都起到了非常大的幫助。 其次我要向蘭紅霞老師致以我深深的謝意！由于我的社會(huì)經(jīng)驗(yàn)尚淺，對于本文的寫 作我遇到了各種各樣的困難和問題，承蒙蘭老師的耐心指導(dǎo)方能使我順利的完成我的畢 業(yè)論文。在我從一開始到完成論文期間，盡管蘭老師工作非常之忙，但是仍然能夠耐心 的指導(dǎo)我，給了我許多啟示。 最后要感謝 10 級光信息科學(xué)和技術(shù)的所有同學(xué)。是你們陪我度過了 4 年的大學(xué)光陰。 這么多年來，風(fēng)雨無阻，有歡笑有打鬧，給我的大學(xué)生活增添了豐富的色彩，沒有你們 的存在我的 4 年生活將會(huì)黯淡無光。 在此，深深地感謝你們，在以后的學(xué)習(xí)和工作中我將會(huì)更加努力，用自己的成果來 感謝你們！ 江漢大學(xué)畢業(yè)論文 21 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說明畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說明 原創(chuàng)性聲明原創(chuàng)性聲明 本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） ，是我個(gè)人在指導(dǎo)教師的指 導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加以標(biāo)注和致謝 的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過的研究成果，也不包含我 為獲得 及其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過的材料。對本研究 提供過幫助和做出過貢獻(xiàn)的個(gè)人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示 了謝意。 作 者 簽 名： 日 期： 指導(dǎo)教師簽名： 日 期： 使用授權(quán)說明使用授權(quán)說明 本人完全了解 大學(xué)關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的 規(guī)定，即：按照學(xué)校要求提交畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版本；學(xué)校 有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務(wù)； 學(xué)?？梢圆捎糜坝?、縮印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文；在不以贏利為 目的前提下，學(xué)?？梢怨颊撐牡牟糠只蛉績?nèi)容。 作者簽名： 日 期： 江漢大學(xué)畢業(yè)論文 22 學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取 得的研究成果。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其 他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。對本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè) 人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識(shí)到本聲明的法律后果 由本人承擔(dān)。 作者簽名： 日期： 年 月 日 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書 本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、