短路電流特性曲線課件

光電檢測與信息處理研究室光電信息檢測綜合實驗光電檢測與信息處理研究室光電信息檢測綜合實驗1光電檢測與信息處理研究室光電信息檢測綜合實驗光電傳感器特性實驗

1.紅外光源曲線標定實驗

2.光敏電阻特性實驗

3.光電池特性實驗

4.光敏二極管特性實驗光電信息處理實驗

1.熱釋電紅外報警實驗

2.光變頻率實驗

3.光電密碼鎖實驗

4.光電式直流電機測速實驗

5.線陣CCD測量物體外形尺寸實驗

6.紅外遙控實驗光電檢測與信息處理研究室光電信息檢測綜合實驗2光電檢測與信息處理研究室

紅外光源曲線標定實驗

通過實驗使學(xué)生了解光源的原理和種類以及輸出的光功率和接收電壓之間的關(guān)系。二、實驗原理

本實驗所用的光源為紅外功率可調(diào)光源，主要由紅外發(fā)光二極管構(gòu)成,所用的接收器件是光敏二極管。發(fā)光二極管一、實驗?zāi)康奶匦?自發(fā)輻射光，與激光器不同，沒有諧振腔對波長的選擇，譜線較寬，在垂直于發(fā)光面上，面發(fā)光LED輻射圖呈郎伯分布，半功率點輻射角大，可達120度，驅(qū)動電流較小時，P-I曲線的線性較好，電流過大時，由于PN結(jié)發(fā)熱產(chǎn)生飽和現(xiàn)象，使P-I曲線的斜率減少。原理與結(jié)構(gòu):其核心是PN結(jié)。因此它具有一般P-N結(jié)的I-N特性，即正向?qū)?，反向截止、擊穿特性。此外，在一定條件下，它還具有發(fā)光特性。在正向電壓下，電子由N區(qū)注入P區(qū)，空穴由P區(qū)注入N區(qū)。進入對方區(qū)域的少數(shù)載流子（少子）一部分與多數(shù)載流子（多子）復(fù)合而發(fā)光。光電檢測與信息處理研究室紅外光源曲線標定實驗3光電檢測與信息處理研究室

光敏二極管又稱光電二極管，光敏二極管是基于光伏效應(yīng)原理工作的光電器件。當入射光子在本征半導(dǎo)體的P-N結(jié)及其附近產(chǎn)生電子—空穴對時，光生載流子受勢壘區(qū)電場作用，電子漂移到N區(qū)，空穴漂移到P區(qū)。電子和空穴分別在N區(qū)和P區(qū)積累，兩端便產(chǎn)生電動勢，這稱為光生伏特效應(yīng)，簡稱光伏效應(yīng)。光敏二極管基于這一原理。如果在外電路把P-N短接，就產(chǎn)生反向的短路電流，光照時反向電流會增加，并且光電流和照度成線性關(guān)系。光敏二極管及其原理和結(jié)構(gòu)

光電檢測與信息處理研究室光敏二極管又稱光電二極管4光電檢測與信息處理研究室

紅外光源曲線標定測試圖在發(fā)射端，將紅外發(fā)光二極管接入到晶體三極管的集電極，通過改變滑動變阻器的阻值調(diào)節(jié)三極管基極偏置電壓進而改變集電極電流。電流較小時，P-I曲線的線性較好，所以可獲得需求的輻射光功率；在接收端，將光電二極管電流轉(zhuǎn)換成可用電壓，用一個運算放大器作為電流-電壓的轉(zhuǎn)換電路。光電檢測與信息處理研究室紅5光電檢測與信息處理研究室

改變電壓,記錄數(shù)據(jù)并用描點法將接收電壓與接收光功率之間的關(guān)系繪制成曲線。光源數(shù)據(jù)表格

本實驗根據(jù)紅外發(fā)光二極管和光敏二極管的特性，對紅外發(fā)光二極管發(fā)出的光功率進行測量。由于光敏二極管的譜線寬，可見光會影響測量的結(jié)果，因此實驗需要在暗室中進行。光電檢測與信息處理研究室改變電壓,記錄數(shù)據(jù)并用6光電檢測與信息處理研究室1、觀察輸入電壓0.6V以下和4.6V以上的曲線，是否成線性關(guān)系？為什么？2、通過測試結(jié)果分析PI特性曲線的特點？

思考題光源的功率曲線

光電檢測與信息處理研究室1、觀察輸入電壓0.6V以下和4.7光電檢測與信息處理研究室

光敏電阻特性實驗

一.實驗?zāi)康耐ㄟ^實驗掌握光敏電阻的工作原理，掌握光敏電阻的光照特性、伏安特性及其測試電路的設(shè)計。二.實驗原理在光線的作用下，電子吸收光子的能量從鍵合狀態(tài)過渡到自由狀態(tài)，引起電導(dǎo)率的變化，這種現(xiàn)象稱為光電導(dǎo)效應(yīng)。光電導(dǎo)效應(yīng)是半導(dǎo)體材料的一種體效應(yīng)。光照愈強，器件本身的阻值愈小?；谶@種效應(yīng)的光電器件稱光敏電阻。光敏電阻無極性，其工作特性與入射光的光強、波長和外加電壓有關(guān)。光敏電阻及其原理和結(jié)構(gòu)圖

光電檢測與信息處理研究室8光電檢測與信息處理研究室光敏電阻伏安特性測試原理框圖

（一）光敏電阻的伏安特性測試實驗光照度一定時，通過調(diào)節(jié)變阻器的阻值，讀出光敏電阻兩端電壓和通過光敏電阻的電流。通過歐姆定律計算出光敏電阻的亮電阻和暗電阻。

光電檢測與信息處理研究室光敏電阻伏安特性測試原理框圖（一）9光電檢測與信息處理研究室

記錄數(shù)據(jù)并用描點法將接收電壓和電流之間的關(guān)系繪制成曲線,并對兩條曲線進行分析。電壓--電流數(shù)據(jù)表格（照度為某一非0值時）

