光敏电阻测光强度设计毕业论文.doc

江汉大学毕业论文 I 毕 业 论 文 论文题目论文题目 光敏电阻测光强度设计 学学生生姓姓名名 学学生生学学号号 专专业业班班级级 学学院院名名称称 指指导导老老师师 江汉大学毕业论文 II 毕业论文原创性声明毕业论文原创性声明 本人郑重声明 所呈交的论文是本人在老师的指导下独立进行研究所取得的 研究成果 除了文中特别加以标注引用的内容外 本论文不包含任何其他个人或 集体已经发表或撰写的成果作品 对本文的研究做出主要贡献的个人和集体 均 已在文中以明确方式标明 本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担 学生签名 张晓晖日期 2014 年 4 月 19 日 毕业论文版权使用授权书毕业论文版权使用授权书 本毕业论文作者完全了解学校有关保留 使用论文的规定 同意学校保留并 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版 允许论文被查阅和借阅 本 人授权湖南大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索 可以 采用影印 缩印或扫描等复制手段保存和汇编本论文 本论文属于 1 保密 在 年解密后适用本授权书 2 不保密 请在以上相对应方框内打 学 生签名 张晓晖日期 2014 年 4 月 19 日 指导教师签名 兰红霞日期 2014 年 4 月 19 日 江汉大学毕业论文 III 光敏电阻测光强度系统光敏电阻测光强度系统 摘摘 要要 光敏电阻测光强度系统 该系统可以自动检测光照强度的强弱并显示让人们知道此 时光照强度的强弱 人们可以通过看此装置的显示了解现在的光照状态 做合理的光照 调节 该设计可分为三部分 即光照检测部分 信号处理部分 光强显示部分 还可加 上报警部分 对于光照检测部分可利用光敏电阻传感器作为检测元件 它可以完成从光 强到电阻值的信号转换 再把电阻值转换为电信号就可以作为系统的输入信号 对输入 信号处理后 就可以用来显示了 对于显示部分可利用数码管来显示 不同的光强对应 于不同的数值 就能简单的显示出不同的光强了 关键词关键词 光敏电阻 光照强度 数码管 江汉大学毕业论文 IV 目 录 引言 3 一 设计任务与要求 3 1 1 本综合设计实训任务的内容和要求 3 二 系统概述 3 2 1 系统的主要功能 3 2 2 光敏电阻测光系统的工作原理 4 2 3 光敏电阻测光系统的工作过程 4 2 4 元器件的选择 5 2 5 光敏电阻功能及简介 5 三 系统总体方案的设计 6 3 1 硬件电路的设计 6 3 2 光强度自动检测电路的设计 7 3 3A D 转换器电路的设计 8 3 4 显示电路的设计 8 四 软件设计 9 4 1 设计思想 9 4 2 方案实现 10 五 实训心得体会 11 参考文献 13 附录 14 江汉大学毕业论文 1 绪绪 论论 一 课题研究背景及意义 光敏电阻是现代电子电路的核心元件 光敏电阻促进并带来了 固态革命 进而推 动了全球范围内的半导体电子工业 作为主要部件 它及的时候 普遍地首先在通讯工 具方面得到应用 并产生了巨大的经济效益 由于光敏电阻彻底改变了电子线路的结构 集成电路以及大规模集成电路应运而生 这样制造像高速电子计算机之类的高精密装置 即变成了现实 我们生活中所接触的一些电子产品 例如 电视 手机 电脑里面都含有一些三极 管 我们可以通过对三极管的研究 来弄清楚这些生活中接触到得电子产品在电路组成 上的一些特性 我们也可以通过对三极管的研究来了解如何避免错误使用导致这些电子 产品的损坏以及继承前人的经验 结合现在的科学技术来研究更加具有经济效益的三极 管 二 研究现状 我国是当今世界最大的发展中国家 