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亮电流二光电流+暗电流。
光敏电阻单元接线图
5.实验方法与步骤
1、肓流稳压电源置±
12V档,光敏电阻探头用专用导线一端连接后,插入照度实验架上传感器安装孔,导线另一端插入面板上“光敏电阻Ti”插口。
2、开启电源及光强开关,并将“光强/加热”开关置5档,此时入射照度最大。
同时检杏加热开关是否关闭。
3、在“光敏电阻单元”如图1-1接线。
4、检杳接线是否正确。
5、关闭光强开关,记下电流表度数(暗电流),将数据记录。
随后将“光强/加热”开关置“1”档。
6、开启光强开关,记录电流表读数,并逐步将“光强/加热”开关转换到“5”档,记
录每一档所对应的电流表读数,并填入下表。
光强(档)
1
2
3
4
5
电流(mA)
7、将光强/加热开关置于“5”档,直流稳压电源置于±
4V档。
8、保持光强/加热开关在“5”档,将“右•流稳压电源”分档逐步调整至±
12V,并逐
一记下电流表读数并填入下表
电压(V)
6
8
10
12
9、将光强/加热开关分别调至“4”和“3”档,重做步骤8,记录电流表读数填入下表
光强/加热开关置“4”档
光强/加热开关置“3”档
6.实验报告内容与要求
1.填写实验数据表格。
2・12V偏置电压下的照度-电流||]|线。
3.5档照度下,光敏电阻的V-I特性曲线。
4.4档照度下,光敏电阻的-I特性曲线。
5.
3档照度下,光敏电阻的V-I特性曲线。
1.12V偏置电压下的照度-电流曲线可以分析得出照度与电阻的关系如何?
2.照度对于光敏电阻的伏安特性有何影响?
实验二光敏电阻开关设计实验
1.实验目的
1.光敏电阻的应用方式。
2.光电开关的工作原理。
3.LED驱动电路的应用。
二・实验内容
1.光敏电阻检测电路的使用。
2.设计电路控制LED的亮灭。
三.实验设备及仪器
1.直流稳压电源。
4.LED指示灯。
・注意事项
1.LED指示灯需要接保护电阻,否则极易烧毁。
2.晶体管放大电路屮集电极不可与电源短接。
5.实验线路及原理
光敏电阻是一种当光照射材料表血被吸收后,在其屮激发载流子,使材料导电性能发生变化的内光电效应器件。
当加上一定电压后,光生载流了在电场的作用下沿一定方向运动在电路屮产生电流,达到光电转换的目的。
当入射光的照度一定时,电路屮的电流与光敏电阻的侃置电压存在一定的关系。
常用的光敏电阻测量电路有恒流电路和恒压电路。
LED驱动电路的相关知识见书本有关章节。
6.实验方法与步骤
1.参考书本关于光敏电阻检测(恒流/恒压)电路,设计一电路,由实验台光源照度控制LED指示灯的亮灭。
2.直流稳压电源置±
12V档,光敏电阻探头用专用导线一端连接后,插入照度实验架上传感器安装孔,导线另一端插入面板上“光敏电阻Ti”插口。
3.按预先设计的电路选择合适电路元件搭建开关电路。
4.将保护电阻和毫安表与LED串接,便于记录LED屮的电流大小。
5.光强/加热开关置5档,开启光强/加热开关。
6.将光强/加热开关逐步转至4・1档,记录指示灯的亮灭情况填入下表
7.转动光谱调整架测微头使传感器透光狭缝进入光谱带红光一侧。
8.转动测微杆,在光谱带内移动狭缝,注意LED指示灯的闪亮情况
7.实验报告内容与要求
1.绘制设计的光明电阻开关电路。
2.实验数据填入表格。
八•思考
1.控制方式是否只有一种?
2.不同的控制方式灵敏度是否一样?
3.不同波长的光源对光敏电阻的光电特性是否有煤响?
