声控灯论文(31页).doc

《声控灯论文(31页).doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《声控灯论文(31页).doc（31页珍藏版）》请在得力文库 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、-声控灯论文-第 页威 海 职 业 学 院毕 业 设 计 任 务 书专业 应用电子技术年级 2008级班级 二班姓名 张伟凯 学号 20080203061威 海 职 业 学 院 教 务 处 编 印毕业设计指导须知一、毕业设计是高职教学过程中一个十分重要的环节。是锻炼学生运用所学知识正确分析和解决实际问题的一个重要方面，也是高职培养应用型专门人才的要求。二、导教师应为具有讲师以上或相应职称的有关专业人员，且专业对口（指所指导专业应同所聘教师专业职称相一致）。经系、教务处审查同意后，才能指导学生的毕业设计。三、学生应以严肃认真，实事求是的态度完成设计。要独立思考，自己动手，不得抄袭或找人代笔。四、

2、毕业设计选题要符合专业培养目标的要求。论文（任务书）写作要做到论点明确、论据充分，论理透彻，语言准确恰当，书面整洁、字迹工整，图纸应清晰、工整，符合设计要求，符合国家有关标准和部颁标准。字数、图纸数量符合有关要求。并在规定的时间内完成。五、答辩过程中学生要严认真，文明礼貌，谦虚谨慎，认真回答答辩主持人，委员等提出的问题。六、填报有关表格时，应按项目要求逐项填实、填全、填清。学号20080203061姓名张伟凯学 制三年制专业应用电子技术年级2008教学班负责人王秀娟班级二班指导教师姓名林琳职务或职称设 计 题 目户外声控照明灯指导教师评语：成绩： 指导教师签名： 工作单位 年 月 日系复审意见

3、：成绩： 复审人签名： 职称： 公章 年 月 日教务处终审意见：公章 年 月 日答 辩 情 况 记 录答 辩 题 目答 辩 情 况正确基本正确经提示回 答不正确未回答此表由主持答辩的同志填写。答辩委员会（或小组）评语：成绩： 主持答辩人签名： 职称： 月 日一、毕业设计的任务和具体要求：设计任务：设计一个简易声控户外照明灯设计要求：（1）要求电路能够通过照明灯对声音的感应控制照明灯的亮灭。（1）要求电路能够实现有声音时照明灯亮，并且照明三分钟后自动关断。（2）若接通开关，照明灯亮。（3）要求电路如果有新的声源出现，照明灯应重现开始。（4）根据上述要求选出设计方案，写出详细的设计过程。（5）画出

4、设计电路原理图，列出所需元件清单二、毕业设计应完成的图纸：表2-1：四色环标注法，见第4页 表：2-2 五环电阻读数方法，见第4页表2-3 电位器阻值变化，见第6页 表5-1 555定时器功能表，见第21页图1-1 户外声控照明灯原理图设计，见第2页图3-2 MIC原理图，见第11页 图6-5 整机电路PCB设计电路，见28页三、其他要求：通过对毕业设计题目的理解和制作过程巩固之前学习的知识，并随时吸收学习新的知识，以达到做毕业设计的目的。 四、毕业设计的期限：自2010年 10 月 01日 至 2010年 10月 31 日五、毕业设计（论文）进度计划：起 至 日 期工 作 内 容备 注201

5、0.10.012010.10.112010.10.122010.10.182010.10.192010.10.252010.10.262010.10-31确定选题、收集相关资料，备齐制作实物所需各种元器件。根据选定的原理图及框图进行实物的连接与装配。对所需产生功能及各种参数进行测量和调试，并改正过程中出现的各种错误。根据毕业设计的制作经过写毕业论文。户外声控照明灯摘 要在生活中,我们无时不在使用着灯，如台灯、路灯、日光灯、照明灯、彩灯等等，但不管什么方式的灯，他们的作用都是一致的照明。因此，设计一个即实用方便的照明灯则是我们共同的愿望。设计一种极不浪费电力又方便实用的照明灯更是我们一直以来努力