電壓--電流數(shù)據(jù)表格（照度為0值時）

光電檢測與信息處理研究室記錄數(shù)據(jù)并用描點法將接10光電檢測與信息處理研究室電壓--電流特性曲線

光電檢測與信息處理研究室電壓--電流特性曲線11光電檢測與信息處理研究室（二）光敏電阻的光照特性測試調(diào)節(jié)可變電源的輸出電壓值，從而改變線性功率可調(diào)光源的輸出功率，記錄不同的光功率時光敏電阻的電壓值。光電檢測與信息處理研究室（二）光敏電阻的光照特性測試調(diào)節(jié)可變12光電檢測與信息處理研究室將所測得的結(jié)果填入表中并分析實驗結(jié)果。

功率—電壓表光電檢測與信息處理研究室將所測得的結(jié)果填入表中并分析實驗結(jié)果13光電檢測與信息處理研究室

思考題1.在電路中恒流是怎樣實現(xiàn)的？功率—電壓特性曲線光電檢測與信息處理研究室思考題功率—電壓特性曲線14光電檢測與信息處理研究室

光電池特性實驗

一.實驗?zāi)康耐ㄟ^實驗掌握光電器件-光電池的工作原理及相關(guān)特性，了解光電池特性曲線及其測試電路的設(shè)計。

二.實驗原理

光電池是根據(jù)光生伏特效應(yīng)制成的，不需要加偏壓就能把光能轉(zhuǎn)換成電能的光電池及其原理和結(jié)構(gòu)

P-N結(jié)的光電器件。

本實驗采用短路電流電路如下圖所示，放大器選用OP07；此電路對光電池而言，負載近似等于0，當有光照射時，光電池感應(yīng)光照產(chǎn)生光電流I，由于放大器正常工作時正負兩端虛短，所以其輸出電壓V0=-I*（R1+R2）。并且光照越強，輸出電壓越大。光電檢測與信息處理研究室15光電檢測與信息處理研究室光電池特性測試原理圖

光電檢測與信息處理研究室光電池特性測試原理圖16光電檢測與信息處理研究室

調(diào)節(jié)線性光源的輸入電壓值，從而改變光源的輸出功率；對應(yīng)不同的功率值,用萬用表測試光電池的輸出電壓值.將所測得的結(jié)果（輸出電壓）和通過公式求得的結(jié)果（短路電流）填入表格并在圖中繪出功率-短路電流曲線。應(yīng)用公式：I0=-V0/（R1+R2）求得短路電流.將所測得的結(jié)果（輸出電壓）和通過公式求得的結(jié)果（短路電流）填入表格，并在圖中繪出功率―短路電流曲線。（一）光電池短路電流測量功率―短路電流數(shù)據(jù)表格

光電檢測與信息處理研究室（一）光電池短路電流測量功率―短路電17光電檢測與信息處理研究室短路電流特性曲線

光電檢測與信息處理研究室短路電流特性曲線18光電檢測與信息處理研究室（二）光電池開路電壓測量

調(diào)節(jié)線性光源的輸入電壓值，從而改變光源的輸出功率；因為數(shù)字萬用表呈現(xiàn)很大的內(nèi)阻，則對應(yīng)不同的功率值用數(shù)字萬用表測出光電池兩極的開路電壓值（測試點為光電池探頭的“PIN1”、“PIN2”）。

將所測得的結(jié)果填入表格，并在圖中繪出功率―開路電壓曲線。功率―開路電壓數(shù)據(jù)表格

光電檢測與信息處理研究室（二）光電池開路電壓測量19光電檢測與信息處理研究室短路電流特性曲線思考題1、對比光電池開路電壓和短路電流的特性曲線的斜率得出什么結(jié)論?2、短路電流測試前后，PLUG64-1-36輸出電壓是否變化？光電檢測與信息處理研究室短路電流特性曲線思考題1、對比光20光電檢測與信息處理研究室

光敏二極管特性實驗

一.實驗?zāi)康耐ㄟ^實驗掌握光敏二極管的工作原理及相關(guān)特性，了解光敏二極管特性曲線及其測試電路的設(shè)計。二.實驗原理

光敏二極管原理見紅外光源曲線標定實驗,其在應(yīng)用中一般加反向偏壓，使得其產(chǎn)生的光電流只與光照度有關(guān)。當光照為零時，光敏二極管不會產(chǎn)生載流子，也沒有其他電流流過，整個電路處于截止狀態(tài)；當有光照時，光敏二極管產(chǎn)生光電流，由于放大器的正負輸入端虛短，放大器輸出負電壓。再二級放大，然后用跟隨器輸出。并且光照越強，輸出電壓越大。光電檢測與信息處理研究室21光電檢測與信息處理研究室光敏二極管特性測試圖光電檢測與信息處理研究室光敏二極管特性測試圖22光電檢測與信息處理研究室

調(diào)節(jié)線性光源的輸入電壓值，從而改變光源的輸出功率；對應(yīng)不同的功率值用萬用表測試光電池的輸出電壓值。將所測得的結(jié)果填入表格，并在圖中繪出功率―電壓曲線。功率―電壓數(shù)據(jù)表格

光電檢測與信息處理研究室將所測得的結(jié)果填23光電檢測與信息處理研究室功率―電壓特性曲線

思考題1.光敏二極管在應(yīng)用時一般加反向偏壓，其目的是什么?光電檢測與信息處理研究室功率―電壓特性曲線思考題1.光敏二24光電檢測與信息處理研究室

熱釋電紅外報警實驗

一.實驗?zāi)康牧私鉄後岆娂t外傳感器的工作原理及熱釋電效應(yīng)，了解熱釋電紅外報警器的的電路設(shè)計方法和調(diào)試，掌握熱釋電紅外傳感器的使用。二.實驗原理熱釋電紅外傳感器及其結(jié)構(gòu)圖1、熱釋電效應(yīng)原理光電檢測與信息處理研究室25光電檢測與信息處理研究室

當已極化的熱電晶體薄片受到輻射熱時候，薄片溫度升高，極化強度下降，表面電荷減少，相當于“釋放”一部分電荷，所以起名叫熱釋電。釋放的電荷通過一系列的放大，轉(zhuǎn)化成輸出電壓。如果繼續(xù)照射，晶體薄片的溫度升高到Tc(居里溫度)值時，自發(fā)極化突然消失。不再釋放電荷，輸出信號為零。