1.了解光栅结构与位移测帚的原理。
1.利用光栅的光学放大原理测址微小位移。
1.光栅实验模块。
2.直流稳压电源。
3.细分计数板。
4.螺旋测微仪。
5.示波器。
坐吗翩跑期
光栅是由标尺光栅和指不光栅组成的。
光栅在木质是指在光学玻璃上平行均匀地刻出的貞线条纹。
在标尺光栅和指不光栅上,通常他们的线纹密度一样,一般10-100线/亳米。
(b)指示光栅
图3-1标尺光栅和指示光栅
把指示光栅平行放在标尺光栅上而,再使两者线纹之间形成一位小夹角,在光照过光栅
时,在指不光栅上就会产生若干粗的明暗条纹,称为莫尔条纹。
当指示光栅和标尺光栅之间
作相对左右移动时,莫尔条纹也作上下移动。
假设莫尔条纹宽度是W,并按W/4处分别放置两个光敏三极管,随着指不光栅的移动,在光敏三极管屮就感应出和光线壳度相丿应的电流。
显见,指示光栅毎移动一个栅距,则会使莫尔条纹移动一个纹距,而一个移距会在光敏三极管屮产生一个周期的正弦波。
对于50线光栅,每移动l/50mm的距离,则产生一个正弦波输出。
为了提高计数分辨率,通常对光栅输出信号方波进行四倍频细分。
对于移动一个栅距而形成TP1、TP2方波,在一个周期内,其信号幅值变化为:
11-10-00-01-11,或10-11-01-00-10,即每一周期有4个电平变化,利用D鮭发器可获得4个边缘脉冲信号,若计数器是对这样的边缘脉冲计数,则将使光栅计数分辨率(精度)提高四倍。
例如,采用50线光栅传感器,经过4倍频电路示,计数分辨率将变成:
1/50X1/4二5u叽
图3-3光栅传感器输出方波
五.实验方法与步骤
1、按实验要求接线:
光栅实验模块和细分计数板的电源接直流稳压电源输出,电源置±
12V档,螺旋测微仪与指示光栅固定,起始位置置Omm处。
2、光栅输出端了接细分计数板,细分计数板A(TP1)、B(TP2)端分别接示波器。
3、检查接线是否正确,打开电源开关。
4、旋转螺旋测微仪使指示光栅产生一定量的位移,观察细分计数板的C(TP3)、D(TP4)
端的边缘脉冲输出结果,填入下表。
位移(um)
25
50
75
100
150
计数器(C端)
5、按细分计数板清零键,将当前显示值清为0.000状态。
6、螺旋测微仪起始位置置15()um,反向位移,重复第4步,记录数据填入下表。
六.实验报告内容与要求
I.
填写实验数据表格。
1.分析光栅的光学放大原理
2.分析细分原理
——线径测量
实验目的
1.了解电荷耦合器件测径系统的结构与工作特性。
2.学会线径测试仪的使用。
1.CCD线径仪的使用。
1.成像传感器及电了处理模块。
2.
成像光学系统。
3.
照明光源。
4.
螺旋测微仪。
测量仪支架。
6.
机械调节器。
7.
电源适配器。
&
USB接11线。
9.
玄流稳压源。
10.
测量软件。
11.
计算机。
・实验线路及原理
光源从一端发射,照到被测量物体,通过光学系统在另一端成像(成像的精度由光学系
统控制,即调焦)。
由于齐物体在成像端的像与该被测物体的真实尺寸具有一定的比例,经过标准件的测量,得出相应的比例因了,这样通过计算就能测出被测量物体的尺寸。
1、CCD测量仪主要在底朋两端分别支起光源支架和传感器支架,光源支架上安装有电源适配器和光源廉,传感器支架上安装有传感器盒和调焦环,并通过遮光筒将光源丿來和调焦环联结起来。
其具体结构参见图4・1
图4・1CCD线径仪结构图
2、电源适配器接±
12V岚流电源,用USB线连接测径仪和计算机。
3、开启计算机测量稈序。
4、按“定标”按钮,在侧量窗口插入标准具,调報调焦环至清晰成像。
5、输入标准具的标称量;
取出标准具。
6、按“开始”按钮,在测量窗口插入待测物件,调焦至清晰成像。
7、按“粋停”按钮使测量窗口显示静止,读取测量数据。
X、按“继续”按钮恢复测量窗口的动态显示;
按“结束”按钮可以退出。
9、选择多个样品,分别用螺旋测微仪和CCD线径仪进行测最。
1.根据所选样品,分别测量,记录结果数据,计算误差。
七•思考
1.光学调焦的CCD线径仪的精度如何?
