传感器课设报告.docx

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传感器课设报告

传感器课设报告

河北科技大学

课程设计报告

学生姓名学号：

专业班级：

课程名称：

传感器原理及应用

指导教师：

学年学期：

2013—2014学年第1学期

2013年12月

课程设计成绩评定表

学生姓名

学号

成绩

专业班级

电信113

起止时间

2013.12.30-2014.1.3

设计题目

光敏电阻控制三极管的通断

指

导

教

师

评

语

指导教师：

年月日

一、光电传感器的简介

二、课程设计的目的

三、本设计的原理

四、相关元器件的说明和介绍

五、设计电路的实物图

六、实际调试过程

七、心得与体会

一、光电传感器的简介

　　光电式传感器是将被测量的变化转化成光信号的变化，再通过光电器件把光信号的变化转化成电信号的一种传感器。

它一般由光源、光学通路、光电器件三部分组成。

被测量作用于光源或者光学通路，从而引起光量的变化。

光电效应：

在光线的作用下，金属内的电子逸出金属表面，向外发射的现象称为外光电效应，基于外光电效应的器件有光电管和光电倍增管。

在光线作用下，物质电阻率发生变化的现象称为内光电效应，基于内光电效应的器件有光敏电阻，光导管。

光电管：

光敏电阻

光敏电阻又称光导管，是一种均质半导体光电元件。

它具有灵敏度高、光谱响应范围宽、体积小、重量轻、机械强度高、耐冲击、耐振动、抗过载能力强和寿命长等特点。

光敏电阻器是利用半导体的光电效应制成的一种电阻值随入射光的强弱而改变的电阻器；入射光强，电阻减小，入射光弱，电阻增大。

光敏电阻器一般用于光的测量、光的控制和光电转换（将光的变化转换为电的变化）。

常用的光敏电阻器硫化镉光敏电阻器，它是由半导体材料制成的。

光敏电阻器的阻值随入射光线（可见光）的强弱变化而变化，在黑暗条件下，它的阻值（暗阻）可达1~10M欧,在强光条件（100LX）下，它阻值（亮阻）仅有几百至数千欧姆。

光敏电阻器对光的敏感性（即光谱特性）与人眼对可见光（0.4~0.76）UM的响应很接近，只要人眼可感受的光，都会引起它的阻值变化。

二、课程设计的目的

1、掌握传感器的使用方法和设计要点的基本技能，加深对“传感器原理及检测技术”理论知识的理解，为从事仪器系统开发与设计打下基础。

2、锻炼自主独立完成课程设计的能力，培养积极动手创新的精神。

3、通过课程设计提高我们的动手实践能力，为我们以后更好的学习传感器和其他的相关知识奠定基础，使我们更好的适应现代社会的需求。

4、随着科学技术的发展，许多高端技术已经实现了自动检测与控制。

同时传感器的应用也逐渐增多，遍及人们生活的各个方面，给人们的生产和生活带来极大的方便。

5、本设计选用光敏传感器，对特殊场合的光照强度进行检测与报警。

主要应用于农业大棚、城市照明等对光照强度有要求的场合。

三、本设计的原理

本设计应用了光敏传感器，采用的是光敏电阻。

考虑到发光二极管，在其输出端接上限流电阻，以防发光二极管被烧坏。

通过光照强度的变化来控制发光二极管的亮灭，原理比较简单，且电路图并不是很复杂，可实现性比较高。

本电路利用光敏电阻受光照阻值发生变化的特性，控制三极管的通断及LED的亮灭。

当光敏电阻受光照时，其阻值变小，三极管到导通，LED亮；当光敏二极管不受光照时，其阻值又恢复到在黑暗环境下的阻值，即阻值变大，三极管由导通变为截止，LED灭。

四、相关元器件的说明和介绍

1、光敏电阻

光敏电阻又称光导管，是一种均质半导体光电元件。

它具有灵敏度高、光谱响应范围宽、体积小、重量轻、机械强度高、耐冲击、耐振动、抗过载能力强和寿命长等特点。

2、光敏电阻的原理和结构

光敏电阻受到光照时，由于内光电效应，因而其导电性能增强而电阻R0值下降，所以流过负载电阻RL的电流及其两端电压会发生变化。

一般而言，光线越强，电流越大。

当光照停止时，光电效应会立即消失，电阻又恢复原值。

通常，光敏电阻器都制成薄片结构，以便吸收更多的光能。

当它受到光的照射时，半导体片（光敏层）内就激发出电子—空穴对，参与导电，使电路中电流增强。

为了获得高的灵敏度，光敏电阻的电极常采用梳状图案，它是在一定的掩膜下向光电导薄膜上蒸镀金形成的。

3、主要参数与特性

（1）光电流、亮电阻。

光敏电阻器在一定的外加电压下，当有光照射时，流过的电流称为光电流，外加电压与光电流之比称为亮电阻，常用“100LX”表示。

（2）暗电流、暗电阻。

光敏电阻在一定的外加电压下，当没有光照射的时候，流过的电流称为暗电流。

外加电压与暗电流之比称为暗电阻，常用“0LX”表示。

（3）灵敏度。

灵敏度是指光敏电阻不受光照射时的电阻值（暗电阻）与受光照射时的电阻值（亮电阻）的相对变化值。

（4）光照特性。

光照特性指光敏电阻输出的电信号随光照度而变化的特性。

从光敏电阻的光照特性曲线可以看出，随着的光照强度的增加，光敏电阻的阻值开始迅速下降。

若进一步增大光照强度，则电阻值变化减小，然后逐渐趋向平缓。

在大多数情况下，该特性为非线性。

（5）伏安特性曲线。

伏安特性曲线用来描述光敏电阻的外加电压与光电流的关系，对于光敏器件来说，其光电流随外加电压的增大而增大。

光敏电阻器主要用于各种光电控制系统，如光电自动开关门户，航标灯、路灯和其他照明系统的自动亮灭，自动给水和自动停水装置，机械上的自动保护装置和“位置检测器”，极薄零件的厚度检测器，照相机自动曝光装置，光电计数器，烟雾报警器，光电跟踪系统等方面。