熱釋電效應(yīng)光電檢測與信息處理研究室當已極化的熱26光電檢測與信息處理研究室2、熱釋電紅外報警實驗原理熱釋電紅外報警電路由傳感器、檢測放大電路、比較輸出電路、驅(qū)動延時電路、繼電器等組成。

因此，熱釋電探測器只能探測交流的斬波式的輻射（紅外光輻射要有變化量）。當面積為A的熱釋電晶體受到調(diào)制加熱，而使其溫度T發(fā)生微小變化時，就有熱釋電電流。

熱釋電效應(yīng)的大小與晶體所受的機械約束有關(guān)。在被鉗制不能發(fā)生形變的晶體中出現(xiàn)的熱釋電效應(yīng)為一級效應(yīng)，或稱主效應(yīng)。在自由晶體中，除一級效應(yīng)外還有因熱膨脹所誘導(dǎo)的壓電效應(yīng)也會改變表面吸附的電荷量，這是次級熱釋電效應(yīng)。晶體的溫度、應(yīng)力或應(yīng)變不均勻時所引起的附加作用屬于三級熱釋電效應(yīng)，亦稱假熱釋電效應(yīng)。

熱電體有重要和廣泛的應(yīng)用，如紅外探測器，熱電激光量熱計，夜視儀以及各種光譜反接收器等。它的優(yōu)點是不用低溫冷卻，但目前靈敏度比相應(yīng)半導(dǎo)體稍低。光電檢測與信息處理研究室2、熱釋電紅外報警實驗原理27光電檢測與信息處理研究室紅外報警實驗原理圖

光電檢測與信息處理研究室紅外報警實驗原理圖28光電檢測與信息處理研究室

打開電源，熱釋電實驗板上的紅燈會閃一下，表示上電。經(jīng)過10s

的延時時間后，調(diào)節(jié)電位器R19，使得當用手靠近熱釋電，熱釋電工作，紅燈亮；手離開時，熱釋電停止工作，紅燈熄滅，蜂鳴器報警后停止。

思考題

1.上電后為什么要經(jīng)過一段延時時間后，熱釋電方可以正常工作？光電檢測與信息處理研究室29光電檢測與信息處理研究室

光變頻率實驗

一.實驗?zāi)康倪M一步了解光敏二極管(PD)的工作原理及其特性，掌握光電流檢測的基本方法。二.實驗原理光敏二極管原理見紅外光源曲線標定實驗,本實驗通過一個光電轉(zhuǎn)換電路將光信號轉(zhuǎn)換成頻率信號（用赫茲來表示光照的強度）,光電轉(zhuǎn)換器件是利用處于反偏的光敏二極管的電流源特性將光強轉(zhuǎn)換成頻率。

在入射光照下，光敏二極管產(chǎn)生光電流對電容(C1)充電,電容(C1)將很快充電到VDD(555定時器5腳輸入電壓),這時555定時器3腳輸出為低電平,7腳相當于接地,這就使電容(C1)很快放電到零，這時555定時器3腳輸出為高電平,7腳相當于開路。這樣第一個完整的周期將輸出，接下來THR大于VDD為高閾值電壓，TRIG小于1/2VDD為低閾值電壓從而輸出波形。這樣完整的周期信號將從555定時器3腳輸出。如此反復(fù)下去將產(chǎn)生某頻率的方波。光-頻率實驗硬件原理圖

光電檢測與信息處理研究室30光電檢測與信息處理研究室光—頻率實驗硬件原理圖光電檢測與信息處理研究室光—頻率實驗硬件原理圖31光電檢測與信息處理研究室

等精度測頻原理:直接測頻的方法的計數(shù)值會產(chǎn)生1個數(shù)字誤差，等精度測頻方法是在直接測頻方法的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。它的閘門時間不是固定的值，而是被測信號周期的整數(shù)倍，即與被測信號同步。因此，消除了對被測信號計數(shù)所產(chǎn)生1個數(shù)字誤差，并且達到了在整個測試頻段的等精度測量。測頻原理如圖所示:等精度測頻原理示意圖光電檢測與信息處理研究室等精度測頻原32光電檢測與信息處理研究室等精度測頻軟件流程圖

思考題1.發(fā)光二極管工作時加正向電壓還是反向電壓？光電檢測與信息處理研究室等精度測頻軟件流程圖思考題33光電檢測與信息處理研究室光電密碼鎖實驗

一.實驗?zāi)康牧私飧鞣N光電器件的特性及原理，掌握使用方法。二.實驗原理1、器件原理

(1)反射式光電開關(guān)漫反射光電開關(guān)是一種集發(fā)射器和接收器于一體的傳感器，當有被檢測物體經(jīng)過時，將光電開關(guān)發(fā)射器發(fā)射的足夠量的光線反射到接收器，于是光電開關(guān)就產(chǎn)生了開關(guān)信號。

(2)對射式光電開關(guān)對射式光電開關(guān)包含在結(jié)構(gòu)上相互分離且光軸相對放置的發(fā)射器和接收器，發(fā)射器發(fā)出的光線直接進入接收器。

(3)光電耦光電耦合器是以光為媒介傳輸電信號的一種電一光一電轉(zhuǎn)換器件，它由發(fā)光源和受光器兩部分組成，把發(fā)光源和受光器組裝在同一密閉的殼體內(nèi)，彼此間用透明絕緣體隔離。光電檢測與信息處理研究室光電密碼鎖實驗

一.實驗?zāi)康?4光電檢測與信息處理研究室（4）光電池光電池是基于光伏效應(yīng)原理工作的光電器件。將光能轉(zhuǎn)化為電能，該效應(yīng)與材料、光的強度、波長等有關(guān)。（5）光敏電阻光敏電阻是基于光電導(dǎo)效應(yīng)原理工作的光電器件。光敏電阻無極性，其工作特性與入射光的光強、波長和外加電壓有關(guān)。

2.實驗原理本實驗是應(yīng)用光電傳感器的開關(guān)特性，利用光電元件受光照或無光照時“有”和“無”電信號輸出的特性將被測量轉(zhuǎn)換成斷續(xù)變化的開關(guān)信號。光電檢測與信息處理研究室（4）光電池35光電檢測與信息處理研究室實驗原理圖光電檢測與信息處理研究室實驗原理圖36光電檢測與信息處理研究室程序流程圖