实验五光电二极管、三极管特性实验
1.T解光电二极管光电特性、伏安特性。
2.了解光电三极管光电特性,当光电管的工作偏压一定时,光电管输出光电流与入射光的照度(或通景)的关系。
1.分别测试光电二极管、三极管的光电特性和伏安特性。
2.比较两种器件的相同点和区别。
1.光电二极管。
2.光电二极管变换单元。
3.电压表。
4.光电三极管。
5.光电三极管变换单元。
4.注意事项
1.为使实验肓观,该实验没有在封闭的黑盒屮进行,所以具有一定的外界因素干扰,实验时请注意不要使正面干扰光较大,同时注意人员移动时的影响。
2・因光电二极管产生的光电流比较小,为便于读数,所以采用I/V变换器将光电流Iu转换成电压,其关系为:
Iu=IV/Rtl
五・实验线路及原理
光电二极管是一种典型的光伏器件,用高阻P型硅作为基片,表面掺杂生长一层极薄
的N型层(大约lum),从而形成一很浅的表面PN结,而空间电荷区较宽,所以保证大部
图5・1光电二极管测量电路
分光了能够入射到耗尽层内。
由光了激发的电了■空穴对在反向偏置电压Vbb作用下形成二极管的反向光电流。
此光电流通过外加负载RlF?
产生电压信号输岀。
*12V
图⑹
电压表
图5-2光电三极管测量电路
光电三极管是一种光生伏特器件,用高阻P型硅作为基片,然后在基片表面进行掺杂
形成PN结。
N区扩散得很浅为lum左右,而空间电荷区(即耗尽层)较宽,所以保证了大部分光了入射到耗尽层内。
光了入射到耗层内被吸收而激发电了•空穴对,电了■空穴对在外加反向偏置电压Vbb作用下,空穴流向正极,形成了三极管的反向电流即光电流。
光电流通过外加负载电阻Rl示产生电压信号输出。
六・实验方法与步骤
1.盲流稳压电源置±
12V档,光敏二极管探头用专川导线一端连接示,插入照度实验架上传感器安装孔,导线另一端插入面板上“光敏二极管Ti”插口。
2.开启光强开关,并将光强/加热开关置“5”档,此时入射照度最大。
3.在“光电二极管单元”如图5-1接线,并在负载单元屮选择R=_200K_作为Rf接入I/V变换器。
4.关闭光强开关,记下电压表的读数(暗电流),并将数据填入下表。
随后将光强/加热开关置“1”档。
光强
电流(I)
(V/Rf)
5.开启光强开关,记下电压表读数,并逐步将“光强/加热”开关转换到“5”档,记
下每一档的电压表读数并填入上表。
6.作出照度一电流曲线(Il尸V/Rt-)o
7.将光电二极管的“+”极与“丄”Z间联线拆去,在“+”极接入・4V电压使光电二极管出负偏压状态。
重复4・5过程,比较一下与零偏压是有什么区别?
8.开启光强开关,并将光强/加热开关置“5”档,同时检查加热开关是否关闭,仍按图5・1接线(零偏压)。
9.记录下这时电压表读数,并填入下表
偏压(V)
-4
-6
-8
-10
电压(Vo)
电流
(iv(yRfi)
10.将光电二极管的“+”极与“丨”Z间联线拆去,将“肓流稳压电源”单元中“・Vo”
端口与光电二极管“+”极相连,给二极管加上偏压。
11.直流稳压电从・4V逐步调整至・10V,记录下每一步的电压表读数值。
并填入上表。
12.做出VJI11J线。
13.将光强/加热开关分别调至“4—3”档,重复上述9・12步,比较三条V・IlW线有什么不同?