6、的目标。本设计主要是介绍了有关声控照明灯的电路设计。声控灯主要是声音的震动来实现的，当人走过时只需要用手轻拍一下灯就会自动的亮，一定时间后自动灭。这样不仅给人提供了相应的方便，同时也达到了节点和节能的目的。在实际生活中节电节能，能够实现更多的自动化。在本设计中介绍了声控电路的组成、性能及工作原理，给出各电路原理图及元器件参数选择，节能效果十分明显。电路的拾音器只要检测到有声音就会自动照明，过三分钟后自动熄灭，节能节电。目 录第一章 前言11.1 引言11.2 电路的基本原理2第二章 元器件的基本知识3 2.1 电阻的基本知识3 2.2 电位器的基本知识5 2.3 电容的基本知识7 第三章 声电

7、传感器103.1 MIC电路图103.2 MIC电路的测试12第四章 发光二极管144.1 发光二极管的基本原理和简介144.2 发光二极管的使用注意事项16 4. 3 发光二极管的主要特点17 4. 4 发光二极管的质量检测17第五章 7555时基电路20 5.1 7555定时器的引脚的引脚介绍20 5.2 7555定时器构成的单稳态触发器21 第六章 组装和调试过程236.1 手工焊接236.2 组装及调试276.3 元器件清单列表29第七章 总结30参考文献 31致谢32第一章 前言1.1 引言在人类社会进入21世纪之后随着社会对能源的需求不断加大，科学技术的飞速发展以及电子计算机大规模

8、应用于各个领域，带动了生产力的大规模提高。电子信息技术在生产各部门得到了广泛应用。电子电路的设计也发生了巨大的变化，首先我们现在设计电路不仅仅只是为了应用而去设计电路，我们要在多方面中和考虑的情况下能利用高科技则尽量利用高科技能节约成本则应尽量节约成本，还要在尽最大程度的节约能源的基础上实现电路的“绿色化”。电子信息技术发展的主要目标是实现高度智能化，在减少利用能源的同时又可以不需要人为干预下是机器能独立处理各种工作。智能化照明电路也是如此，声音使我们最为熟知的。人与人需要用声音去交流，机器运转发出声音，动物会发出声音。然而此宝贵的资源却被我们忽视了很长时间，如今我们应合理的利用这一资源。利用

9、声音作为电开关控制机器的运行。照明是人们日常生活中必不可少的，而声控在照明中也得到了广泛的应用。他将声音转化为电信号来控制各种电器的工作。户外声控照明灯也是基于前人设计的基础上进行改进的，借助脚步声，使之点亮，是照明线路节省电能的有效途径。目前常用的照明灯控制电路的形式多样，但大都较为复杂，为此，对采用7555定时器为基本元件组成照明声控电路进行了研究。本论文主要研究了声控照明电路的设计，通过这次的研究，将我们平时所学的知识运用到实验探索上，这对提高我们的动手能力，创新意识，及锻炼思维活动无疑是一个莫大的帮助。1.2 电路的基本原理 该电路主要有MIC电路接收声音后转化为电信号，电信号经一系列

10、的变化，如：放大，延时等传送至发光二极管即模拟照明灯，控制发光二极管的亮与灭。 系统工作流程图如图所示:TL0717555时基电路LED发光二极管声电转换电路 要实现上述照明灯的控制，则要求控制电路由MIC电路，运算放大器， 555定时器延时电路，和LED发光二极管等几部分组成，整体电路的原理框图如1-1图所示。图1-1 户外声控照明灯原理图设计 原理简述：由电容式话筒检取的声音信号用TL071（IC1）放大，用电阻R1和电容C1降低电路对低频声音的灵敏度，以消除误触发的可能。VR1用来调整话筒的灵敏度。VR2调整IC1的增益。从IC1放大后的输出信号耦合至IC2的触发脚。IC2是一块CMOS