光電檢測與信息處理研究室程序流程圖37光電檢測與信息處理研究室光電式直流電機測速實驗

一.實驗?zāi)康牧私夤怆婑詈掀鞯墓ぷ髟砑伴_關(guān)特性，掌握光電耦合器在直流電機轉(zhuǎn)速測量應(yīng)用、基本方法。二.實驗原理1.光電耦合器原理

光電耦合器是以光為媒介傳輸電信號的一種電一光一電轉(zhuǎn)換器件，它由發(fā)光源和受光器兩部分組成，把發(fā)光源和受光器組裝在同一密閉的殼體內(nèi)，彼此間用透明絕緣體隔離。光電檢測與信息處理研究室光電式直流電機測速實驗一.實驗?zāi)?8光電檢測與信息處理研究室

2.光電式直流電機測速實驗原理本實驗主要涉及電機轉(zhuǎn)速的測量和控制。直流電機的轉(zhuǎn)速與所提供的電壓有關(guān)，電壓與轉(zhuǎn)速成單調(diào)關(guān)系。本實驗中電機的控制方法為滑動電阻電源供電，通過利用調(diào)節(jié)滑動變阻器來改變控制電壓。由于電機的轉(zhuǎn)動需要一定的功率，所以本試驗中所用到的三極管要用功率管。測速系統(tǒng)的前端由光電耦合器與柵格圓盤組成。當直流電機通過轉(zhuǎn)動部分帶動?xùn)鸥駡A盤旋轉(zhuǎn)時，測速光電耦合器獲得一系列脈沖信號。通過示波器可觀察到光耦產(chǎn)生的脈沖，設(shè)其頻率為f。根據(jù)柵格圓盤上有4個葉片，電機轉(zhuǎn)一圈有4個脈沖產(chǎn)生，因此可得轉(zhuǎn)速計算公式為（f/4）*60，即15fRPM(每分鐘轉(zhuǎn)的圈數(shù))。電機的驅(qū)動需要較大的電流，在電路中采用TIP122集成芯片驅(qū)動，TIP122是NPN型的功率達林頓晶體管。檢測電路由光耦和比較器構(gòu)成。電機旋轉(zhuǎn)時，葉扇從光耦中間經(jīng)過，引起光耦的輸出電壓變化，從而引起比較器的輸出電壓發(fā)生變化，產(chǎn)生方波，便于測量。光電檢測與信息處理研究室39光電檢測與信息處理研究室實驗原理圖光電檢測與信息處理研究室實驗原理圖40光電檢測與信息處理研究室程序流程圖

思考題1.實驗電路中的三極管為什么采用功率管，用普通的三極管代替行不行，為什么？

2.實驗電路中的LM311遲滯比較器的作用是什么？光電檢測與信息處理研究室程序流程圖思考題1.實驗電路中的三41光電檢測與信息處理研究室

線陣CCD測量物體外形尺寸實驗

一.實驗?zāi)康恼莆站€陣CCD的基本工作原理，驅(qū)動信號的產(chǎn)生，視頻信號的二值化處理方法及CCD用于物體外形尺寸測量的應(yīng)用。二.實驗原理1.線陣CCD原理

電荷耦合器件CCD（ChargedCoupledDevice）是由一系列排得很緊密的MOS電容器組成。它的突出特點是以電荷作為信號，實現(xiàn)電荷的存儲和電荷的轉(zhuǎn)移。當被測對象放在線陣CCD上，光學(xué)系統(tǒng)把被測對象成像在CCD的像敏面上。在CCD驅(qū)動信號的作用下,被測物與背景在光強分布上的變化反映在CCD輸出的視頻信號中。光電檢測與信息處理研究室

線陣CCD測量物體外形尺寸實驗

一42光電檢測與信息處理研究室

2.線陣CCD測量物體外形尺寸實驗原理通過RC濾波和二值化電路把CCD視頻信號中的圖象尺寸信息與背景分離成二值化電平，被測物的尺寸將表現(xiàn)為二值化電平中高電平的寬度。

CCD二值化處理的基本原理:二值化處理是把圖象和背景作為分離的二值（0，1）對待。光學(xué)系統(tǒng)把被測對象成像在CCD的像敏面上。由于被測物與背景在光強分布上的變化反映在CCD輸出的視頻信號中，則所對應(yīng)的輸出電壓將會產(chǎn)生較大的變化，圖象尺寸在邊界處會有明顯的電平變化。通過二值化處理方法把CCD視頻信號中的圖象尺寸信息與背景分離成二值化電平。本實驗中首先用標準量塊進行標定，然后對應(yīng)不同尺寸的物體進行尺寸測量。光電檢測與信息處理研究室2.線陣CCD測量物體外43光電檢測與信息處理研究室線陣CCD二值化電路圖光電檢測與信息處理研究室線陣CCD二值化電路圖44光電檢測與信息處理研究室程序流程圖

光電檢測與信息處理研究室程序流程圖45光電檢測與信息處理研究室思考題

1、CCD驅(qū)動電路輸出信號OS后端有必要加放大電路嗎？若有應(yīng)該采用何種放大電路，并設(shè)計電路。

2、觀察線陣CCD驅(qū)動與二值化處理實驗板上的黑色跳冒拿下和插上示波器上波形有什么區(qū)別？光電檢測與信息處理研究室思考題

1、CCD驅(qū)動電路輸出信號O46光電檢測與信息處理研究室紅外遙控實驗

一.實驗?zāi)康牧私飧鞣N光電器件的特性、使用方法及遙控時通信編解碼的原理。二.實驗原理

本實驗所用的光源為紅外功率可調(diào)光源，主要由紅外發(fā)光二極管構(gòu)成；所用的接收器件是光敏二極管。發(fā)光二極管發(fā)射的是自發(fā)輻射光，沒有諧振腔對波長的選擇，譜線較寬。發(fā)光二極管光敏二極管

光敏二極管如果在外電路把P-N短接，就產(chǎn)生反向的短路電流，光照時反向電流會增加，并且光電流和照度成線性關(guān)系。光電檢測與信息處理研究室紅外遙控實驗

