實驗一：光電技術(shù)創(chuàng)新實訓平臺

1、目錄實驗儀說明 (2實驗一、光控開關(guān)設計實驗 (3實驗二、光照度計設計實驗 (5實驗三、紅外遙控設計實驗 (8實驗四、PSD位移測試設計實驗 (16實驗五、太陽能充電器設計實驗 (19實驗六、光纖位移測量系統(tǒng)設計實驗 (24實驗儀說明一、產(chǎn)品介紹:光電技術(shù)是光學、電子學和計算機科學知識的高度集中,是跨學科的邊緣技術(shù)。光電技術(shù)廣泛應用于工農(nóng)業(yè)和家庭生活等各領域。在這些領域中,幾乎都涉及將光輻射信息轉(zhuǎn)換為電信息的問題,即光輻射的檢測問題。因此光電檢測技術(shù)是光電技術(shù)的核心和重要組成部分。光電檢測具有非接觸、實時和高精度等特點,其技術(shù)得到迅速發(fā)展。光電探測器可將一定的光輻射轉(zhuǎn)換為電信號,然后經(jīng)過信號處

2、理,去實現(xiàn)某種目的。它是光電系統(tǒng)的核心組成部分,其性能直接影響著光電系統(tǒng)的性能。GCGDCX-B型光電技術(shù)創(chuàng)新實訓平臺針對光電器件應用設計而開發(fā),提供多種光電器件的應用模塊、設計模塊、以及設計中所需要的電子元器件,并配備有各種電源接口。學生根據(jù)所提供的實驗模塊進行設計,或根據(jù)所提供的實驗模塊進行二次開發(fā),提高學生動手動腦能力及創(chuàng)新意識。二、系統(tǒng)組成:整個系統(tǒng)分4部分:1、主機箱:主機箱主要為各設計模塊提供電源供給以及模塊固定。一個主機箱可以安放六個設計模塊。2、實驗模塊:通過各實驗模塊完成各應用實驗。3、設計性實驗物料:二次開發(fā)實驗用。4、導軌結(jié)構(gòu)件組件:固定各種光電器件用。實驗一、光控開關(guān)設

3、計實驗一、實驗目的1、了解和掌握光敏電阻光控開關(guān)應用原理2、了解和掌握光控開關(guān)電路原理二、實驗內(nèi)容1、光敏電阻光控開關(guān)實驗2、設計性實驗三、實驗儀器1、光電創(chuàng)新實驗儀主機箱2、光控開關(guān)實驗模塊3、連接線4、萬用表四、實驗原理1、光敏電阻的結(jié)構(gòu)與工作原理光敏電阻又稱光導管,它幾乎都是用半導體材料制成的光電器件。光敏電阻沒有極性,純粹是一個電阻器件,使用時既可加直流電壓,也可以加交流電壓。無光照時,光敏電阻值(暗電阻很大,電路中電流(暗電流很小。當光敏電阻受到一定波長范圍的光照時,它的阻值(亮電阻急劇減小,電路中電流迅速增大。一般希望暗電阻越大越好,亮電阻越小越好,此時光敏電阻的靈敏度高。實際光敏

4、電阻的暗電阻值一般在兆歐量級,亮電阻值在幾千歐以下。光敏電阻的結(jié)構(gòu)很簡單,下圖(a為金屬封裝的硫化鎘光敏電阻的結(jié)構(gòu)圖。在玻璃底板上均勻地涂上一層薄薄的半導體物質(zhì),稱為光導層。半導體的兩端裝有金屬電極,金屬電極與引出線端相連接,光敏電阻就通過引出線端接入電路。為了防止周圍介質(zhì)的影響,在半金屬電極半導體電源 檢流計R LEI(a(b(cR a玻璃底板導體光敏層上覆蓋了一層漆膜,漆膜的成分應使它在光敏層最敏感的波長范圍內(nèi)透射率最大。為了提高靈敏度,光敏電阻的電極一般采用梳狀圖案,如圖(b所示。圖(c為光敏電阻的接線圖。2、本實驗通過改變照射到光敏電阻上光強大小來控制繼電器的開關(guān)狀態(tài),從而控制發(fā)光二極

5、管指示燈的亮和滅。(a光敏電阻結(jié)構(gòu);(b 光敏電阻電極;(c 光敏電阻接線圖五、注意事項1、不得扳動面板上面元器件,以免造成電路損壞,導致實驗儀不能正常工作。2、金色測試鉤說明:Vlm 為比較器輸入電壓測試點、Vyz 為閾值電壓測試點。六、實驗步驟與實驗要求(紅字部分為實驗要求1、光敏電阻輸出端金色插座對應接到“IN ”端金色插座,“OUT ”端對應接到繼電器正負端。2、打開電源開關(guān),旋轉(zhuǎn)靈敏度旋鈕,選定一個靈敏度。然后調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)閾值旋鈕使讓光開關(guān)處于工作狀態(tài),即不遮擋光敏電阻時指示燈不亮、用手遮擋光敏電阻時指示燈亮。3、萬用表調(diào)至量程為20V 直流電壓狀態(tài),并萬用表分別測量指示燈暗時與明時Vl