11、定时器7555，接成单稳态触发电路。R4使脚在未触发情况下为高电位。定时元件R6和C4给出的延时为3分钟。IC2的复位脚经R5连接至电源正极，并经C2连接至电源负极，其作用是为电路提供上电复位功能。IC2的输出经镇流电阻R7接通白色LED（LED1）使之发光。用三节1.5V5号电池对电路供电。适当的调整VR1和VR2使IC1有足够高的灵敏度。按下开关S1可向手电筒一样接通照明灯。第二章 基本元器件的识别及测量2.1 电阻的基本知识2.1.1 电阻的作用 电阻在电路中的主要作用是稳定和调节电路的电流和电压，其次是限制电路分流、降低电压及分配电压等功能。2.1.2 图形符号及基本单位 电阻的图形符

12、号如右图所示： 电阻的基本单位为欧姆，简称欧，用字母“”，表示，常用单位：欧（）、千欧（K）、兆欧（M） 1 M=1000 K=102.1.3 电阻的参数标注方法 电阻的参数标注方法有3种，即直标法、色标法和数标法。 （1）数标法 数标法主要用于贴片等小体积的电路，如：472 表示 47100（即4.7K）； 104则表示100K (2) 色环标注法 小功率电阻广泛使用色标法。 普通电阻通常用4个色环表示其阻值和允许误差。 第一，二色环表示有效数字，第三个色环表示倍率（乘数），与前3环距离较大的第四个色环表示精度。如图2-1所示。四色环标注法如表2-1。例如，具有红、黄、棕、金这4个色环标注的

13、电阻，其阻值为24x10=240。 图2-1 电阻的四色标法表2-1 四色环标注法 精密电阻用5个色环表示其阻值和允许误差。第一、二、三色环表示有效数字，第四个色环表示倍率（乘数），与前4环距离较大的第五个色环表示精度。如图2-2所示。五色环标 图2-2 电阻的五色标法 例如，具有蓝、灰、黑、橙、紫这5个色环标注的电阻，其阻值为680x10=680K。 表2-2 五环电阻读数方法2.1.4 电阻的主要参数 电位器的的主要参数有标称阻值、允许偏差及额定功率。 标称阻值：一个电阻器，他所标注的阻值叫标称阻值。不同精度的电阻器，其标称阻值不同。 允许偏差：电阻器的允许偏差是指电阻器的实际阻值对于标称

14、阻值的允许最大偏差范围，他标志着电阻器的阻值精度。 额定功率：指电阻器当大气压力为87-107kPa时，在特定的环境温度范围内所允许承受的最大功率。2.1.5 阻值的测量 测量电阻一般采用万用表的欧姆档进行（以指针万用表为例），测量前应将万用表调零。例如，测量470欧电阻，首先将万用表置于Rx10档，将红黑两根表笔短接，调节调零电位器使万用表指针阻值为零，然后载用表笔接被测电阻两个引脚，此时指针应指向“47”，将此时指针指示值乘10，即为被测电阻的阻值。在测试时，若指针指向“0”处，则表明电阻短路；若指针指向无穷大，则表明电阻内部开路，此时说明电阻失效，不能使用。 本设计使用电阻如下：R1 4

15、.7K 色环：黄紫红棕 作用： 降低电路对极低频声音的灵敏度R2 10K 色环：棕黑橙棕 作用： 限流R3 10K 色环：棕黑橙棕 作用： 限流R4 10K 色环：棕黑橙棕 作用：使脚在未触发的情况下为高电平R5 10K 色环：棕黑橙棕 作用： 限流R6 1M 色环：棕黑绿棕 作用：定时R7 100 色环：棕黑棕棕 作用： 镇流2.2 电位器的基本知识2.2.1电位器的作用 电位器实际上是一个可变电阻器，用于电路中经常改变阻值的位置。声控照明电路中两个变位器器分别调节话筒灵敏度和运算放大器的增益。2.2.2 基本单位 电位器的基本单位为欧姆，简称欧，用字母“”，表示，常用单位：欧（）、千欧（K

