課題二發(fā)光二極管的應(yīng)用.

1、理實一體化課程教師教案（20122013學(xué)年 第 一 學(xué)期） 專業(yè)名稱 高級維修電工 課程名稱 高級電子單片機(jī) 授課教師 李明 郭濤 系 部 電氣工程系 唐山勞動技師學(xué)院理實一體化教案首頁教學(xué)模塊高級電子單片機(jī)任課教師李明 郭濤審閱 授課時數(shù)教學(xué)方法講授法 演示法 練習(xí)法 啟發(fā)法 項目教學(xué)法理論課時 教學(xué)媒體實訓(xùn)課時 基本教材電子技術(shù)基礎(chǔ) 中國勞動社會保障出版社合計課時 授課班級授課時間教學(xué)目標(biāo)1知識目標(biāo)：掌握發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)和符號；理解發(fā)光二極管的工作原理；正確識別發(fā)光二極管的正負(fù)極，掌握電路焊接調(diào)試的基本能力。2能力目標(biāo)：培養(yǎng)學(xué)生接受新知識的理解能力以及實際動手能力、分析解決問題的能力。3

2、素質(zhì)目標(biāo)：培養(yǎng)學(xué)生主動探索、創(chuàng)新精神；增強(qiáng)的安全意識；提高學(xué)生的安全常識知識。教學(xué)分析教學(xué)重點發(fā)光二極管的工作原理教學(xué)難點根據(jù)發(fā)光二極管的型號選擇合適阻值的電阻教案說明該課題內(nèi)容不是很難理解，一體化教學(xué)，需要一個長期的實施過程，要求學(xué)生們養(yǎng)成良好的安全意識。理論教學(xué)6節(jié)，操作12節(jié)，整個教學(xué)期間時刻提醒安全注意事項。教學(xué)設(shè)計1組織教學(xué)1組織教學(xué) 82復(fù)習(xí)舊課 203引入新課 204講授新課、模仿練習(xí) 6325歸納總結(jié) 306布置作業(yè) 107板書設(shè)計 課題二 發(fā)光二極管的原理及應(yīng)用【理論講解】舊課復(fù)習(xí)：1、6S的基本內(nèi)容2、6S的實施方案新課引入：現(xiàn)代生活中，許多電子數(shù)碼產(chǎn)品的使用已非常廣泛，人

3、們熟悉的路由器、充電器、MP3，這些電子數(shù)碼產(chǎn)品中都有閃爍發(fā)光的二極管。這就是本任務(wù)中要解決的問題。什么是發(fā)光二極管？它能起什么作用？本課題的學(xué)習(xí)目標(biāo)就是認(rèn)識發(fā)光二極管，熟悉發(fā)光二極管的工作原理，初步了解發(fā)光二極管在顯示電路中的應(yīng)用。正課內(nèi)容：一、 半導(dǎo)體發(fā)光二極管工作原理、特性及應(yīng)用（一）二極管的結(jié)構(gòu)和符號二極管是一種采用半導(dǎo)體材料制成的器件，主要制造材料有硅（Si）、鍺（Ge）及其他化合物，二極管用途廣泛，可用來產(chǎn)生、控制、接收、變換信號和進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換等。在人們經(jīng)常見到的賓館、銀行里的發(fā)光二極管（LED）顯示屏、各種LED交通信號燈、霓虹燈、裝飾燈以及紅外遙控器等都要用到二極管。二極管是在

4、硅或者鍺單晶基片上加工出P型區(qū)和N型區(qū)，從P型區(qū)引出二極管的正極，從N型區(qū)引出二極管的負(fù)極，兩個區(qū)域之間有個結(jié)合部，它是一個特殊的薄層，成為PN結(jié)。二極管的內(nèi)部其實就是一個用硅或者鍺材料制造的PN結(jié)，警惕二極管的結(jié)構(gòu)和圖形符號如圖所示。PN正極負(fù)極管殼PN結(jié)二極管的結(jié)構(gòu) 二極管的符號（二）二極管的工作特點、主要參數(shù)和分類1、二極管的工作特點（1）二極管的單向?qū)щ娦远O管的導(dǎo)電性能可以用下圖實驗來說明，把二極管V、可調(diào)直流穩(wěn)壓電源U、開關(guān)S和限流電阻器R和指示燈HL按圖連接好后，接通開關(guān)，認(rèn)真觀察指示燈的狀態(tài)是亮還是不亮？然后把二極管的正負(fù)極對調(diào)，接通開關(guān)后，再認(rèn)真觀察指示燈的狀態(tài)是亮還是不亮？