6、m 端電壓和Vyz 的端電壓。4、改變靈敏度,重復以上步驟一次,并將兩次測得的Vlm 端電壓和Vyz 的端電壓填入下表,分析光開關(guān)實現(xiàn)開與關(guān)的條件。Vlm/V Vyz/V七、設計性實驗光控開關(guān)原理圖如下,IN1 和CON1為光敏電阻輸入端。U8為運算放大器,型號為OP07,此運算放大器構(gòu)成比較器電路。當3腳電壓高于2腳電壓時輸出高電平,三極管Q4截止繼電器不吸合,發(fā)光二極管不發(fā)光。反之2腳輸出低電平,三極管Q4導通,繼電器得電導通,發(fā)光二極管發(fā)光。R7yu zhitiao jie 10KR810KR131MR1512KR1627KE2C3B1Q490122374618U8OP07VCC/W11

7、0KVCC/-5V/VCC/VCC/A 1K2D6DIODE 4455112233K1DS2Y-S-DC5V R18500D8LED1T3CON11T4CON1VCCVCC/-5V-5V/-5V/-5V/-5V/R11K D1LED112233445566S9SW-DPDT實驗二、光照度計設計實驗一、實驗目的1、了解和掌握光電池在光照度計上的應用原理2、了解和掌握光照度計結(jié)構(gòu)原理3、了解和掌握光照度計電路設計原理二、實驗內(nèi)容1、光照度計測量光照度實驗2、光照度計設計實性驗三、實驗儀器1、光電創(chuàng)新實驗儀主機箱2、光照度計&光功率計設計模塊3、照度計探頭4、連接線4、萬用表四、實驗原理光照

8、度是光度計量的主要參數(shù)之一,而光度計量是光學計量最基本的部分。光度量是限于人眼能夠見到的一部分輻射量,是通過人眼的視覺效果去衡量的,人眼的視覺效果對各種波長是不同的,通常用V(表示,定義為人眼視覺函數(shù)或光譜光視效率。因此,光照度不是一個純粹的物理量,而是一個與人眼視覺有關(guān)的生理、心理物理量。光照度是單位面積上接收的光通量,因而可以導出:由一個發(fā)光強度I的點光源,在相距L處的平面上產(chǎn)生的光照度與這個光源的發(fā)光強度成正比,與距離的平方成反比,即:2EI/L式中:E光照度,單位為Lx;I光源發(fā)光強度,單位為cd;L距離,單位為m。光照度計是用來測量照度的儀器,它的結(jié)構(gòu)原理如下圖所示: 圖 3-1圖中

9、D為光探測器,圖3-2為典型的硅光探測器的相對光譜響應曲線;C為余弦校正器,在光照度測量中,被測面上的光不可能都來自垂直方向,因此照度計必須進行余弦修正,使光探測器不同角度上的光度響應滿足余弦關(guān)系。余弦校正器使用的是一種漫透射材料,當入射光不論以什么角度射在漫透射材料上時,光探測器接收到的始終是漫射光。余弦校正器的透光性要好;F為V(校正器,在光照度測量中,除了希望光探測器有較高的靈敏度、較低的噪聲、較寬的線性范圍和較快的響應時間等外,還要求相對光譜響應符合視覺函數(shù)V (,而通常光探測器的光譜響應度與之相差甚遠,因此需要進行V(匹配。匹配基本上都是通過給光探測器加適當?shù)臑V光片(V(濾光片來實現(xiàn)

10、的,滿足條件的濾光片往往需要不同型號和厚度的幾片顏色玻璃組合來實現(xiàn)匹配。當D接收到通過C和F的光輻射時,所產(chǎn)生的光電信號,首先經(jīng)過I/V變換,然后經(jīng)過運算放大器A放大,最后在顯示器上顯示出相應的信號定標后就是照度值。 圖3-2 硅光電探測器光譜特性曲線 圖3-3 光譜視覺曲線照度測量的誤差因素1照度計相對光譜響應度與V(的偏離引起的誤差。2接收器線性:也就是說接收器的響應度在整個指定輸出范圍內(nèi)為常數(shù)。3疲勞特性:疲勞是照度計在恒定的工作條件下,由投射照度引起的響應度可逆的暫時的變化。4照度計的方向性響應。5由于量程改變產(chǎn)生的誤差:這個誤差是照度計的開關(guān)從一個量程變到鄰近量程所產(chǎn)生的系統(tǒng)誤差。6