14.盲流稳压电源置±
12V档,光敏三极管探头用专用导线一端连接示,插入照度实验架上传感器安装孔,导线另一端插入面板上“光电二极管Ti”插口。
15.开启电源及光强开关,并将光强/加热开关置“5”档,此时入射照度报大。
同时检杳加热开关是否关闭。
16.在“光电三极管单元”如图6・1接线,选择&
=200Q,Rb二2K。
17.关闭光强开关,记下电流表的读数(暗电流),并将数据填入下表。
随后将光强/
加热开关置“1”档。
18.开启光强开关,记下电流表读数,并逐步将“光强/加热”开关转换到“5”档,记
下每一-档的电流表读数并填入上表。
19.作出照度一电流曲线。
20.重复1・2步,记录下这时电流表读数,并填入下表
V
+4V
+6V
+8V
+10V
+12V
I(mA)
21.直流稳压电源从±
12V逐步降至±
4V,每隔一步记录下电压表读数,并填入上表。
22.作出V-I曲线。
23.将光强/加热开关分别调至“4—3”档,重复上述7-9步,比较三条V-I曲线有什么
不同?
2.作出光电二极管不同档位伏安特性1111线图。
3.作出光电三极管不同档位伏安特性1111线图。
8.思考
1.比较光电二极管、三极管的伏安特性曲线图的不同Z处。
实验六光电池特性实验
1.了解光电池的光电特性,即短路电流及开路电压与照度的关系。
1.了解光电池的光电特性。
2.了解光电池的光谱特性
1.光电池。
2.光电池变换单元。
3.照明光源。
4.光谱调较支架。
四.实验线路及原理
硅光电池在原理结构上类似于光电二极管,其区别在于硅光电池用的衬底材料的电阻率低,约为0.1-0.01Q.cm,而硅光电二极管衬底材料的电阻率约为lOOOQ.cm,光敏面从0.1Q.cmJiOQ.cn?
不等,光敏面积达则接收辐射能量多。
输出光电流大。
1.将光电池用专用导线连接后,插入照度实验架上传感器安装孔,导线另一端插入血板上“光电池”插口。
2.开启电源及光强开关,并将光强/加热开关置“5”档,此时入射照度最大。
3.在“光电池单元”如图7-1接线。
图6-1光电池电流特性
4.关闭光强开关,记下电流表的读数(暗电流),并将数据填入下表。
5.开启光强开关,并逐步将“光强/加热”开关转换到“5”档,记下每一档的电流表
读数并填入上表。
6.作出照度一短路电流曲线。
7.如图7・2接线,做开路电压试验。
8.关闭光强开关,记下电压表的读数,并将数据填入下表。
随后将光强/加热开关置
“1”档。
电压
O
O
070
图6・2光电池开路电压特性
9.开启光强开关,并逐步将“光强/加热”开关转换到“5”档,记下每一档的电压表
10.作出照度■开路电压曲线。
11.如图7・3接线,选择Rt=50QO
图7-3光电池电流/电压特性
12.记录下这时电压/电流表读数,并填入下表。
负载
50Q
100Q
200Q
300Q
400Q
IKQ
2KQ
(mA)
13.将Rl换成50Q、2KQ、200K。
14.分别记录下电压/电流标的读数并填入上表。
15.作出随负载电阻变化的V-I曲线。
16.将“光强/加热”开关逐步调至“4—3”档,重复上述12-16步,比较三条V-I曲线
有什么不同?
17.转动光谱支架测微杆使光谱带进入传感器的透光狭缝屮。
18.在“光电池单元”如图7・3接线,选择R.=_200Qo
19.转动光谱支架测微头,使传感器透光狭缝处于红光外侧,并使电压表指示输出最小
(光谱指针指示在红外区域)。
20.记下此时电压表读数,填入下表。
波长(入)
〉0.78
••••
•■••
21.转动微杆,使透光狭缝慢慢进入有效光谱区域。
从电压表数字开始变化起,参考光谱分布图每隔一定的△入记下一数值,直到紫光外侧。
并记录下每一步的电压表读数。
22.作出X—V响应曲线。
23.根据该1111线,对照光谱分布图可得出该光电三极管大致的光谱响应范围及峰值波
长。
1.填写实验表格。
2.绘制光电池开路电压特性曲线。
3.绘制光电池短路电流特性Illi线。
4.绘制光电池输出电压■光照波长关系Illi线。
1.实验室光电池的材料是硅还是餡?
2.光电池的开路电压和短路电流特性如何?
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