一.實驗?zāi)康?7光電檢測與信息處理研究室

1.通信編解碼原理

本實驗對通信系統(tǒng)的有效性和安全性要求不高，故沒有進行信源編碼和安全編碼，只進行信道編碼，對于描述型的信道編碼中，又NRZ碼（不歸零碼），CMI碼（信號反轉(zhuǎn)碼）等。所謂的NRZ碼（不歸零碼）是指用高電平和低電平兩種取值表示二進制碼1和0，在整個碼元期間電平保持不變。所謂的CMI碼（信號反轉(zhuǎn)碼）是一種雙極性二電平非歸零碼。在CMI碼（信號反轉(zhuǎn)碼）中，1交替地用00和11兩位碼表示，而0則固定地用01表示。本實驗在調(diào)試的過程中采用CMI碼（信號反轉(zhuǎn)碼）要比NRZ碼（不歸零碼）傳輸?shù)木嚯x更遠（在等功率的條件下），由此可見CMI碼（信號反轉(zhuǎn)碼）比NRZ碼（不歸零碼）更具有抗噪聲的能力，提高了系統(tǒng)的可靠性。NRZ和CMI時域波形如圖所示。

NRZ碼和CMI碼時域波形

光電檢測與信息處理研究室1.通信編解碼原理NR48光電檢測與信息處理研究室

數(shù)字調(diào)制最簡單的情況是二進制調(diào)制，即調(diào)制信號是二進制數(shù)字信號.在二進制數(shù)字調(diào)制中，載波的幅度，頻率等兩種變化狀態(tài)。2ASK系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)最簡單，但抗噪聲性能最差，2FSK系統(tǒng)的頻帶利用率和抗噪聲性能比2ASK強。

2.紅外遙控實驗原理本實驗使用兩套光電檢測與信息處理實驗臺，一套用紅外功率可調(diào)光源發(fā)射，一套用紅外光電遙控器接收.采用的紅外接收器是IRM-2038，當此器件接收到38KHz的紅外波，輸出為低電平，當接收到其他頻率的紅外波時輸出為高電平。依據(jù)此特性，發(fā)送部分：4位碼元16種組合對應(yīng)16個按鍵，起始位一個周期(5MS)的38K,一個周期(5ms)的100K。4位數(shù)據(jù)采用CMI碼型，調(diào)制方式用2FSK。采用單片機發(fā)出38K的方波調(diào)制發(fā)送信息，接收部分：對發(fā)來的信息進行定位解調(diào)，并通過數(shù)碼管顯示。光電檢測與信息處理研究室數(shù)字調(diào)制最簡49光電檢測與信息處理研究室紅外光電遙控器原理圖

光電檢測與信息處理研究室紅外光電遙控器原理圖50光電檢測與信息處理研究室

發(fā)送流程圖

接收流程圖思考題1.若CMI碼改成NRZ碼時，收發(fā)距離有何變化？光電檢測與信息處理研究室發(fā)送流程圖接收流程圖思考題51光電檢測與信息處理研究室謝謝!光電檢測與信息處理研究室謝謝!52光電檢測與信息處理研究室光電信息檢測綜合實驗光電檢測與信息處理研究室光電信息檢測綜合實驗53光電檢測與信息處理研究室光電信息檢測綜合實驗光電傳感器特性實驗

1.紅外光源曲線標定實驗

2.光敏電阻特性實驗

3.光電池特性實驗

4.光敏二極管特性實驗光電信息處理實驗

1.熱釋電紅外報警實驗

2.光變頻率實驗

3.光電密碼鎖實驗

4.光電式直流電機測速實驗

5.線陣CCD測量物體外形尺寸實驗

6.紅外遙控實驗光電檢測與信息處理研究室光電信息檢測綜合實驗54光電檢測與信息處理研究室

紅外光源曲線標定實驗

通過實驗使學(xué)生了解光源的原理和種類以及輸出的光功率和接收電壓之間的關(guān)系。二、實驗原理

本實驗所用的光源為紅外功率可調(diào)光源，主要由紅外發(fā)光二極管構(gòu)成,所用的接收器件是光敏二極管。發(fā)光二極管一、實驗?zāi)康奶匦?自發(fā)輻射光，與激光器不同，沒有諧振腔對波長的選擇，譜線較寬，在垂直于發(fā)光面上，面發(fā)光LED輻射圖呈郎伯分布，半功率點輻射角大，可達120度，驅(qū)動電流較小時，P-I曲線的線性較好，電流過大時，由于PN結(jié)發(fā)熱產(chǎn)生飽和現(xiàn)象，使P-I曲線的斜率減少。原理與結(jié)構(gòu):其核心是PN結(jié)。因此它具有一般P-N結(jié)的I-N特性，即正向?qū)?，反向截止、擊穿特性。此外，在一定條件下，它還具有發(fā)光特性。在正向電壓下，電子由N區(qū)注入P區(qū)，空穴由P區(qū)注入N區(qū)。進入對方區(qū)域的少數(shù)載流子（少子）一部分與多數(shù)載流子（多子）復(fù)合而發(fā)光。光電檢測與信息處理研究室紅外光源曲線標定實驗55光電檢測與信息處理研究室

光敏二極管又稱光電二極管，光敏二極管是基于光伏效應(yīng)原理工作的光電器件。當入射光子在本征半導(dǎo)體的P-N結(jié)及其附近產(chǎn)生電子—空穴對時，光生載流子受勢壘區(qū)電場作用，電子漂移到N區(qū)，空穴漂移到P區(qū)。電子和空穴分別在N區(qū)和P區(qū)積累，兩端便產(chǎn)生電動勢，這稱為光生伏特效應(yīng)，簡稱光伏效應(yīng)。光敏二極管基于這一原理。如果在外電路把P-N短接，就產(chǎn)生反向的短路電流，光照時反向電流會增加，并且光電流和照度成線性關(guān)系。光敏二極管及其原理和結(jié)構(gòu)

光電檢測與信息處理研究室光敏二極管又稱光電二極管56光電檢測與信息處理研究室

紅外光源曲線標定測試圖在發(fā)射端，將紅外發(fā)光二極管接入到晶體三極管的集電極，通過改變滑動變阻器的阻值調(diào)節(jié)三極管基極偏置電壓進而改變集電極電流。電流較小時，P-I曲線的線性較好，所以可獲得需求的輻射光功率；在接收端，將光電二極管電流轉(zhuǎn)換成可用電壓，用一個運算放大器作為電流-電壓的轉(zhuǎn)換電路。光電檢測與信息處理研究室紅57光電檢測與信息處理研究室