11、溫度依賴性:溫度依賴性是用環(huán)境溫度對照度頭絕對響應度和相對光譜響應度的影響來表征。7偏振依賴性:照度計的輸出信號還依賴于光源的偏振狀態(tài)。8照度頭接收面受非均勻照明的影響。五、注意事項1、不得扳動面板上面元器件,以免造成電路損壞,導致實驗儀不能正常工作。2、說明:輸入“+”“-”為探頭輸入端、輸出“+”“-”為照度計輸出電壓測試點。X1、X10、X100開關(guān)為放大倍數(shù)切換開關(guān)。六、實驗步驟與實驗要求(紅字部分為實驗要求1、照度計探頭紅黑插座對應接到實驗模塊上輸入端“+”“-”。2、萬用表紅黑表筆對應接到實驗模塊上輸出端“+”“-”。3、放大倍數(shù)切換開關(guān)撥至X1擋,向上撥。4、打開電源開關(guān),觀察背

12、光條件下萬用表指示數(shù)值(200mV量程,并通過補償調(diào)零旋鈕將萬用表讀數(shù)調(diào)零。5、然后在光照條件下,改變放大倍數(shù)(X1檔,X2檔,X3檔,觀察并記錄萬用表指示數(shù)值變化。V X1(mVV X2(mVV X3(mV6、關(guān)閉電源。七、設計性實驗光照度計電路原理圖如下:U1對光電池輸出電流進行I/V變換,將光電流轉(zhuǎn)換為電壓,K1為檔位切換開關(guān)。U2對輸出電壓進行放大,調(diào)節(jié)RP1阻值大小可以給便放大倍數(shù),5腳對應電位器為調(diào)零電位器。C1 10P C2104C3104sig nal1R41KR3390R23.9kR139kC4103K1SW3-1R5100K123456781011U17650(14VCC-

13、VCCR6150KC6104C5104Rp1500KVCC-VCCVCC-VCCE2106C7104C8104R91KR1051KRp250K-VCC VCC12J1CON2sig nal123456781011U27650(14E1106Rp3500KR111KR121K實驗三、紅外遙控設計實驗一、實驗目的1、了解紅外遙控原理2、了解掌握紅外遙控電路設計方法二、實驗內(nèi)容1、紅外遙控編解碼實驗2、4路遙控原理實驗3、設計性試驗三、實驗儀器1、光電創(chuàng)新實驗儀主機箱2、紅外遙控實驗模塊3、連接線4、示波器四、實驗原理PT2262/2272是臺灣普城公司生產(chǎn)的一種CMOS工藝制造的低功耗低價位通用編

14、解碼電路,PT2262/2272最多可有12位(A0-A11三態(tài)地址端管腳(懸空,接高電平,接低電平,任意組合可提供531441地址碼,PT2262最多可有6位(D0-D5數(shù)據(jù)端管腳,設定的地址碼和數(shù)據(jù)碼從17腳串行輸出,可用于無線遙控發(fā)射電路。編碼芯片PT2262發(fā)出的編碼信號由:地址碼、數(shù)據(jù)碼、同步碼組成一個完整的碼字,解碼芯片PT2272接收到信號后,其地址碼經(jīng)過兩次比較核對后,相應的數(shù)據(jù)腳也輸出高電平。PT2262特點: CMOS工藝制造,低功耗、外部元器件少、RC振蕩電阻、工作電壓范圍寬:2.6-15v、數(shù)據(jù)最多可達6位、地址碼最多可達531441種。應用范圍:車輛防盜系統(tǒng)、家庭防盜

15、系統(tǒng)、遙控玩具、其他電器遙控引腳圖: 管腳說明:名稱管腳說明A0-A11 1-8、10-13 地址管腳,用于進行地址編碼,可置為“0”,“1”,“f”(懸空,D0-D5 7-8、10-13 數(shù)據(jù)輸入端,有一個為“1”即有編碼發(fā)出,內(nèi)部下拉Vcc 18 電源正端(+Vss 9 電源負端(-TE 14 編碼啟動端,用于多數(shù)據(jù)的編碼發(fā)射,低電平有效;OSC1 16 振蕩電阻輸入端,與OSC2所接電阻決定振蕩頻率;OSC2 15 振蕩電阻振蕩器輸出端;Dout 17 編碼輸出端(正常時為低電平在具體的應用中,外接振蕩電阻可根據(jù)需要進行適當?shù)恼{(diào)節(jié),阻值越大振蕩頻率越慢,編碼的寬度越大,發(fā)碼一幀的時間越長