5、定義：二極管導(dǎo)通時，其整機(jī)電位高于負(fù)極電位，此時的外加電壓稱為正向電壓，二極管處于正向偏執(zhí)，簡稱“正偏”；二極管截止時，其正極電位低于負(fù)極電位，此時的外加電壓成為反向電壓，二極管處于反向偏置，簡稱“反偏”。結(jié)論：二極管在加正向電壓時導(dǎo)通，加反向電壓時截止，這就是二極管的單向?qū)щ娦?。?）二極管的伏安特性曲線1）正向特性外加正向電壓較小時，外電場不足以克服內(nèi)電場對多子擴(kuò)散的阻力，PN結(jié)仍處于截止?fàn)顟B(tài) 。正向電壓大于死區(qū)電壓后，正向電流 隨著正向電壓增大迅速上升。通常死區(qū)電壓硅管約為0.5V，鍺管約為0.2V。2） 反向特性外加反向電壓時， PN結(jié)處于截止?fàn)顟B(tài)，反向電流很小。反向電壓大于擊穿電壓時

6、，反向電流急劇增加。2、二極管的主要參數(shù)（1）最大整流電流IFM是指二極管長期運(yùn)行時允許通過的最大正向平均電流。實際工作時二極管的正向平均電流不得超過此值，否則二極管可能會因過熱而損壞。（2）最高反向工作電壓URM是指二極管正常工作時所允許外加的最高反向電壓。若二極管兩端電壓超過此值有可能導(dǎo)致二極管反向擊穿。（3）反向電流IR是指在規(guī)定的反向電壓（URM）和環(huán)境溫度下的反向電流。此值越小，二極管的單向?qū)щ娦栽胶?，工作越穩(wěn)定。IR對溫度很敏感，使用時注意環(huán)境溫度不宜過高。二極管的主要參數(shù)中最大整流電流IFM 最高反向工作電壓URM是選用二極管的兩個中途要依據(jù)。（三）發(fā)光二極管原理發(fā)光二極管采用砷

7、化鎵、磷化鎵、鎵鋁砷等材料制成。不同材料制成的發(fā)光二極管，能發(fā)出不同顏色的光。有發(fā)綠色光的磷化鎵發(fā)光二極管；有發(fā)紅色光的磷砷化鎵發(fā)光二極管；有發(fā)紅外光的砷化鎵發(fā)光二極管；有雙向變色發(fā)光二極管（加正向電壓時發(fā)紅光，加反向電壓時發(fā)綠色光）；還有三顏色變色的發(fā)光二極管等。發(fā)光二極管的外型有圓形的、方形的、三角形的等，發(fā)光形式有透明和散射的，有無色和單色的等。封裝形式有金屬、陶瓷和全塑料3種形式，并以陶瓷和全塑料為主。本任務(wù)種的發(fā)光二極管采用紅色。當(dāng)發(fā)光二極管的PN結(jié)加上正向電壓時，電子與空穴復(fù)合過程以光的形式放出能量。不同材料制成的發(fā)光二極管會發(fā)出不同顏色的光。發(fā)光二極管具有亮度高、清晰度高、電壓低

8、（1.53V）、反應(yīng)快、體積小、可靠性高、壽命長等特點，是一種很有用的半導(dǎo)體器件，常用于信號指示、數(shù)字和字符顯示。符號和照片二、電阻阻值的識別如何認(rèn)電阻？電阻主要有碳質(zhì)電阻，碳膜電阻，金屬膜電阻三類，應(yīng)用最廣的為碳膜電阻，最高檔的為金屬膜電阻。要想使用電阻，首先要弄清電阻的阻值。電阻的阻值除了直接標(biāo)注之外，常以色環(huán)來標(biāo)示，其中最常見的為4色環(huán)標(biāo)示和5色環(huán)標(biāo)示。如采用4色環(huán)標(biāo)題，其第一色環(huán)是十位數(shù)，第二色環(huán)為個位數(shù)，第三色環(huán)為應(yīng)乘位數(shù)，第四色環(huán)為誤差率。例如4色環(huán)的電阻的顏色排列為紅藍(lán)棕金。則這只電阻的電阻值為260歐誤差率為5%。如采用5色環(huán)表示，則其第一色環(huán)為百位數(shù)，第二色環(huán)是十位數(shù)，第三色