改變電壓,記錄數(shù)據(jù)并用描點法將接收電壓與接收光功率之間的關(guān)系繪制成曲線。光源數(shù)據(jù)表格

本實驗根據(jù)紅外發(fā)光二極管和光敏二極管的特性，對紅外發(fā)光二極管發(fā)出的光功率進行測量。由于光敏二極管的譜線寬，可見光會影響測量的結(jié)果，因此實驗需要在暗室中進行。光電檢測與信息處理研究室改變電壓,記錄數(shù)據(jù)并用58光電檢測與信息處理研究室1、觀察輸入電壓0.6V以下和4.6V以上的曲線，是否成線性關(guān)系？為什么？2、通過測試結(jié)果分析PI特性曲線的特點？

思考題光源的功率曲線

光電檢測與信息處理研究室1、觀察輸入電壓0.6V以下和4.59光電檢測與信息處理研究室

光敏電阻特性實驗

一.實驗?zāi)康耐ㄟ^實驗掌握光敏電阻的工作原理，掌握光敏電阻的光照特性、伏安特性及其測試電路的設(shè)計。二.實驗原理在光線的作用下，電子吸收光子的能量從鍵合狀態(tài)過渡到自由狀態(tài)，引起電導(dǎo)率的變化，這種現(xiàn)象稱為光電導(dǎo)效應(yīng)。光電導(dǎo)效應(yīng)是半導(dǎo)體材料的一種體效應(yīng)。光照愈強，器件本身的阻值愈小。基于這種效應(yīng)的光電器件稱光敏電阻。光敏電阻無極性，其工作特性與入射光的光強、波長和外加電壓有關(guān)。光敏電阻及其原理和結(jié)構(gòu)圖

光電檢測與信息處理研究室60光電檢測與信息處理研究室光敏電阻伏安特性測試原理框圖

（一）光敏電阻的伏安特性測試實驗光照度一定時，通過調(diào)節(jié)變阻器的阻值，讀出光敏電阻兩端電壓和通過光敏電阻的電流。通過歐姆定律計算出光敏電阻的亮電阻和暗電阻。

光電檢測與信息處理研究室光敏電阻伏安特性測試原理框圖（一）61光電檢測與信息處理研究室

記錄數(shù)據(jù)并用描點法將接收電壓和電流之間的關(guān)系繪制成曲線,并對兩條曲線進行分析。電壓--電流數(shù)據(jù)表格（照度為某一非0值時）

電壓--電流數(shù)據(jù)表格（照度為0值時）

光電檢測與信息處理研究室記錄數(shù)據(jù)并用描點法將接62光電檢測與信息處理研究室電壓--電流特性曲線

光電檢測與信息處理研究室電壓--電流特性曲線63光電檢測與信息處理研究室（二）光敏電阻的光照特性測試調(diào)節(jié)可變電源的輸出電壓值，從而改變線性功率可調(diào)光源的輸出功率，記錄不同的光功率時光敏電阻的電壓值。光電檢測與信息處理研究室（二）光敏電阻的光照特性測試調(diào)節(jié)可變64光電檢測與信息處理研究室將所測得的結(jié)果填入表中并分析實驗結(jié)果。

功率—電壓表光電檢測與信息處理研究室將所測得的結(jié)果填入表中并分析實驗結(jié)果65光電檢測與信息處理研究室

思考題1.在電路中恒流是怎樣實現(xiàn)的？功率—電壓特性曲線光電檢測與信息處理研究室思考題功率—電壓特性曲線66光電檢測與信息處理研究室

光電池特性實驗

一.實驗?zāi)康耐ㄟ^實驗掌握光電器件-光電池的工作原理及相關(guān)特性，了解光電池特性曲線及其測試電路的設(shè)計。

二.實驗原理

光電池是根據(jù)光生伏特效應(yīng)制成的，不需要加偏壓就能把光能轉(zhuǎn)換成電能的光電池及其原理和結(jié)構(gòu)

P-N結(jié)的光電器件。

本實驗采用短路電流電路如下圖所示，放大器選用OP07；此電路對光電池而言，負載近似等于0，當有光照射時，光電池感應(yīng)光照產(chǎn)生光電流I，由于放大器正常工作時正負兩端虛短，所以其輸出電壓V0=-I*（R1+R2）。并且光照越強，輸出電壓越大。光電檢測與信息處理研究室67光電檢測與信息處理研究室光電池特性測試原理圖

光電檢測與信息處理研究室光電池特性測試原理圖68光電檢測與信息處理研究室

調(diào)節(jié)線性光源的輸入電壓值，從而改變光源的輸出功率；對應(yīng)不同的功率值,用萬用表測試光電池的輸出電壓值.將所測得的結(jié)果（輸出電壓）和通過公式求得的結(jié)果（短路電流）填入表格并在圖中繪出功率-短路電流曲線。應(yīng)用公式：I0=-V0/（R1+R2）求得短路電流.將所測得的結(jié)果（輸出電壓）和通過公式求得的結(jié)果（短路電流）填入表格，并在圖中繪出功率―短路電流曲線。（一）光電池短路電流測量功率―短路電流數(shù)據(jù)表格

光電檢測與信息處理研究室（一）光電池短路電流測量功率―短路電69光電檢測與信息處理研究室短路電流特性曲線

光電檢測與信息處理研究室短路電流特性曲線70光電檢測與信息處理研究室（二）光電池開路電壓測量

調(diào)節(jié)線性光源的輸入電壓值，從而改變光源的輸出功率；因為數(shù)字萬用表呈現(xiàn)很大的內(nèi)阻，則對應(yīng)不同的功率值用數(shù)字萬用表測出光電池兩極的開路電壓值（測試點為光電池探頭的“PIN1”、“PIN2”）。

將所測得的結(jié)果填入表格，并在圖中繪出功率―開路電壓曲線。功率―開路電壓數(shù)據(jù)表格

光電檢測與信息處理研究室（二）光電池開路電壓測量71光電檢測與信息處理研究室短路電流特性曲線思考題1、對比光電池開路電壓和短路電流的特性曲線的斜率得出什么結(jié)論?2、短路電流測試前后，PLUG64-1-36輸出電壓是否變化？光電檢測與信息處理研究室短路電流特性曲線思考題1、對比光72光電檢測與信息處理研究室