16、。注意:下圖電路應用在無線遙控,如果在紅外遙控領域,需要芯片型號為PT2262-IR。 解碼電路 PT2272 引腳圖: 名稱管腳說明A0-A11 1-8、10-13 地址管腳,用于進行地址編碼,可置為“0”,“1”,“f”(懸空,必須與2262一致,否則不解碼D0-D5 7-8、10-13 地址或數(shù)據(jù)管腳,當做為數(shù)據(jù)管腳時,只有在地址碼與2262一致,數(shù)據(jù)管腳才能輸出與2262數(shù)據(jù)端對應的高電平,否則輸出為低電平,鎖存型只有在接收到下一數(shù)據(jù)才能轉(zhuǎn)換Vcc 18 電源正端(+Vss 9 電源負端(-DIN 14 數(shù)據(jù)信號輸入端,來自接收模塊輸出端OSC1 16 振蕩電阻輸入端,與OSC2所接電

17、阻決定振蕩頻率;OSC2 15 振蕩電阻振蕩器輸出端;VT 17 解碼有效確認輸出端(常低解碼有效變成高電平(瞬態(tài) 地址碼和數(shù)據(jù)碼都用寬度不同的脈沖來表示,兩個窄脈沖表示“0”;兩個寬脈沖表示“1”;一個窄脈沖和一個寬脈沖表示“F”也就是地址碼的“懸空”上面是我們從超再生接收模塊信號輸出腳上截獲的一段波形,可以明顯看到,圖上半部分是一組一組的字碼,每組字碼之間有同步碼隔開,所以我們?nèi)绻脝纹瑱C軟件解碼時,程序只要判斷出同步碼,然后對后面的字碼進行脈沖寬度識別即可。圖下部分是放大的一組字碼:一個字碼由12位AD碼(地址碼加數(shù)據(jù)碼,比如8位地址碼加4位數(shù)據(jù)碼組成,每個AD位用兩個脈沖來代表:兩個窄

18、脈沖表示“0”;兩個寬脈沖表示“1”;一個窄脈沖和一個寬脈沖表示“F”也就是地址碼的“懸空”2262每次發(fā)射時至少發(fā)射4組字碼,2272只有在連續(xù)兩次檢測到相同的地址碼加數(shù)據(jù)碼才會把數(shù)據(jù)碼中的“1”驅(qū)動相應的數(shù)據(jù)輸出端為高電平和驅(qū)動VT端同步為高電平。因為無線發(fā)射的特點,第一組字碼非常容易受零電平干擾,往往會產(chǎn)生誤碼,所以程序可以丟棄處理。 PT2272解碼芯片有不同的后綴,表示不同的功能,有L4/M4/L6/M6之分,其中L表示鎖存輸出,數(shù)據(jù)只要成功接收就能一直保持對應的電平狀態(tài),直到下次遙控數(shù)據(jù)發(fā)生變化時改變。M表示非鎖存輸出,數(shù)據(jù)腳輸出的電平是瞬時的而且和發(fā)射端是否發(fā)射相對應,可以用于類

19、似點動的控制。后綴的6和4表示有幾路并行的控制通道,當采用4路并行數(shù)據(jù)時(PT2272-M4,對應的地址編碼應該是8位,如果采用6路的并行數(shù)據(jù)時(PT2272-M6,對應的地址編碼應該是6位。PT2262/2272芯片的地址編碼設定和修改:在通常使用中,我們一般采用8位地址碼和4位數(shù)據(jù)碼,這時編碼電路PT2262和解碼PT2272的第18腳為地址設定腳,有三種狀態(tài)可供選擇:懸空、接正電源、接地三種狀態(tài), 3的8次方為6561,所以地址編碼不重復度為6561組,只有發(fā)射端PT2262和接收端PT2272的地址編碼完全相同,才能配對使用,遙控模塊的生產(chǎn)廠家為了便于生產(chǎn)管理,出廠時遙控模塊的PT22

20、62和PT2272的八位地址編碼端全部懸空,這樣用戶可以很方便選擇各種編碼狀態(tài),用戶如果想改變地址編碼,只要將PT2262和PT2272的18腳設置相同即可,例如將發(fā)射機的PT2262的第1腳接地第5腳接正電源,其它引腳懸空,那么接收機的PT2272只要也第1腳接地第5腳接正電源,其它引腳懸空就能實現(xiàn)配對接收。當兩者地址編碼完全一致時,接收機對應的D1D4端輸出約4V互鎖高電平控制信號,同時VT端也輸出解碼有效高電平信號。用戶可將這些信號加一級放大,便可驅(qū)動繼電器、功率三極管等進行負載遙控開關(guān)操縱。五、注意事項1、不得扳動面板上面元器件,以免造成電路損壞,導致實驗儀不能正常工作。2、地址編碼和

21、地址解碼編碼方法:編解碼均為三態(tài),高、低和懸空,分為上中下3排,每排對應地址位看模塊上標示。短接上兩排為低,下兩排為高,不短接則為懸空。六、實驗步驟與實驗要求(紅字部分為實驗要求1、將模塊上紅外發(fā)射二極管的金色插孔“L+”“L-”通過連線連接至發(fā)射金色插孔“L+”“L-”,紅外接收頭金色插孔“GND ”“VCC ”“SIG ” 通過連線連接至接收金色插孔“GND ”“VCC ”“SIG ”(GCC GND 為接收頭的供電端,SIG 為接收頭的信號輸出端。2、將電源開關(guān)打開,分別按下S1,S2,S3,S4按鈕,觀察并記錄模塊右下角指示燈的變化情況;3、使用短路塊將編碼解碼設置相同狀態(tài),按下4路控

