儀器光電綜合實驗報告
日期:2023年5月14日
實驗一光電開關設計與應用
一、 實驗目的
學習最基本的光電測試系統的設計方法，並結合實際需求進行具體應用。
二、 實驗要求
1．掌握發光二極體和光電三極體的工作原理。
2．了解發光二極體和光電三極體實際器件的結構形式、驅動和特性。
3．利用實驗提供的元器件、導線、麵包板，自行設計搭建一光電開關，驅動發光二極體，通過發光二極體的亮暗模擬液位的報警。
三、 基本原理
1．發光二極體直流驅動電路
圖1 如圖1，發光二極體加正向直流偏壓u，可以促進n區的電子（p區的空穴）向p區（向n區）的擴散運動，從而使得電子和空穴在p-n結中復合發光。
2．光電三極體直流驅動電路
圖2如圖2，npn型光電三極體集電極加正電壓，發射極加負電壓。當無光照時，基-集結處於反向偏置，基極電流為0，相當於三極體基極處於開路狀態；有光照射到基-集結上時，光生載流子在內建內建電場的作用下（偏置電壓方向與內建電場方向一致），電子向集電極漂移，空穴向基極漂移，形成光生電壓，使基極電位公升高，從而使得三極體導通。若基極無引線，則集電極電流等於發射極電流。
四、 實驗內容
1．設計液位報警光電開關電路的原理圖。
2．在麵包板上搭建開關電路，通過插入擋板的方式代替液位高低，實現發光二極體的亮暗控制（模擬液位的報警）。
五、實驗資料
下圖所示是連線驅動電路後對光電三極體進行有光和無光實驗，所得實驗截圖。
無光時測電阻電壓
有光時測電阻電壓
我們所設計的液位報警光電開關的原理圖
液位報警光電開關實物圖
無光時led燈的正極電壓
有光時led燈正極電壓
六、實驗總結
電路的設計總結來說一是要抓住原理來設計，才能設計出符合邏輯的正確的電路。二是在具體應用中，實際的系統可能得不到正確的結論和應有的現象，這時就需要根據實際出現的問題具體解決。例如上面的電路圖，沒有圖中s9013的三極體也可以在理論上完成實驗，單我們一直沒辦法實現預期功能，後來在測試，測量中找問題，也想了很多設想，最後分析得出電流太小的緣故，所以我們採用增加一級放大電路，完成了預期的功能。
實驗二光敏電阻路燈通斷控制電路
一、 實驗目的
學習最基本的光電測試系統的設計方法，並結合實際需求進行具體應用。
二、 實驗要求
1．掌握光敏電阻的工作原理。
2．了解光敏電阻實際器件的結構形式、驅動和伏安特性。
3．利用實驗提供的元器件、導線、麵包板，自行設計搭建一路燈通斷自動控制電路。（路燈用發光二極體代替）
三、 基本原理
1．光敏電阻的偏置電路
如圖1，光敏電阻加正向偏置電壓工作。當無光照時，光敏電阻rp表現了很高的阻值；當有光照時，流過光敏電阻rp的電流增大，相當於光敏電阻rp的阻值減小。
2．光敏電阻的微觀工作原理
如圖2為多晶pbs光敏電阻，由多個交錯的pn結構成。當無光照時，多數載流子的漂移形成內建電場，達到平衡時，多數載流子不再深度擴散，光敏電阻表現了很大的阻值。當有光照時，本徵激發的少數光生載流子，由於漂移使得pn結內建電場勢壘降低，從而降低了對多數載流子的束縛，使得多數載流子的遷移大大加強，在外加電場的作用下，就形成了較大的電流，表現為光敏電阻的阻值急劇減小。
四、 實驗內容
1．設計光敏電阻路燈通斷自動控制電路的原理圖。
2．在麵包板上搭建路燈通斷自動控制電路，實現發光二極體的通斷控制。
五、實驗資料
測試光敏電阻驅動電路時有光情況
測試光敏電阻驅動電路時無光情況
我們設計的光敏電阻路燈通斷自動控制電路原理圖
我們設計的光敏電阻路燈通斷自動控制電路實物圖
六、實驗總結
我們在設計這個電路時，也遇到達不到目的的情況，我們也是要通過實驗測量，分析得到的資料，找到問題的關鍵然後解決問題，這個電路中我們多次調解電阻的阻值以適應實際需要。通過兩次實驗我學會了光電測試系統的設計方法。也學會了在實際系統中因地制宜，找到適合實際系統的最佳設計。
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