光敏二極管特性實驗

一.實驗?zāi)康耐ㄟ^實驗掌握光敏二極管的工作原理及相關(guān)特性，了解光敏二極管特性曲線及其測試電路的設(shè)計。二.實驗原理

光敏二極管原理見紅外光源曲線標定實驗,其在應(yīng)用中一般加反向偏壓，使得其產(chǎn)生的光電流只與光照度有關(guān)。當光照為零時，光敏二極管不會產(chǎn)生載流子，也沒有其他電流流過，整個電路處于截止狀態(tài)；當有光照時，光敏二極管產(chǎn)生光電流，由于放大器的正負輸入端虛短，放大器輸出負電壓。再二級放大，然后用跟隨器輸出。并且光照越強，輸出電壓越大。光電檢測與信息處理研究室73光電檢測與信息處理研究室光敏二極管特性測試圖光電檢測與信息處理研究室光敏二極管特性測試圖74光電檢測與信息處理研究室

調(diào)節(jié)線性光源的輸入電壓值，從而改變光源的輸出功率；對應(yīng)不同的功率值用萬用表測試光電池的輸出電壓值。將所測得的結(jié)果填入表格，并在圖中繪出功率―電壓曲線。功率―電壓數(shù)據(jù)表格

光電檢測與信息處理研究室將所測得的結(jié)果填75光電檢測與信息處理研究室功率―電壓特性曲線

思考題1.光敏二極管在應(yīng)用時一般加反向偏壓，其目的是什么?光電檢測與信息處理研究室功率―電壓特性曲線思考題1.光敏二76光電檢測與信息處理研究室

熱釋電紅外報警實驗

一.實驗?zāi)康牧私鉄後岆娂t外傳感器的工作原理及熱釋電效應(yīng)，了解熱釋電紅外報警器的的電路設(shè)計方法和調(diào)試，掌握熱釋電紅外傳感器的使用。二.實驗原理熱釋電紅外傳感器及其結(jié)構(gòu)圖1、熱釋電效應(yīng)原理光電檢測與信息處理研究室77光電檢測與信息處理研究室

當已極化的熱電晶體薄片受到輻射熱時候，薄片溫度升高，極化強度下降，表面電荷減少，相當于“釋放”一部分電荷，所以起名叫熱釋電。釋放的電荷通過一系列的放大，轉(zhuǎn)化成輸出電壓。如果繼續(xù)照射，晶體薄片的溫度升高到Tc(居里溫度)值時，自發(fā)極化突然消失。不再釋放電荷，輸出信號為零。

熱釋電效應(yīng)光電檢測與信息處理研究室當已極化的熱78光電檢測與信息處理研究室2、熱釋電紅外報警實驗原理熱釋電紅外報警電路由傳感器、檢測放大電路、比較輸出電路、驅(qū)動延時電路、繼電器等組成。

因此，熱釋電探測器只能探測交流的斬波式的輻射（紅外光輻射要有變化量）。當面積為A的熱釋電晶體受到調(diào)制加熱，而使其溫度T發(fā)生微小變化時，就有熱釋電電流。

熱釋電效應(yīng)的大小與晶體所受的機械約束有關(guān)。在被鉗制不能發(fā)生形變的晶體中出現(xiàn)的熱釋電效應(yīng)為一級效應(yīng)，或稱主效應(yīng)。在自由晶體中，除一級效應(yīng)外還有因熱膨脹所誘導(dǎo)的壓電效應(yīng)也會改變表面吸附的電荷量，這是次級熱釋電效應(yīng)。晶體的溫度、應(yīng)力或應(yīng)變不均勻時所引起的附加作用屬于三級熱釋電效應(yīng)，亦稱假熱釋電效應(yīng)。

熱電體有重要和廣泛的應(yīng)用，如紅外探測器，熱電激光量熱計，夜視儀以及各種光譜反接收器等。它的優(yōu)點是不用低溫冷卻，但目前靈敏度比相應(yīng)半導(dǎo)體稍低。光電檢測與信息處理研究室2、熱釋電紅外報警實驗原理79光電檢測與信息處理研究室紅外報警實驗原理圖

光電檢測與信息處理研究室紅外報警實驗原理圖80光電檢測與信息處理研究室

打開電源，熱釋電實驗板上的紅燈會閃一下，表示上電。經(jīng)過10s

的延時時間后，調(diào)節(jié)電位器R19，使得當用手靠近熱釋電，熱釋電工作，紅燈亮；手離開時，熱釋電停止工作，紅燈熄滅，蜂鳴器報警后停止。

思考題

1.上電后為什么要經(jīng)過一段延時時間后，熱釋電方可以正常工作？光電檢測與信息處理研究室81光電檢測與信息處理研究室

光變頻率實驗

一.實驗?zāi)康倪M一步了解光敏二極管(PD)的工作原理及其特性，掌握光電流檢測的基本方法。二.實驗原理光敏二極管原理見紅外光源曲線標定實驗,本實驗通過一個光電轉(zhuǎn)換電路將光信號轉(zhuǎn)換成頻率信號（用赫茲來表示光照的強度）,光電轉(zhuǎn)換器件是利用處于反偏的光敏二極管的電流源特性將光強轉(zhuǎn)換成頻率。

在入射光照下，光敏二極管產(chǎn)生光電流對電容(C1)充電,電容(C1)將很快充電到VDD(555定時器5腳輸入電壓),這時555定時器3腳輸出為低電平,7腳相當于接地,這就使電容(C1)很快放電到零，這時555定時器3腳輸出為高電平,7腳相當于開路。這樣第一個完整的周期將輸出，接下來THR大于VDD為高閾值電壓，TRIG小于1/2VDD為低閾值電壓從而輸出波形。這樣完整的周期信號將從555定時器3腳輸出。如此反復(fù)下去將產(chǎn)生某頻率的方波。光-頻率實驗硬件原理圖