检测光敏电阻的电路：

4、发光二极管

 发光二极管（LED）是一种由磷化镓（gap）等半导体材料制成的、能直接将电能转变成光能的发光显示器件。

当其内部有一定电流通过时，它就会发光。

发光二极管的应用电路：

5、电阻色环的识别

色环电阻用四道色环或者五道色环来表示电阻值。

首先，先找标志误差的色环，从而排定色环顺序。

最常用的表示电阻误差的颜色是：

金、银、棕，尤其是金环和银环，一般绝少用做电阻色环的第一环，所以在电阻上只要有金环和银环，就可以基本认定这是色环电阻的最末一环。

四色环电阻：

第一色环是十位数，第二色环是个位数，第三色环是应乘颜色次幂颜色次，第四色环是误差率　

五色环电阻：

第一色环是百位数，第二色环是十位数，第三色环是个位数，第四色环是应乘颜色次幂颜色次，第五色环是误差率。

棕1，红2，橙3，黄4，绿5，蓝6，紫7，灰8，白9，黑0。

6、三极管

晶体三极管的种类：

晶体三极管按结构分，有点接触型和面接触型。

按工作频率分有高频三极管和低频三极管、开关管。

按功率大小可分为大功率、中功率、小功率三极管。

从封装形式分有金属封装和塑料封装等形式。

由于三极管的品种多，在每类当中又有若干具体型号，因此在使用时务必分清，不能疏忽，否则将损坏三极管。

三极管有两个PN结，三个电极（发射极、基极、集电极）。

有NPN和PNP两种。

三极管的输出特性曲线：

三极管的封装：

三极管9013参数：

最大耗散功率（PCM）：

0.625W

最大集电极电流（ICM）：

0.5A

集电极-发射极击穿电压（VCEO）：

25V

集电极-基极击穿电压（VCBO）：

45V

发射极-基极击穿电压（VEBO）：

5V

集电极-发射极饱和压降（VCE）：

0.6V

三极管引脚判别方式：

对于NPN型的三极管：

红黑表笔颠倒测量两极间的正、反向电阻，虽然两次测量中万用表指针偏转角度都很小，但仔细观察，总会有一次偏转角度稍大，此时电流的流向一定是：

黑表笔→c极→b极→e极→红表笔，电流流向正好与三极管符号中的箭头方向一致（“顺箭头”），所以此时黑表笔所接的一定是集电极c，红表笔所接的一定是发射极e。

对于PNP型的三极管：

道理也类似于NPN型，其电流流向一定是：

黑表笔→e极→b极→c极→红表笔，其电流流向也与三极管符号中的箭头方向一致，所以此时黑表笔所接的一

定是发射极e，红表笔所接的一定是集电极c。

五、设计电路的实物图

六、实际调试过程

1、基本调试：

在计算相关参数过程中，需先用万用表测量光敏电阻在有光照和无光照的情况下的电阻值，然后根据测得的电阻值去选择要用的分压电阻，以保证其能起到分压的作用。

2、检查光敏电阻是否正常。

将万用表至于测电阻的档位（本人使用的光敏电阻电阻大概在兆十千欧级），分别测量在有光照和无光照时光敏电阻的电阻。

若电阻为0或是无穷大，则说明此光敏电阻损坏。

七、心得与体会

第一次自己完全亲手去做某件东西，感觉很兴奋。

虽然做得比较简单，但是还是很庆幸自己能过独立完成这个任务。

课程设计的确做过不少，但是很多都只是按规定的步骤去做。

老师把规矩订的死死的，很少有自由发挥的余地。

但是这次不同，我们可以自己选择要做得电路。

刚听传感器老师说这个课程设计时感觉真的有难度。

从选择电路到制作完成，每一步都由我们自己来完成。

这个听起来的确是有那么一点儿恐怖。

但是对每一个人来说又是一种尝试，一种可以说是前所未有的挑战。

首先开始去图书馆找相关资料，同时也上网搜了很多资料。

结果是相关的电路图并不少，可是很多都是用集成芯片去控制的，许多元器件根本不知道是什么东西。

很多电路看起来并不是很难，用的元器件也不是很多。

首先找了几个比较实用的电路，分析电路的可行性。

由于这次课程设计没有专用的电路板，元器件之间的连接只能用导线。

所以这次我选择的电路连线并不是很复杂。

选定电路之后，就找时间去买东西。

虽然理论知识学的不少，但是碰到实际元器件还是认不清楚。

看卖家讲的条条有理，真是有点愧对自己的大学。

居然连自己专业的元器件都分不清楚。

看来以后学习的时候一定要书本知识联系实际，这样才能毕业后掌握专业本领。

考虑到自己不经常动手的原因，所有的元器件都准备了两份。

以前总以为理论是最重要的。

现在才知道实践也同样重要，实践过后才会真正掌握理论。

学生时代，很多人只注重了理论，忽略了实践的重要性和必要性。

从而导致很多大学生眼高手低，能说不能做，毕业之后找工作困难。

所以，我们要抓紧这宝贵的一年半时间，在学好理论的同时，努力锻炼自己的动手能力。

只有这样我们才能将理论应用于生产实践，为国家的发展做出自己的贡献，同时实现自己的人生价值。