16、）、兆欧（M） 1 M=1000 K=102.2.3 数码表示法 数码表示法一般用3位数字表示电位器阻值的大小，单位为。前两位数为有效数字，后一位表示倍率，10 ，i为第三位数字，如103代表10x10=10K。2.2.4 电位器的主要参数 电位器的的主要参数有标称阻值、允许偏差及额定功率。2.2.5 电位器的质量判别 外观检查：检查电位器引出端子是否松动，接触是否良好，转动转轴时应感觉平滑，不应有过松、过紧现象。 阻值检测：首先用万用表欧姆（指针式万用表）档测量电位器总阻值，看是否在标称值范围内，然后将表笔接于活动端子和一个引出端子，反复慢慢的旋动电位器转轴，看万用表数值是否连续变化，如果变

17、化不连续或变化过程中阻值不稳定，则说明电位器接触不良，此电位器不能使用。电位器阻值变化规律如表2-3： 表2-3 电位器阻值变化阻值变化规律特点适用场合直线式阻值随转轴角度均匀变化电路要求均匀变化场合，如稳压电源采样点路对数式电位器开始转动时，阻值变化小。转角接近最大转角端时，阻值变化大音量控制电路反对数式电位器开始转动时，阻值变化大。转角接近最大转角端时，阻值变化小音量控制电路，对比度调节电路 本设计使用的电位器如下： VR1 10K 作用： 调整话筒的灵敏度 VR2 1M 作用：调整IC1的增益2.3 电容的基本知识2.3.1电容器的简介及其作用 电容器是电子设备中大量使用的电子元器件，光

18、反应用于隔直，耦合，旁路，调谐回路，能量转换，控制电路等方面。 电容器的基本作用就是充电与放电，但由这种基本充放电作用所延伸出来的许多电路现象，使得电容器有着种种不同的用途，例如在电动马达中，我们用它来产生相移; 在照相闪光灯中，用它来产生高能量的瞬间放电等等; 而在电子电路中，电容器不同性质的用途尤多，这许多不同的用途，虽然也有截然不同之处，但因其作用均来自充电与放电。下面是一些电容的常用作用列表： 耦合电容：用在耦合电路中的电容称为耦合电容，在阻容耦合放大器和其他电容耦合电路中大量使用这种电容电路，起隔直流通交流作用。 滤波电容：用在滤波电路中的电容器称为滤波电容，在电源滤波和各种滤波器电

19、路中使用这种电容电路，滤波电容将一定频段内的信号从总信号中去除。 旁路电容：用在旁路电路中的电容器称为旁路电容，电路中如果需要从信号中去掉某一频段的信号，可以使用旁路电容电路，根据所去掉信号频率不同，有全频域（所有交流信号）旁路电容电路和高频旁路电容电路。 定时电容：用在定时电路中的电容器称为定时电容。在需要通过电容充电、放电进行时间控制的电路中使用定时电容电路，电容起控制时间常数大小的作用。 2.3.2 图形符号及基本单位 电容的图形符号如图2-3所示。 普通电容 电解电容 可变电容图 2-3 电容图形符号 电容的基本单位为法拉，用字母“F”表示，常用单位：法（F）、微法（uF）、纳法（nF

20、）、皮法（pF）。 1F=10uF=10nF=10pF2.3.3 电容器的识别 (1)电解电容（采用直标法） 此电容具有正负极性的。一只新电容长脚为正，短脚为负。另外，也可以从外壳标记来看正负极性，带有“”标记下的引脚为负极。如图2-4所示。电容容量为：33uF，耐压6V. 图2-4 直标电容符号 (2)小容量电容表示法（采用数码表示法） 小容量电容一般无极性。 数码表示法一般用3位数字表示电容的大小，单位为pF。前两位数为有效数字，后一位表示倍率，10 ，i为第三位数字。图3所示的电容容量为： 1000pF= 1nF ，耐压为：3KV。2.3.4 电容的主要参数 电容的主要参数有标称电容量、

21、允许偏差及额定工作电压。2.3.5 电解电容器质量的判别与正、负极性的判别 （1）电容质量好坏的判别 对于容量大于5100pF的电容器，可在指针式万用表Rx10K档或Rx1K档条件下，用表笔连接电容两端引线。在正常情况下，表针先向右的方向（R=0）摆去，然后向左的方向返回。如果退不到最左边，而停在某一数值，指针稳定后的阻值就是该电容器的漏电阻。一般电容器的漏电阻在数十兆欧以上，电解电容器的漏电阻也应该在几兆欧以上。若测得的漏电阻小于上述值，则表明该电容器漏电严重、不能使用。在测量过程中，表针停在最右边，表示电容器击穿短路；若表针停在最左边，表示电容器内部开路。此两种情况，均说明电容器已坏，不能