光電檢測與信息處理研究室82光電檢測與信息處理研究室光—頻率實驗硬件原理圖光電檢測與信息處理研究室光—頻率實驗硬件原理圖83光電檢測與信息處理研究室

等精度測頻原理:直接測頻的方法的計數(shù)值會產(chǎn)生1個數(shù)字誤差，等精度測頻方法是在直接測頻方法的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。它的閘門時間不是固定的值，而是被測信號周期的整數(shù)倍，即與被測信號同步。因此，消除了對被測信號計數(shù)所產(chǎn)生1個數(shù)字誤差，并且達到了在整個測試頻段的等精度測量。測頻原理如圖所示:等精度測頻原理示意圖光電檢測與信息處理研究室等精度測頻原84光電檢測與信息處理研究室等精度測頻軟件流程圖

思考題1.發(fā)光二極管工作時加正向電壓還是反向電壓？光電檢測與信息處理研究室等精度測頻軟件流程圖思考題85光電檢測與信息處理研究室光電密碼鎖實驗

一.實驗?zāi)康牧私飧鞣N光電器件的特性及原理，掌握使用方法。二.實驗原理1、器件原理

(1)反射式光電開關(guān)漫反射光電開關(guān)是一種集發(fā)射器和接收器于一體的傳感器，當有被檢測物體經(jīng)過時，將光電開關(guān)發(fā)射器發(fā)射的足夠量的光線反射到接收器，于是光電開關(guān)就產(chǎn)生了開關(guān)信號。

(2)對射式光電開關(guān)對射式光電開關(guān)包含在結(jié)構(gòu)上相互分離且光軸相對放置的發(fā)射器和接收器，發(fā)射器發(fā)出的光線直接進入接收器。

(3)光電耦光電耦合器是以光為媒介傳輸電信號的一種電一光一電轉(zhuǎn)換器件，它由發(fā)光源和受光器兩部分組成，把發(fā)光源和受光器組裝在同一密閉的殼體內(nèi)，彼此間用透明絕緣體隔離。光電檢測與信息處理研究室光電密碼鎖實驗

一.實驗?zāi)康?6光電檢測與信息處理研究室（4）光電池光電池是基于光伏效應(yīng)原理工作的光電器件。將光能轉(zhuǎn)化為電能，該效應(yīng)與材料、光的強度、波長等有關(guān)。（5）光敏電阻光敏電阻是基于光電導(dǎo)效應(yīng)原理工作的光電器件。光敏電阻無極性，其工作特性與入射光的光強、波長和外加電壓有關(guān)。

2.實驗原理本實驗是應(yīng)用光電傳感器的開關(guān)特性，利用光電元件受光照或無光照時“有”和“無”電信號輸出的特性將被測量轉(zhuǎn)換成斷續(xù)變化的開關(guān)信號。光電檢測與信息處理研究室（4）光電池87光電檢測與信息處理研究室實驗原理圖光電檢測與信息處理研究室實驗原理圖88光電檢測與信息處理研究室程序流程圖

光電檢測與信息處理研究室程序流程圖89光電檢測與信息處理研究室光電式直流電機測速實驗

一.實驗?zāi)康牧私夤怆婑詈掀鞯墓ぷ髟砑伴_關(guān)特性，掌握光電耦合器在直流電機轉(zhuǎn)速測量應(yīng)用、基本方法。二.實驗原理1.光電耦合器原理

光電耦合器是以光為媒介傳輸電信號的一種電一光一電轉(zhuǎn)換器件，它由發(fā)光源和受光器兩部分組成，把發(fā)光源和受光器組裝在同一密閉的殼體內(nèi)，彼此間用透明絕緣體隔離。光電檢測與信息處理研究室光電式直流電機測速實驗一.實驗?zāi)?0光電檢測與信息處理研究室

2.光電式直流電機測速實驗原理本實驗主要涉及電機轉(zhuǎn)速的測量和控制。直流電機的轉(zhuǎn)速與所提供的電壓有關(guān)，電壓與轉(zhuǎn)速成單調(diào)關(guān)系。本實驗中電機的控制方法為滑動電阻電源供電，通過利用調(diào)節(jié)滑動變阻器來改變控制電壓。由于電機的轉(zhuǎn)動需要一定的功率，所以本試驗中所用到的三極管要用功率管。測速系統(tǒng)的前端由光電耦合器與柵格圓盤組成。當直流電機通過轉(zhuǎn)動部分帶動?xùn)鸥駡A盤旋轉(zhuǎn)時，測速光電耦合器獲得一系列脈沖信號。通過示波器可觀察到光耦產(chǎn)生的脈沖，設(shè)其頻率為f。根據(jù)柵格圓盤上有4個葉片，電機轉(zhuǎn)一圈有4個脈沖產(chǎn)生，因此可得轉(zhuǎn)速計算公式為（f/4）*60，即15fRPM(每分鐘轉(zhuǎn)的圈數(shù))。電機的驅(qū)動需要較大的電流，在電路中采用TIP122集成芯片驅(qū)動，TIP122是NPN型的功率達林頓晶體管。檢測電路由光耦和比較器構(gòu)成。電機旋轉(zhuǎn)時，葉扇從光耦中間經(jīng)過，引起光耦的輸出電壓變化，從而引起比較器的輸出電壓發(fā)生變化，產(chǎn)生方波，便于測量。光電檢測與信息處理研究室91光電檢測與信息處理研究室實驗原理圖光電檢測與信息處理研究室實驗原理圖92光電檢測與信息處理研究室程序流程圖

思考題1.實驗電路中的三極管為什么采用功率管，用普通的三極管代替行不行，為什么？

2.實驗電路中的LM311遲滯比較器的作用是什么？光電檢測與信息處理研究室程序流程圖思考題1.實驗電路中的三93光電檢測與信息處理研究室

線陣CCD測量物體外形尺寸實驗

一.實驗?zāi)康恼莆站€陣CCD的基本工作原理，驅(qū)動信號的產(chǎn)生，視頻信號的二值化處理方法及CCD用于物體外形尺寸測量的應(yīng)用。二.實驗原理1.線陣CCD原理

電荷耦合器件CCD（ChargedCoupledDevice）是由一系列排得很緊密的MOS電容器組成。它的突出特點是以電荷作為信號，實現(xiàn)電荷的存儲和電荷的轉(zhuǎn)移。當被測對象放在線陣CCD上，光學(xué)系統(tǒng)把被測對象成像在CCD的像敏面上。在CCD驅(qū)動信號的作用下,被測物與背景在光強分布上的變化反