9、環(huán)是個位數(shù)，第四色環(huán)是應(yīng)乘位數(shù)，第五色環(huán)為誤差率。例如，5色環(huán)的電阻的顏色排列為黃紅黑黑棕，則其阻值為420X1=420歐，誤差為1%。5色環(huán)的電阻通常是誤差為1%的金屬膜電阻。其關(guān)系可見附表。電阻在電路中用“R”加數(shù)字表示，如：R1表示編號為1的電阻。電阻在電路中的主要作用為：分流、限流、分壓、偏置等。下面舉例說明： 例1當(dāng)四個色環(huán)依次是黃、橙、紅、金色時，因第三環(huán)為紅色、阻值范圍是幾點幾k的，按照黃、橙兩色分別代表的數(shù)4和3代入,，則其讀數(shù)為43 k。第環(huán)是金色表示誤差為5。 例2當(dāng)四個色環(huán)依次是棕、黑、橙、金色時，因第三環(huán)為橙色，第二環(huán)又是黑色，阻值應(yīng)是整幾十k的，按棕色代表的數(shù)1代入，

10、讀數(shù)為10 k。第四環(huán)是金色，其誤差為5 在某些不好區(qū)分的情況下，也可以對比兩個起始端的色彩，因為計算的起始部分即第1色彩不會是金、銀、黑3種顏色。如果靠近邊緣的是這3種色彩，則需要倒過來計算。 色環(huán)電阻的色彩標(biāo)識有兩種方式，一種是采用4色環(huán)的標(biāo)注方式，令一種采用5色環(huán)的標(biāo)注方式。兩者的區(qū)別在于：4色環(huán)的用前兩位表示電阻的有效數(shù)字，而5色環(huán)電阻用前三位表示該電阻的有效數(shù)字，兩者的倒數(shù)第2位表示了電阻的有效數(shù)字的乘數(shù)，最后一位表示了該電阻的誤差。 對于4色環(huán)電阻，其阻值計算方法位： 阻值=（第1色環(huán)數(shù)值*10+第2色環(huán)數(shù)值）*第3位色環(huán)代表之所乘數(shù) 對于5色環(huán)電阻，其阻值計算方法位： 阻值=（第

11、1色環(huán)數(shù)值*100+第2色環(huán)數(shù)值*10+第3位色環(huán)數(shù)值）*第4位色環(huán)代表之所乘數(shù) 例1：某4色環(huán)電阻色彩標(biāo)識如下： 該電阻標(biāo)稱阻值=26*107=260,000,000=260M，誤差范圍5%探究活動：課題：測量和計算電阻阻值組織形式：個人、學(xué)習(xí)小組活動方式：制定活動內(nèi)容。1、 由老師發(fā)給每組學(xué)生10種不同阻值的電阻，學(xué)生先用色環(huán)法計算出電阻阻值2、 用萬用表檢測出電阻的阻值大小3、 記錄兩次得出的實驗結(jié)果4、 小組討論、總結(jié)、交流。【實操訓(xùn)練】 一、震蕩電路一對一點亮發(fā)光二極管（一）實訓(xùn)目的1、認(rèn)識各種電阻器和二極管2、掌握電阻器阻值的讀取和測量方法3、鞏固二極管的特性及使用方法4、掌握限流

12、電阻阻值的計算方法（二）器件清單標(biāo)號值/型號數(shù)量VD1發(fā)光二極管2個R1、R25.1K2個R3、R44702個C1、C2100uF2個VT1、VT290132個（三）電路圖原理分析由上圖可見，這個電路是由兩個非門（反相器）用電容C1,C2構(gòu)成的正反饋閉合環(huán)路。三級管Q1的集電極輸出接在Q2的基集輸入，Q2的集電極輸出又接在Q1的基極輸入。電路接通電源后，通過基極電阻R2,R3同時向兩個三極管Q1,Q2提供基極偏置電流。使兩個三極管進(jìn)入放大狀態(tài)。雖然兩個三級管型號一樣對稱。但電路參數(shù)總會存在微小的差異，也包括兩個三極管本身，也就是說T1,T2的導(dǎo)通程度不可能完全相同，假設(shè)Q1導(dǎo)通快些，則D點的電