22、使用。 （2）电解电容器正、负极性的判别 使用时，电源的正极与电容器的正极相连接，电源的负极与电容器的负极相连接这时成为电容器的正接。电容器正接时的漏电阻比反接时大，利用这一点特性判别电解电容的正、负极性。 方法：先任意测一下漏电阻，记住其大小，然后将电容器两引脚短路一下放电，变换红、黑表笔再测一次，两次测量中漏电阻较大的就是正向接法，黑表笔对应的引脚为电容器的正极，红表笔对应的引脚为电容器的负极。 本设计使用电容如下： 瓷片电容： C1 0.22uF 作用：降低电路对低频声音的灵敏度 C3 0.01uF 作用：防止干扰电压引入 电解电容： C2 4.7uF（16V） C4 47uF（16V）

23、 作用：定时第三章 声电传感器3.1 MIC电路3.1.1 MIC传声器 MIC是将声音信号转换为电信号的一种电声器件。MIC有两个电极：漏极（D）、源级（S）。源级一般与外壳相通。驻极体传声器是一种用驻极体材料制造的新型传声器。它具有结构简单、灵敏度高等优点。 驻极体传声器内部主要包括声电转换和阻抗变换两部分。声电转换部分包括振膜、极板、空隙三部分。声电转换的关键元件是振动膜，它是一片极薄的塑料膜片，在其中一面蒸发上一层纯金薄膜，然后再经过高压电场驻极后，两面分别驻有异性电荷，膜片的蒸金面向外，与金属外壳相连通。膜片的另一面与金属极板之间用薄的绝缘衬圈隔离开，这样，蒸金膜与金属极板之间就形成

24、一个电容。当声音传入时，振膜随声波的运动发生振动，此时振膜与固定电极间的电容量也随声音而发生变化。从而产生了随声波变化而变化的交变电压信号，如此就完成了声音转换为电信号的过程。电压变化的大小，反映了外界声压的强弱，这种电压变化频率反映了外界声音的频率。驻极体传声器振膜与极板之间的电容量比较小，一般为几十pF。因而这个电信号输出阻抗很高，而且很弱。因此，不能将驻极体传声器的输出直接与音频放大器相接。而场效应晶体管具有输入阻抗极高、噪声系数低的特点，因此，一般是在传声器内部接入一只输入阻抗极高的结型场效应晶体三极管用来放大驻极体电容产生的电压信号，同时以比较低的阻抗在源极S或者漏极G输出信号，实现

25、阻抗变换。如图3-1为一些常用驻体声电传感器。 图3-1 常见驻体声电传感器3.1.2 MIC电路的基本原理 图3-2 MIC原理图 FET：(场效应管)MIC的主要器件，起到阻抗变换和放大的作用。 C：是一个可以通过膜片震动而改变电容量的电容，声电转换的主要部件。 C1,C2：是为了防止射频干扰而设置的，可以分别对两个射频频段的干扰起到抑制作用。 C1一般是10PF，C2一般是33PF，10PF滤波1800Mhz，33PF滤波GSM900Mhz。 RL：负载电阻，它的大小决定灵敏度的高低。 VS：工作电压，MIC提供工作电压。 CO：:隔直电容，信号输出端。3.1.3 由声信号到电信号的转换

26、 由静电学可知，对于平行板电容器，有如下的关系式： C=S/L 即电容的容量与介质的介电常数成正比，与两个极板的面积成正比，与两个极板之间的距离成反比。另外，当一个电容器充有Q量的电荷，那麽电容器两个极板要形成一定的电压，有如下关系式； C=Q/V 对于一个驻极体传声器，内部存在一个由振膜，垫片和极板组成的电容器，因为膜片上充有电荷，并且是一个塑料膜，因此当膜片受到声压强的作用，膜片要产生振动，从而改变了膜片与极板之间的距离，从而改变了电容器两个极板之间的距离，产生了一个d的变化，因此由公式可知，必然要产生一个C的变化，由公式又知，由于C的变化，充电电荷又是固定不变的，因此必然产生一个V的变化