我国的三极管制作工艺已经走在世界的领先水 平 并且我国有制造三极管的种类的数量在世界上也是首屈一指的 只有把握的时候代 的契机 才能实现科学技术的进步 三极管作为电子电路中的基本元器件 同的时候也 涉及到很多有关半导体物理里面的知识 所以对于研究三极管的一些特性 以及三极管 自身的一些应用 也是很有必要的 三 研究思路 通过查阅收集相关的资料以及试验相结合 了解目前三极管的一些特性及其应用的 一些情况和三极管在现代社会中的发展现状 对三极管的特性及其应用再进行一些分析 四 研究方法 1 文献资料法 通过查阅和收集关于三极管应用及发展相关的文献材料 2 进行一些理论性的试验 在物理试验室里面对测试三极管的一些特性 3 数理统计法 对获得的材料进行整理 江汉大学毕业论文 2 第一章第一章 三极管的种类和结构三极管的种类和结构 三极管的结构是由两个结区和三个引脚所组成 三极管的结构是由两个结区和三个引脚所组成 发射区和基区之间构成的 PN 结被 称之为发射结 而集电区和基区构成的 PN 结被称之为集电结 三条引线分别被称之为发射 极 e 基极 b 和集电极 1 1 三极管的种类 1 按材质分类 Si 管 Ge 管 2 按结构分类 NPN PNP 3 按功能分类 开关管 功率管 达林顿管 光敏管等 4 按功率分类 小功率管 中功率管 大功率管 5 按工作频率分类 低频管 高频管 超频管 6 按结构工艺分类 合金管 平面管 7 按安装方式分类 插件三极管 贴片三极管 图 1 1 1 晶体三极管 由于在我们现实生活中 NPN 三极管所使用的频率大大的超过了 PNP 三极管 所以 在本文中 我们所探讨的三极管类型主要是按照 NPN 来研究的 后文所出现的三极管 如果没有特别说明 均认为是 NPN 型 1 2 三极管的内部结构 1 三极管的结构特点 江汉大学毕业论文 3 1 基区十分的薄 且掺杂浓度低 2 发射区掺杂浓度要比基区以及集电区高得多 3 集电结的结面积比发射结大 2 三极管的内部结构示意图 图 1 2 1 三极管的内部机构以及符号 左边为 NPN 型 右边卫 PNP 型 第二章第二章 光敏电阻的制造工艺光敏电阻的制造工艺 2 1 扩散型光敏电阻 在高温的 P 型杂质气体中 而加热 N 型 Ge 或者 Si 的单晶片 从而使得单晶片的一 面变成 P 型 应用此种方法制成的 PN 结 因为 PN 结正向电压的压降比较小 所以应用 于大电流整流 最近一段的时候间内 使用大电流整流器的主流已由 Si 合金型转移到 Si 扩散型 2 2 合金型光敏电阻 在 N 型 Ge 或 Si 的单晶片上 通过合金铟 铝等金属的方法制作 PN 结而构成的 正 向电压的压降小 适于大电流整流 因为其 PN 结反向的时候静电容量大 所以不适于高 频检波和高频整流 2 3 平面型光敏电阻 在半导体单晶片 主要地是 N 型 Si 单晶片 上 扩散 P 型杂质 利用 Si 片表面氧 化膜的屏蔽作用 在 N 型 Si 单晶片上仅选择性地扩散一部分而构成的 PN 结 因为此 不需要为调整 PN 结面积的药品腐蚀作用 由于半导体表面被制作得平整 所以得名 并 江汉大学毕业论文 4 且 PN 结合的表面 因为被氧化膜覆盖 所以公认为是稳定性好和寿命长的类型 最初 对于被使用的半导体材料是采用外延法构成的 所以又把平面型称为外延平面型 对平 面型二极管而言 似乎使用于大电流整流用的型号很少 而作小电流开关用的型号则很 多 第三章第三章 三极管内部载流子的运动三极管内部载流子的运动 3 1 工作区域 三个工作区域分别为 截止区 放大区 饱和区 1 截止区 三极管工作在截止状态 当发射结电压 Ube 小于 0 6 0 7V 的导 通电压 发射结没有导通集电结处于反向偏置 没有放大作用 2 放大区 三极管的发射极加正向电压 