13、壓就會降的快些。這個微小的差異將被Q2放大并反饋到Q1的基極，再經(jīng)過Q1的放大，形成連鎖反應(yīng)，迅速使Q1飽和，Q2截止，D點變成低電平“0”，C點變成高電平“1”。Q1飽和后相當(dāng)于一個接通的開關(guān)，電容C1通過他放電。C2通過它充電。隨著C1的放電，由于有正電源VCC的作用，Q2的基極電壓逐漸升高，當(dāng)A點電壓達(dá)到0.7V后，Q2開始導(dǎo)通進(jìn)入放大區(qū)，電路中又會立刻出現(xiàn)連鎖反應(yīng)，是Q2迅速飽和，Q1截止，C點電位變電平“0”。D點電位變高電平“1”。這個時候電容C2放電，C1充電。這一充放電過程又會使Q1重新飽和,Q2截止。如此周而復(fù)始，形成振蕩。由上可以知道通過改變C1,C2的電容大小，可以改變電

14、容的充放電的時間，從而改變振蕩頻率?！局R鏈接】二極管質(zhì)量好壞的判斷和極性的判別二極管的檢測主要是判斷其正負(fù)極和質(zhì)量好壞?；痉椒ㄈ缦拢?）指針式萬用表: (黑表筆與表內(nèi)電源正極相連，紅表筆與表內(nèi)負(fù)極相連)首先將指針式萬用表量程調(diào)至 R100 或 R1K檔（一般不用 R1檔，因其電流較大，而 R10K檔電壓過高管子易擊穿），然后，將兩表筆分別接觸二極管兩個電極，測得一個電阻值，交換一次電極再測一次，從而得到兩個電阻值。一般來說正向電阻小于5K,反向電阻大于500K，如圖1.2所示。1. 極性判別 以阻值較小的一次測量為準(zhǔn)，黑表筆所接的一端為正極，紅表筆所接的一端則為負(fù)極。 2. 好壞判別性能好

15、的二極管，一般反向電阻比正向電阻大幾百倍。（1）如兩次測得的正、反向電阻很小或等于零，則說明管子內(nèi)部已擊穿或短路；（2）如果正、反向電阻均很大或接近無窮大，說明管子內(nèi)部已開路；（3）如果電阻值相差不大，說明管子性能差。上述三種情況的二極管均不能使用。 2）數(shù)字式萬用表: (紅表筆與表內(nèi)電源正極相連，黑表筆與表內(nèi)負(fù)極相連)若二極管正常，則兩次測量的結(jié)果應(yīng)該是：一次顯示“1”字樣或沒有顯示，另一次顯示零點幾的數(shù)字。此數(shù)字即是二極管的正向壓降：硅材料為0.6V左右；鍺材料為0.2V左右，且此時紅表筆接的是二極管的正極，而黑表筆接的是二極管的負(fù)極。 圖1.3 數(shù)字式萬用表檢測二極管極性【實操訓(xùn)練】 二

16、、發(fā)光二極管順序點亮（一）實訓(xùn)目的1、認(rèn)識常見電容器和三極管2、掌握電烙鐵等常用工具的使用方法3、鞏固二極管的特性及使用方法（二）器件清單標(biāo)號值/型號數(shù)量VD1發(fā)光二極管3個R1、R2、R35.1K3個R4、R5、R64703個C1、C2、C3100uF3個VT1、VT2、VT390133個（三）電路圖原理分析 其工作原理是：當(dāng)電源一接通，三只三極管就要爭先導(dǎo)通，但由于元器件有差異，只有某一只管子最先導(dǎo)通。假如 VT1 最先導(dǎo)通，那么 VT1 集電極電壓下降，使電容 C1 的左端接近零電壓，由于電容器兩端的電壓不能突變，所以 VT2 基極也被拉到近似零電壓，使 VT2 截止。 VT2 集電極為

17、高電壓，那么接在它上面的發(fā)光二極管就亮了。此刻 VT2 集電極上的高電壓通過電容器 C2 使 VT3 基極電壓升高，三極管 VT3 也將迅速導(dǎo)通。因此在這一段時間內(nèi)， VT1 與 VT3 的集電極均為低電壓，只有接在 VT2 集電極上的發(fā)光二極管亮，而其余兩只發(fā)光二極管不亮。隨著電源通過電阻 R3 對 C1 的充電，使三極管 VT2 基極電壓逐漸升高，當(dāng)超過 0.6 伏時， VT2 由截止?fàn)顟B(tài)變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)，集電極電壓下降，發(fā)光二極管熄滅。與此同時三極管 VT2 集電極電壓的下降通過電容器 C2 的作用使三極管 VT3 的基極電壓也下跳， VT3 由導(dǎo)通變?yōu)榻刂埂＝釉?VT3 集電極上的發(fā)光二極管就亮了。如此循環(huán)，電路中三只三極管便輪流導(dǎo)通和截止，三只發(fā)光二極管就不停地循環(huán)發(fā)光。