27、。由于这个信号非常微弱，内阻非常高，不能直接使用，因此还要进行阻抗变换和放大。 FET场效应管是一个电压控制元件，漏极的输出电流受源极与栅极电压的控制。由于电容器的两个极是接到FET的S极和G极的，因此相当于FET的S极与G极之间加了一个v的变化量，FET的漏极电流I就产生一个ID的变化量，因此这个电流的变化量就在电阻RL上产生一个VD的变化量，这个电压的变化量就可以通过电容C0输出，这个电压的变化量是由声压引起的，因此整个传声器就完成了一个声电的转换过程。3.1.4 技术指标 1灵敏度： 用于表示传声器的声-电转换效率，即单位为声压下所能产生电压大小的能力。单位：V/Pa 或 aBV/Pa

28、0 aBV/Pa=1 V/Pa 2频率范围：指传声器正常工作的频带宽度，通常带宽的下限和上限频率来表示。 3信号噪声比：传声器有电信号输出时的信号电压与传声器内在噪声电压的比值，即： S/N. 4源阻抗及推荐的负荷阻抗：指传声器的交流内阻。 5最大允许声压级：通常以传声器产生0.5%谐波畸变时的声压级最大容许声压级。 6隔振能力：包括传声器与其支架间的隔振能力，以及传声器外壳内芯件与壳体隔振能力。 7瞬态响应：指传声器对脉冲型声波的跟踪能力。 MIC参数的设定包括工作电压，负载电阻。另外还要对MIC的工作电流进行限定，本设计供电电压为4.5V，可调负载电阻为10K，因为Vd=Vsd+Id*R，

29、Id = (Vs- Vsd)/ RL为了保证MIC中的FET工作在线性工作区，不进入饱和区，应使Vsd0.7V，因此Id(4.5V- 0.7V)/ 10K=0.38mA，因此在这种情况下,选用的FET的电流不能大于380A。3.2 MIC电路的测试3.2.1 MIC 的判别 1.极性判别 将指针式万用表拨至Rx1K档，将黑表笔任接一个电极红表笔接另一个电极，测量一阻值；再交换两表笔，又测得一阻值。比较两次结果，阻值小的，黑表笔接触的是源级（S），红表笔接触的是漏极（D）。 2.质量判别 将指针式万用表拨至Rx100档，黑表笔接MIC漏极，红表笔接MIC源级（即外壳），用嘴对着MIC吹气，观察万

30、用表指针的变化。若万用表指针不动，说明MIC已坏。若万用表指针有摆动，则说明MIC完好，摆动越大，灵敏度越高。3.2.2 MIC 技术指标的测试 1下图所示为MIC测试电路：图3-3 MIC测量电路 电流的测试： 由测试仪上直接读出电流的测试结果（uA）。 （1）灵敏度测试：首先用标准MIC校准测试仪的声压级，然后把待测MIC放到已校准的声腔 口上，用测试表笔测试MIC的两个极，即可从测试仪上直接读出灵敏度。 （2）最大声压级的测试：在消声室内，用测试仪测试，逐渐加大声压级，并观察失真值，当失真值等于3%时，这时候的声压级就是最大声压级。 （3）输出阻抗的测试：将声压级加大传声器上，测量其开路

31、输出电压，然后保持声压不变，在传声器的输出端并联一个电阻箱，调整其阻值，使输出电压为开路电压的一半，此时电阻箱的阻值即为传声器的输出电阻值。 （4）S/N的测试：首先测试其灵敏度，然后在相同的条件下在消声室内测试其噪声，计算S/N=灵敏度电平/噪声电平。第四章 发光二极管4.1 发光二极管的基本原理和简介发光二极管LED（Light-EmittingDiode）是能将电信号转换成光信号的结型电致发光半导体器件。基本上,发光二极管只是一个微小的电灯泡。但不像常见的白炽灯泡，发光二极管没有灯丝，而且又不会特别热。它单单是由半导体材料里的电子移动而使它发光。二极管是半导体设备中的一种最常见的器件,大