22、制任何一路開關(guān),觀察并記錄4路輸出指示燈等狀態(tài)。5、使用短路塊將編碼解碼設置不同狀態(tài),按下4路控制任何一路開關(guān),觀察并記錄4路輸出指示等狀態(tài)。七、設計性實驗18U1R1RES2R2RES2R3RES2R4RES2R5RES2R6RES2R7RES2R8RES2R9RES2R10RES2R11RES2R12RES2R13470kR141kR15100+5V S1S2S3S4D3D4D5D64148+5VQ12sc1815D LED+5V 123456789CON9123456789CON9123456789CON9R0RES2上圖為編碼發(fā)射電路。U1為芯片PT2262,在沒有按鍵按下時,U1不通

23、電,任意按鍵按下時,+5V 通過二極管4148后為芯片供電,這樣設計可以降低產(chǎn)品功耗。U1輸出波形通過三極管Q1調(diào)制到紅外發(fā)射二極管上。3排9針插針用來對芯片進行3態(tài)編碼。下圖為接收解碼電路。U2為芯片PT2272,紅外接收頭接收到得信號經(jīng)過三極管Q2驅(qū)動后送入芯片PT2272輸入端,3排8針插針用來對芯片進行3態(tài)編碼。本實驗手冊提供的原理圖為4路編解碼原理,同學們有興趣可以根據(jù)芯片原理設計相應其它路數(shù)的遙控。18U2R16RES2LED5LED1LED2LED3LED4R17RES2R18RES2R19RES2R20RES2R21RES2R221mR2410kR26RES2R27RES2R2

24、8RES2R29RES2R30RES2R31RES2R32RES2+5VQ32sc18151234PHOTO+5V123456781234567812345678實驗四、PSD 位移測試設計實驗一、實驗目的1、了解PSD 位置傳感器工作原理及其特性2、了解并掌握PSD 位置傳感器測量位移的方法3、了解并掌握PSD 位置傳感器輸出信號處理電路原理二、實驗內(nèi)容1、一維PSD 光學系統(tǒng)組裝調(diào)試實驗2、PSD 輸出信號處理實驗3、PSD 輸出信號誤差補償實驗4、PSD 測位移原理實驗5、設計實驗三、實驗儀器1、光電創(chuàng)新實驗儀主機箱2、PSD 位移測試模塊3、連接線4、萬用表四、實驗原理PSD 為一具有

25、PIN 三層結(jié)構(gòu)的平板半導體硅片。其斷面結(jié)構(gòu)如圖1所示,表面層P 為感光面,在其兩邊各有一信號輸入電極,底層的公共電極是用與加反偏電壓。當光點入射到PSD 表面時,由于橫向電勢的存在,產(chǎn)生光生電流0I ,光生電流就流向兩個輸出電極,從而在兩個輸出電極上分別得到光電流1I 和2I ,顯然012I I I =+。而1I 和2I 的分流關(guān)系則取決于入射光點到兩個輸出電極間的等效電阻。假設PSD 表面分流層的阻擋是均勻的,則PSD 可簡化為圖2所示的電位器模型,其中1R 、2R 為入射光點位置到兩個輸出電極間的等效電阻,顯然1R 、2R 正比于光點到兩個輸出電極間的距離。 入射光I1I2輸出電極公共電

26、極P I N輸出電極入射光I1I2I1I2R1R2FvRRLRL圖11-1圖11-2圖1圖2因為 I 1 / I 2 = R 2 / R 1 = (L-X / L+X I 0 = I 1 + I 2所以可得 I 1 = I 0(L-X /2L I 2 = I 0(L+X /2L X =( I 2 - I 1 / I 0L當入射光恒定時,0I 恒定,則入射光點與PSD 中間零位點距離X 與21I I 成線性關(guān)系,與入射光點強度無關(guān)。通過適當?shù)奶幚黼娐?就可以獲得光點位置的輸出信號。五、注意事項1、激光器輸出光不得對準人眼,以免造成傷害。2、激光器為靜電敏感元件,因此操作者不要用手直接接觸激光器引

