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學年 第 一 學期） 專業(yè)名稱 高級維修電工 課程名稱 高級電子單片機 授課教師 李明 郭濤 系 部 電氣工程系 唐山勞動技師學院理實一體化教案首頁教學模塊高級電子單片機任課教師李明 郭濤審閱 授課時數(shù)教學方法講授法 演示法 練習法 啟發(fā)法 項目教學法理論課時 教學媒體實訓課時 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目標1知識目標：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)光二極管的正負極，掌握電路焊接調(diào)試的基本能力。2能力目標：培養(yǎng)學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：培養(yǎng)學生主動探索、創(chuàng)新精神；增強的安全意識；提高學生的安全常識知識。教學分析教學重點發(fā)光二極管的工作原理教學難點根據(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，需要一個長期的實施過程，要求學生們養(yǎng)成良好的安全意識。理論教學6節(jié)，操作12節(jié)，整個教學期間時刻提醒安全注意事項。教學設(shè)計1組織教學1組織教學 82復(fù)習舊課 203引入新課 204講授新課、模仿練習 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：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？本課題的學習目標就是認識發(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極對調(diào)，接通開關(guān)后，再認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，其整機電位高于負極電位，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)電場對多子擴散的阻力，PN結(jié)仍處于截止狀態(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)處于截止狀態(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娦栽胶茫ぷ髟椒€(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注之外，常以色環(huán)來標示，其中最常見的為4色環(huán)標示和5色環(huán)標示。如采用4色環(huán)標題，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)電阻的色彩標識有兩種方式，一種是采用4色環(huán)的標注方式，令一種采用5色環(huán)的標注方式。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)電阻色彩標識如下： 該電阻標稱阻值=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、學習小組活動方式：制定活動內(nèi)容。1、 由老師發(fā)給每組學生10種不同阻值的電阻，學生先用色環(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。【實操訓練】 一、震蕩電路一對一點亮發(fā)光二極管（一）實訓目的1、認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A點電壓達到0.7V后，Q2開始導(dǎo)通進入放大區(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。【知識鏈接】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，黑表筆所接的一端為正極，紅表筆所接的一端則為負極。 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極。 圖1.3 數(shù)字式萬用表檢測二極管極性【實操訓練】 二

16、、發(fā)光二極管順序點亮（一）實訓目的1、認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，當超過 0.6 伏時， VT2 由截止狀態(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?。接?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。