32、多数半导体最是由搀杂半导体材料制成(原子和其它物质)发光二极管导体材料通常都是铝砷化稼,在纯铝砷化稼中,所有的原子都完美的与它们的邻居结合,没有留下自由电子连接电流。在搀杂物质中，额外的原子改变电平衡，不是增加自由电子就是创造电子可以通过的空穴。这两样额外的条件都使得材料更具传导性。带额外电子的半导体叫做N型半导体，由于它带有额外负电粒子，所以在N型半导体材料中，自由电子是从负电区域向正电区域流动。带额外“电子空穴”的半导体叫做P型半导体，由于带有正电粒子。电子可以从另一个电子空穴跳向另一个电子空穴，从从负电区域向正电区域流动。因此，电子空穴本身就显示出是从正电区域流向负电区域。二极管是由N型

33、半导体物质与P型半导体物质结合，每端都带电子。这样排列使电流只能从一个方向流动。当没有电压通过二极管时，电子就沿着过渡层之间的汇合处从N型半导体流向P型半导体，从而形成一个损耗区。在损耗区中，半导体物质会回复到它原来的绝缘状态-所有的这些“电子空穴”都会被填满，所有就没有自由电子或电子真空区和电流不能流动。为了除掉损耗区就必须使N型向P型移动和空穴应反向移动。为了达到目的，连接二极管N型一方到电流的负极和P型就连接到电流的正极。这时在N型物质的自由电子会被负极电子排斥和吸引到正极电子。在P型物质中的电子空穴就移向另一方向。当电压在电子之间足够高的时候，在损耗区的电子将会在它的电子空穴中和再次开

34、始自由移动。损耗区消失，电流流通过二极管。如果尝试使电流向其它方向流动，P型端就边接到电流负极和N型连接到正极，这时电流将不会流动。N型物质的负极电子被吸引到正极电子。P型物质的正极电子空穴被吸引到负极电子。因为电子空穴和电子都向错误的方向移动所以就没有电流流通过汇合处，损耗区增加。发光二极管内部是具有发光特性的PN结。当PN结导通时，依靠少数载流子的注入以及随后的复合而辐射发光。普通发光二极管的外形、符号及伏安特性如图1 所示。LED正向伏安特性曲线比较陡，在正向导通之前几乎有电流。当电压超过开启电压时，电流就急剧上升。因此，LED属于电流控制型半导体器件，其发光亮度L（单位cd/m2，读作

35、坎德拉每平方米）与正向电流IF近似成正双，有公式L =K IFm式中，K为比例系数，在小电流范围内（IF=110mA），m=1.31.5。当IF10mA时，m=1，式（5.10.1）简化成L =K IF即亮度与正向电流成正比。以磷砷化镓黄色LED为例，相对发光强度与正向电流的关系如图2所示。LED的正向电压则与正向电流以及管芯的半导体材料有关。使用时应根据所要求的显示亮度来选取合适的IF值（一般选10mA左右，对于高亮度LED可选12mA），既保证亮度适中，也不会损坏LED。若电流过大，会烧毁LED的PN结。此外，LED的使用寿命将缩短。由于发光二极管的功耗低、体积小，色彩鲜艳、响应速度快、寿

36、命长，所以常用作收录机、收音机和电子仪器的电平指示器、调谐指示器、电源指示器等。发光二极管在正向导通时有一定稳压作用，还可作直流稳压器中的稳压二极管，提供基准电压，兼作电源指示灯。目前市场上还有一种带反射腔及固定装置的发光二要管（例如BT104-B2、BT102-F），很容易固定在仪器面板上。4.2 发光二极管的使用注意事项 （1）管子极性不得接反，一般讲引线较长的为正极，引线较短的是负极。（2）使用中各项参数不得超过规定极限值。正向电流IF不允许超过极限工作电流IFM值，并且随着环境温度的升高，必须作降额使用。长期使用温度不宜超过75。（3）焊接时间应尽量短，焊点不能在管脚根部。焊接时应使用