27、腳以及與引腳連接的任何測試點和線路,以免損壞激光器。3、不得扳動面板上面元器件,以免造成電路損壞,導致實驗儀不能正常工作。六、實驗步驟與實驗要求1、將激光器引線紅色接模塊上+5V 金色插孔,黑色接GND5金色插孔。PSD 后金色插孔“I1” “I2”為PSD 電流輸出,對應接到金色插孔“T6”“T8”, PSD 后金色插孔“C ”為PSD 供電端,對應接到金色插孔“T4”。2、將PSD 傳感器實驗單元電路連接起來:“T7”接“T10” “T9”接“T12” “T13”接“T14” “T15”接“T16”, “T17”與“T18”對應接到萬用表電壓檔正負極,用來測量輸出電壓。3、打開主機箱電源開

28、關(guān),打開模塊上電源開關(guān),實驗模塊開始工作。調(diào)整測微頭,使激光光點能夠在PSD 受光面上的位置從一端移向另一端,最后將光點定位在PSD 受光面上的正中間位置(目測,調(diào)節(jié)零點調(diào)整旋鈕,使電壓表顯示值為0。轉(zhuǎn)動測微頭使光點移動到PSD 受光面一端,調(diào)節(jié)輸出幅度調(diào)整旋鈕,使電壓表顯示值為3V 或-3V 左右。4、從PSD 一端開始旋轉(zhuǎn)測微頭,使光點移動,取X =0.5mm ,即轉(zhuǎn)動測微頭一轉(zhuǎn)。讀取電壓表顯示值,填入表1。表1 PSD 傳感器位移值與輸出電壓值位移量(mm 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 輸出電壓(V 位移量(mm 4 4.5 5 5.5 6 6.5 7 7.5 輸出電壓

29、(V 七、設計性實驗1、PSD 供電電路如下圖C3104E310uF/25VR2512VrefR1391E43.3uf/50VVCC12T42、PSD 輸出處理電路如下圖,原理:運算放大器U4A U4B 完成PSD 兩路電流輸出I/V 變換;U5A 為加法電路,對兩路輸出進行加法運算,用來驗證PSD 兩路輸出之和不隨光電位置變化而改變;U5B 為減法電路,實現(xiàn)PSD 位移測量;U3A 為放大電路,W1用來調(diào)節(jié)放大增益。U3B 為調(diào)零電路,通過調(diào)節(jié)W2阻值大小進行電路調(diào)零。R3105R6104R7104C410nFPSDI2C510nF R4105PSDI1Vo1Vo2Vo3Vi1R8100KR

30、11104Vo4R9104Vi2R10104C71041IN-21IN+31OP1V +8V -4U3ALF412W122K C111042IN-62IN+52OP7U3BLF412T8T6T9T7T10T12T11T13T16T15T14R5100K C8104C6104R1310kR121KR1410KR1512KR1710KR1910KC9244R181KR1612KVEE-12VCC121t171t18R2010KC10244R211K W21IN-21IN+31OP1V +8V -4U5ALF4122IN-62IN+52OP7U5BLF412VEE-12VCC121IN-21IN+3

31、1OP1V +8V -4U4ALF4122IN-62IN+52OP7U4BLF412VEE-12VCC12VCC12VEE-12D55.1V D65.1V實驗五、太陽能充電器設計實驗一、實驗目的1、了解和掌握太陽能電池充電原理2、了解和掌握DC/DC變換原理二、實驗內(nèi)容1、普通電源給鋰電池充電2、用太陽能電池給鋰電池充電實驗3、DC/DC升壓原理實驗4、設計性實驗三、實驗儀器1、光電創(chuàng)新實驗儀主機箱2、太陽能電池充電模塊3、連接線4、萬用表四、實驗原理1、太陽能電池(Solar Cells,也稱為光伏電池,是將陽光輻射能直接轉(zhuǎn)換為電能的器件。由這種器件封裝成太陽能電池組件,再按需要將一塊以上的

32、組件組合成一定功率的太陽能電池方陣,經(jīng)與儲能裝置、測量控制裝置及直流-交流變換裝置等相配套,即構(gòu)成太陽能電池發(fā)電系統(tǒng),也稱為之光伏發(fā)電系統(tǒng)。太陽能電池具有不消耗常規(guī)能源、無轉(zhuǎn)動部件、壽命長、維護簡單、使用方便、功率大小可任意組合、無噪音、無污染等優(yōu)點。經(jīng)過人們40 多年的努力,太陽能電池的研究、開發(fā)與產(chǎn)業(yè)化已取得巨大進步。目前,太陽能電池已成為空間衛(wèi)星的基本電源和地面無電、少電地區(qū)及某些特殊領域(通信設備、氣象臺站、航標燈等的重要電源。本該實驗作為一個綜合設計性的實驗,聯(lián)系科技開發(fā)實際,有一定的新穎性和實用價值,能激發(fā)學生的學習興趣。本實驗原理的核心是太陽能充電控制芯片CN3083,該芯片基本