Ge 管约为 0 3V Si 管约为 0 7V 集电极加反向电压导通后 Ib 控制 Ic Ic 和 Ib 近似于线性关系 在基极 加上一个小信号电流 引起集电极大的信号电流输出 3 饱和区 当三极管的集电结电流 IC 增大到一定程度的时候 再增大 Ib Ic 也不会增大 超出了放大区 进入了饱和区 饱和的时候 Ic 最 大 集电极和发射之间的内阻最小 电压 Uce 只有 0 1V 0 3V UceILmax 2 击穿电压的选取 当电网电压波动 10 的时候 稳压电路输入电压 UI 到最大值 UImax 同的时 候输出电压又最低的时候 调整管承受的管压降最大 所以要求调整管击穿电压 U BR CEO UImax UOmin 3 功率 PCM 的选取 江汉大学毕业论文 16 调整管可能承受的最大集电极功耗 PCmax UCEmax ICmax UImax UOmin ICmax 其中 UImax 是考虑到电网电压波动 10 的时候 稳压电路输入电压的最大值 UOmin 是输出电压的最小额定值 所以要求 PCM UImax UOmin Ilmax 5 25 2 特别三极管特别三极管 5 2 1 光敏三极管 一 光敏三极管和普通三极管的差异 光敏三极管和普通三极管相比起来 也有电 流放大作用 区别只是它的集电极电流不只是受基极电路和电流控制 同的时候也受光 辐射的控制 二 光敏三极管的优越性 当具有光敏特性的 PN 结受光辐射的时候 构成光电流 由此产生的光生电流会由基极进入发射极 从而在集电极回路中可以得到一个放大了相 当于 倍的信号电流 由不同材料制成的光敏三极管是具有不同的光谱特性 和光敏二 极管相比 具有很大的光电流放大作用 即很高的灵敏度 三 光敏三极管的作用 1 测量光的亮度 例如安装一个控制电路 当太阳升起的时候 由于亮度达到一定程 度的时候 所有日光灯管当无法正常启动 这即要利用到光敏三极管 2 光电隔离 光敏三极管也起到传输信号的作用 光电隔离器以光为媒介传输电信号 他对于输入和输出信号具有优良的隔离性 而且其还能够完成电 光 电的转换 3 非接触测量转速 转矩传感器在旋转轴上需要安装着 60 条齿缝的测速轮 在传感 器的外壳上安装一只由发光二极管以及光敏三极管所组成的槽型光电开关架 测速轮的 每一个齿将发光二极管的光线所遮挡住的时候 光敏三极管即可以输出一个高电平 当 光线经过齿缝而射到光敏管的窗口的时候 光敏管即给输出一个低电平 旋转轴每转一 圈可得到 60 个脉冲 由此 每秒钟检测到的脉冲数恰好等于每分钟的转速值 5 2 2 贴片三极管 作用 贴片三极管的基本作用是放大 它也可以把微弱的电信号变成一定强度的 江汉大学毕业论文 17 信号 并且这种转化是遵循能量守恒的 而且贴片三极管在非放大区工作的时候还可以 当做开关来使用 5 35 3 三极管的特别用途三极管的特别用途 5 3 1 扩流 把一只小功率可控 Si 和一只大功率三极管组合 即可得到一只大功率可控 Si 其 最大输出电流由大功率三极管的特性决定 图 5 3 1 扩流方法 5 3 2 代换 两只三极管串联可直接替代调光台灯中的双向触发二极管 三极管可替代 8V 左右的 稳压管 三极管可替代 30V 左右的稳压管 以上应用的时候 三极管的基极均不使用 5 3 3 模拟 用三极管够成的电路还可以模拟其它元器件 大功率可变电阻价贵难觅 用下图中 电路可作模拟品 调节 510 电阻的阻值 即可调节三极管 C E 两极之间的阻抗 此阻抗 变化即可代替可变电阻使用 图 5 3 2 模拟方法 结结 语语 江汉大学毕业论文 18 二极管本已是一项崭新的发明 但是在二极管的灯丝和板极之间巧妙地加入了一个 栅板 从而发明了第一只真空三极管 然而这一小小的改动 竟然带来了意想不到的结 果 集检波 放大和振荡三种功能于一体 