37、镊子夹住管脚根部散热，宜用中性助焊剂（松香）或选用松香焊锡丝。（4）严禁用有机溶液浸泡或清洗。（5）LED的驱动电路必须加限流电阻，一般可取一百欧至几百欧，视电源电压而定。（6）在发光亮度基本不变的情况下，采用脉冲电压驱动可以节省耗电。对于LED点阵显示器，采用扫描显示方式能大大降低整机功耗。4.3 发光二极管的主要特点 （1）在低电压（1.52.5V）、小电流(530mA)的条件下工作，即可获得足够高的亮度。 发光响应速度快（10-710-9 s），高频特性好，能显示脉冲信息。（2）单色性好，常见颜色有红、绿、黄、橙等。（3）体积小。发光面形状分圆形、长方形、异形（三角形等）。其中圆形管子的

38、外径有1、2、3、4、5、8、10、12、15、20（mm）等规格，直径1mm的属于超微型LED。 （4）防震动及抗冲击穿性能好，功耗低，寿命长。由于LED的PN结工作在正向导通状态，本射功耗低，只要加必要的限流措施，即可长期使用，寿命在10万小时以上，甚至可达100万小时。（5）使用灵活，根据需要可制成数码管、字符管、电平显示器、点阵显示器、固体发光板、LED平极型电视屏等。（6）容易与数字集成电路匹配。4.4 发光二极管的质量检测1.极性的判别方法一：根据管子的引脚长短识别，电极长的引脚为“+”，短的引脚为“-”。方法二：用指针式万用表Rx10k档进行测量，测得电阻小的（几十k），其2黑表

39、笔接的引脚为“+”极，红表笔接的引脚为“-”极。 2.质量的判别 方法一：将指针式万用表置于Rx10k档，测量其正向电阻应为几十k以内，反向电阻应在几百k以上。 方法二：将数字万用表置于hFE档，将发光二极管正极插入NPN型“C极”插孔，负极插入“e极”插孔，则发光正常。 3.正反向压降测量 将数字万用表置于二极管档，红表笔接发光二极管正极，黑表笔接发光二极管正负极，屏显示电压在1.8V左右（该数值为发光二极管正向导通压降）；调换表笔再测试，则屏显示为1V，表示管子合格正常。注意事项：不推荐使用R1k档测量LED的正、反向电阻。因为该档电池电压E仅仅测量正、反向电阻，并不能检查其能否正常发光。

40、由于发光二极管的正向电压VF一般1.52.5V，而万用表R1或R10档的电池电压为 1.5V，所以不能使管子正向导通并且发光。R10k档的电池电压虽然较高，但因内阻太大，提供的正向电流很小，管子也不会正常发光。采用双表法可以检查发光二极管的发光情况。最好选同一种型号的两块万用表，均拨一R1或R10档，按图1(a)所示串联使用，以提供较高的正向电压。等效电路见(b)图。假定两块万用表均采用MF30型，并且均拨到R1档。因为一块表的电池电压E=1.5V，欧姆中心值R0=25欧姆，所以总电压和总电阻分别是E= 2E= 21.5=3VR0= 2R0= 225=50欧姆如果把它们看成一块新表，等效电路就

41、简成（c）图。新表的满度电流是：IM= E/ R0=2E/ 2R0= E/ R0=IM可见满度电流值并未改变。发光二极管在使用时应加上限流电阻R，将正向电流IF限制在1030mA为宜，避免功耗太记而损坏管子。一般典型正向电流可选10mA，IF的计算公式为IF= EVF/ R（c）图中的R0能起到限流作用，因此不必另接限流电阻。磷砷化镓发光二极管的正向压降较低，为1.7V左右。E=3V将R0=50欧姆，可求出用双表法测量时的正向电流为IF= EVF/ R0=31.7/50=26 mA 30 mA因此对管子没有危险。电路接通之后，管子能发出晶莹夺目的红光。如果选用的两块万用表R1档欧姆中心值不等，设分别为R01、R02，而两