33、電路原理圖: CN3083是可以用太陽能板供電的單節(jié)鋰電池充電管理芯片。該器件內(nèi)部包括功率晶體管,應用時不需要外部的電流檢測電阻和阻流二極管。內(nèi)部的8位模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換電路,能夠根據(jù)輸入電壓源的電流輸出能力自動調(diào)整充電電流,用戶不需要考慮最壞情況,可最大限度地利用輸入電壓源的電流輸出能力,非常適合利用太陽能板等電流輸出能力有限的電壓源供電的鋰電池充電應用。CN3083只需要極少的外圍元器件,并且符合USB總線技術(shù)規(guī)范,非常適合于便攜式應用的領域。熱調(diào)制電路可以在器件的功耗比較大或者環(huán)境溫度比較高的時候?qū)⑿酒瑴囟瓤刂圃诎踩秶鷥?nèi)。內(nèi)部固定的恒壓充電電壓為4.2V,也可以通過一個外部的電阻調(diào)節(jié)。充電

34、電流通過一個外部電阻設置。當輸入電壓掉電時,CN3083自動進入低功耗的睡眠模式,此時電池的電流消耗小于3微安。其它功能包括輸入電壓過低鎖存,自動再充電,電池溫度監(jiān)控以及充電狀態(tài)/充電結(jié)束狀態(tài)指示等功能。充電狀態(tài)和充電結(jié)束狀態(tài)雙指示輸出,電源電壓掉電時自動進入低功耗的睡眠模式,采用恒流/恒壓/恒溫模式充電,既可以使充電電流最大化,又可以防止芯片過熱,電池溫度監(jiān)測功能,自動再充電,充電結(jié)束檢測。2、DC/DC變換就是將一個量級的直流電壓轉(zhuǎn)換為另一個量級的直流電壓:包括升壓、降壓和電壓極性變換等。本實驗DC/DC變換的核心器件為MC34063。該器件本身包含了DC/DC變換器所需要的主要功能。它由

35、具有溫度自動補償功能的基準電壓發(fā)生器、比較器、占空比可控的振蕩器,RS觸發(fā)器和大電流輸出開關(guān)電路等組成。該器件可用于升壓變換器、降壓變換器、反向器的控制核心,由它構(gòu)成的DC/DC變換器僅用少量的外部元器件。主要應用于以微處理器(MPU或單片機(MCU為基礎的系統(tǒng)里。MC34063集成電路主要特性:輸入電壓范圍:2、540V輸出電壓可調(diào)范圍:1.2540V輸出電流可達:1.5A工作頻率:最高可達100kHz低靜態(tài)電流短路電流限制可實現(xiàn)升壓或降壓電源變換器MC34063的基本結(jié)構(gòu)及引腳圖功能(右圖1腳:開關(guān)管T1集電極引出端; 2腳:開關(guān)管T1發(fā)射極引出端;3腳:定時電容ct接線端;調(diào)節(jié)ct可使工

36、作頻率在100100kHz范圍內(nèi)變化;4腳:電源地;5腳:電壓比較器反相輸入端,同時也是輸出電壓取樣端;使用時應外接兩個精度不低于1%的精密電阻;6腳:電源端;7腳:負載峰值電流(Ipk取樣端;6,7腳之間電壓超過300mV時,芯片將啟動內(nèi)部過流保護功能;8腳:驅(qū)動管T2集電極引出端。本實驗完成由MC34063組成的升壓電路,工作原理如下。 工作過程:MC34063組成的降壓電路原理如上圖,當芯片內(nèi)開關(guān)管(T1導通時,電源經(jīng)取樣電阻Rsc、電感L1、MC34063的1腳和2腳接地,此時電感L1開始存儲能量,而由C0對負載提供能量。當T1斷開時,電源和電感同時給負載和電容Co提供能量。電感在釋放

37、能量期間,由于其兩端的電動勢極性與電源極性相同,相當于兩個電源串聯(lián),因而負載上得到的電壓高于電源電壓。開關(guān)管導通與關(guān)斷的頻率稱為芯片的工作頻率。只要此頻率相對負載的時間常數(shù)足夠高,負載上便可獲得連續(xù)的直流電壓。五、注意事項1、不得扳動面板上面元器件,以免造成電路損壞,導致實驗儀不能正常工作。2、不要讓鋰電池短路,防止發(fā)生意外。六、實驗步驟與實驗要求(紅字部分為實驗要求1、鋰電池正極接金色插座“J5”負極接“J6”,太陽能電池,接入實驗模塊的“J1”(正和“J3”(負,用萬用表(20V 量程電壓表分別測量無光照下的鋰電池正負極間的電壓以及太陽能電池正負極間的電壓,并觀察此時充電指示燈指示狀況。2