这个发明绝对是电子工业真正的诞生起点 推 动了 固态革命 同的时候也是推动了无线电电子学的蓬勃发展 从电话放大器 海上 和空中通讯外 也广泛渗透到家庭娱乐领域 三极管的发明对于整个人类来说 影响都 是极其的深远的 参考文献 1 模拟电路分析计算和应用设计 张浩风编著 化学工业出版社 2012 江汉大学毕业论文 19 2 模拟电路和数字电路 林捷 杨绪业 郭小娟主编 人民邮电出版社 2011 3 电子技术基础模拟部分 第五版 康华光主编 高等教育出版社 4 电子技术基础数字部分 第五版 康华光主编 高等教育出版社 5 模拟电路应用设计 胡圣尧 关静编著 科学出版社 2009 6 模拟电路分析和设计基础 刘祖刚编著 机械工业出版社 2008 7 电子线路实验 模拟电路实验 沈小丰主编 清华大学出版社 2008 8 光敏电阻电路设计 铃木雅臣 9 数字电路设计 瑞士 Niklaus Wirth 高等教育出版社 2002 10 数字电路 日 伊藤恭史 科学出版社 1997 致 谢 光阴飞逝 回顾在江汉大学物理和信息工程学院走过的 4 年大学历程 感激之情油 江汉大学毕业论文 20 然而生 首先我要感谢我们的班主任周优化老师 虽然在 4 年的大学生活见面不多 但是对 我们的大学生活 学习甚至工作上都起到了非常大的帮助 其次我要向兰红霞老师致以我深深的谢意 由于我的社会经验尚浅 对于本文的写 作我遇到了各种各样的困难和问题 承蒙兰老师的耐心指导方能使我顺利的完成我的毕 业论文 在我从一开始到完成论文期间 尽管兰老师工作非常之忙 但是仍然能够耐心 的指导我 给了我许多启示 最后要感谢 10 级光信息科学和技术的所有同学 是你们陪我度过了 4 年的大学光阴 这么多年来 风雨无阻 有欢笑有打闹 给我的大学生活增添了丰富的色彩 没有你们 的存在我的 4 年生活将会黯淡无光 在此 深深地感谢你们 在以后的学习和工作中我将会更加努力 用自己的成果来 感谢你们 江汉大学毕业论文 21 毕业设计 论文 原创性声明和使用授权说明毕业设计 论文 原创性声明和使用授权说明 原创性声明原创性声明 本人郑重承诺 所呈交的毕业设计 论文 是我个人在指导教师的指 导下进行的研究工作及取得的成果 尽我所知 除文中特别加以标注和致谢 的地方外 不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果 也不包含我 为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料 对本研究 提供过帮助和做出过贡献的个人或集体 均已在文中作了明确的说明并表示 了谢意 作 者 签 名 日 期 指导教师签名 日 期 使用授权说明使用授权说明 本人完全了解 大学关于收集 保存 使用毕业设计 论文 的 规定 即 按照学校要求提交毕业设计 论文 的印刷本和电子版本 学校 有权保存毕业设计 论文 的印刷本和电子版 并提供目录检索与阅览服务 学校可以采用影印 缩印 数字化或其它复制手段保存论文 在不以赢利为 目的前提下 学校可以公布论文的部分或全部内容 作者签名 日 期 江汉大学毕业论文 22 学位论文原创性声明学位论文原创性声明 本人郑重声明 所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取 得的研究成果 除了文中特别加以标注引用的内容外 本论文不包含任何其 他个人或集体已经发表或撰写的成果作品 对本文的研究做出重要贡献的个 人和集体 均已在文中以明确方式标明 本人完全意识到本声明的法律后果 由本人承担 作者签名 日期 年 月 日 学位论文版权使用授权书学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全