38、、用隨機配備的50W 射燈照射太陽能電池,分別測量光照下的鋰電池正負極間的電壓以及太陽能電池正負極間的電壓,并觀察充電指示燈指示狀況。將光照前后的電壓讀數(shù)填入下表:V 鋰電池(V V 太陽能電池(V 光照前 光照后3、充電模塊金色插孔“OUT+”和“OUT-”接入DC-DC 變換模塊的金色插孔“DCIN+”和“DCIN-”,用萬用表測量DC-DC 變換模塊的輸出電壓,對比輸入輸出電壓,填入下表。V 輸入(V V 輸出(V 七、設計性實驗1、太陽能電池充電器原理圖如下:CON1為外接+5V 輸入端,J2為太陽能電池正輸入端,J3、J8為接地端,J4 J5間串聯(lián)電流表用來測量充電電流,J6 J6間

39、接鋰電池,J7 J8為輸出端,可以為其它用電設備供電。R2330R11kR33.6K18273645U1CN30831J21J3Q12301Q22301 P 1J1CON1E14.7uF/25VD3green D4redR41kE24.7uF/25V1J41J51J61J71J8BATTERYD55822D658222、DC-DC 變換原理圖如下,同學們也可以自己查找MC34063資料進行學習,自行設計降壓和反向轉(zhuǎn)換電路并實現(xiàn)。VCCA01A12A23GND4SDA 5SCK 6WP 7VCC 8AT24C01U4MC34063R210.47R22180C21E21C22104PR2310KR

40、261.5KVPPL2D2141481J91J101J111J12實驗六、光纖位移測量系統(tǒng)設計實驗一、實驗目的1、了解光纖位移傳感器工作原理及其特性2、了解并掌握光纖位移傳感器測量位移的方法3、了解并掌握光纖位移傳感器處理電路原理二、實驗內(nèi)容1、光纖位移光學系統(tǒng)組裝調(diào)試實驗2、光纖位移傳感器測距原理實驗3、利用反射式光纖位移傳感器測量出光強隨位移變化的函數(shù)關(guān)系4、設計性實驗三、實驗儀器1、光電創(chuàng)新實驗儀主機箱2、光纖傳感器實驗模塊3、連接線4、萬用表5、反射式光纖組件四、實驗原理下圖是光纖位移測量裝置結(jié)構(gòu)光源探測器輸入光纖輸出光纖 被測物體adb光從光源耦合到輸入光纖射向被測物體,再被反射回另

41、一光纖,由探測器接收。設兩根光纖的距離為d ,每根光纖的直徑為2a ,數(shù)值孔徑為N ,如圖所示,這時2d tg b=由于1sinN -=,所以式可以寫為12(sin db tg N -=很顯然,當(1/2sinb d tg N -<時,即接收光纖位于光纖像的光錐之外。兩光纖的耦合為零,無反射進入接收光纖;當(1/2sinb d tg N -時,即接收光纖位于光錐之內(nèi),兩光纖耦合最強,接收光纖達到最大值。d 的最大檢測范圍為(1/sin a tg N -。如果要定量的計算光耦合系數(shù),就必須計算出輸入光纖像的發(fā)光錐體與接收光纖端面的交疊面積,如下圖所示,由于接收光纖芯徑很小,常常把光錐邊緣與

42、接收光纖芯交界弧線看成是直線。通過對交疊面簡單的幾何分析,不難得到交疊面積與光纖端面積之比。即11cos (1(1sin(1-=- bb2ad輸入光纖輸出光纖輸出光纖像位移測量原理本實驗采用的傳光型光纖,它由兩束光纖混合后組成,兩光束混合后的端部是工作端亦稱探頭,它與被測體相距X ,由光源發(fā)出的光傳到端部出射后再經(jīng)被測體反射回來,由另一束光纖接收光信號經(jīng)光電轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成電量,而光電轉(zhuǎn)換器的電量大小與間距X 有關(guān),因此可用于測量位移。五、注意事項1、不得隨意搖動和插拔面板上元器件和芯片,以免損壞,造成實驗儀不能正常工作。2、光纖傳感器彎曲半徑不得小于3cm ,以免折斷。3、旋動螺旋測微絲桿尾帽,使其產(chǎn)生位移,出現(xiàn)咔咔聲表示不能繼續(xù)前進。4、在使用過程中,出現(xiàn)任何異常情況,必須立即關(guān)機斷電以確保安全。5、實驗前確保螺旋測微絲桿端部光潔,可用酒精清洗,實驗過程中請勿用手及任何東西接觸端部,以免端部臟污影響實驗精度。6、實驗要在環(huán)境光穩(wěn)定的情況下進行,否則會影響實驗精度,最好在避光環(huán)境下實驗。六、實驗步驟與實驗要求(紅字部分為實驗要求1、根據(jù)圖示安裝光纖位移裝置。反射式光纖傳感器通過自帶螺母固定在光纖支架上(左邊支架,端面朝右。二束光纖分別插入光纖傳感器模塊上發(fā)射、接收端。注意:反射式光纖為二束,其中一束由單根光纖組成,實驗時對應插入發(fā)射孔;另