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1、江汉大学毕业论文毕 业 论 文论文题目：光敏电阻测光强度设计学生姓名：学生学号：专业班级：学院名称：指导老师：毕业论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在老师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出主要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。学生签名：张晓晖日期：2014 年 4 月 19 日毕业论文版权使用授权书本毕业论文作者完全了解学校有关保留、使用论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅
2、和借阅。本人授权湖南大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本论文。本论文属于1、保密 ，在 年解密后适用本授权书。2、不保密。（请在以上相对应方框内打“”）学 生签名：张晓晖日期：2014 年 4 月 19 日指导教师签名：兰红霞日期：2014 年 4 月 19 日光敏电阻测光强度系统摘要光敏电阻测光强度系统，该系统可以自动检测光照强度的强弱并显示让人们知道此时光照强度的强弱。人们可以通过看此装置的显示了解现在的光照状态，做合理的光照调节。该设计可分为三部分：即光照检测部分、信号处理部分、光强显示部分。还可加上报警部分。对于光照检测
3、部分可利用光敏电阻传感器作为检测元件，它可以完成从光强到电阻值的信号转换，再把电阻值转换为电信号就可以作为系统的输入信号。对输入信号处理后，就可以用来显示了。对于显示部分可利用数码管来显示，不同的光强对应于不同的数值，就能简单的显示出不同的光强了。关键词：光敏电阻、光照强度、数码管 目 录引言3一、设计任务与要求31.1本综合设计实训任务的内容和要求3二、系统概述32.1 系统的主要功能32.2光敏电阻测光系统的工作原理42.3 光敏电阻测光系统的工作过程42.4 元器件的选择52.5 光敏电阻功能及简介5三、系统总体方案的设计63.1 硬件电路的设计63.2 光强度自动检测电路的设计73.3
4、A/D转换器电路的设计83.4 显示电路的设计8四、 软件设计94.1 设计思想94.2 方案实现10五、实训心得体会11参考文献13附录14III江汉大学毕业论文 绪 论（一）课题研究背景及意义光敏电阻是现代电子电路的核心元件，光敏电阻促进并带来了“固态革命”，进而推动了全球范围内的半导体电子工业。作为主要部件，它及的时候、普遍地首先在通讯工具方面得到应用，并产生了巨大的经济效益。由于光敏电阻彻底改变了电子线路的结构，集成电路以及大规模集成电路应运而生，这样制造像高速电子计算机之类的高精密装置即变成了现实。 我们生活中所接触的一些电子产品，例如：电视，手机，电脑里面都含有一些三极管，我们可以
5、通过对三极管的研究，来弄清楚这些生活中接触到得电子产品在电路组成上的一些特性，我们也可以通过对三极管的研究来了解如何避免错误使用导致这些电子产品的损坏以及继承前人的经验，结合现在的科学技术来研究更加具有经济效益的三极管。（二）研究现状我国是当今世界最大的发展中国家，我国的三极管制作工艺已经走在世界的领先水平。并且我国有制造三极管的种类的数量在世界上也是首屈一指的。只有把握的时候代的契机，才能实现科学技术的进步，三极管作为电子电路中的基本元器件，同的时候也涉及到很多有关半导体物理里面的知识。所以对于研究三极管的一些特性，以及三极管自身的一些应用，也是很有必要的。（三）研究思路 通过查阅收集相关的
6、资料以及试验相结合，了解目前三极管的一些特性及其应用的一些情况和三极管在现代社会中的发展现状，对三极管的特性及其应用再进行一些分析。（四）研究方法1.文献资料法：通过查阅和收集关于三极管应用及发展相关的文献材料。2.进行一些理论性的试验：在物理试验室里面对测试三极管的一些特性3.数理统计法：对获得的材料进行整理。 第一章.三极管的种类和结构 三极管的结构是由两个结区和三个引脚所组成：发射区和基区之间构成的PN结被称之为发射结,而集电区和基区构成的PN结被称之为集电结,三条引线分别被称之为发射极e、基极b和集电极。1.1三极管的种类1.按材质分类: Si管、Ge管2.按结构分类: NPN 、 P
7、NP。3.按功能分类: 开关管、功率管、达林顿管、光敏管等. 4. 按功率分类：小功率管、中功率管、大功率管5.按工作频率分类：低频管、高频管、超频管6.按结构工艺分类：合金管、平面管7.按安装方式分类:插件三极管、贴片三极管 图1.1.1晶体三极管 由于在我们现实生活中，NPN三极管所使用的频率大大的超过了PNP三极管，所以，在本文中，我们所探讨的三极管类型主要是按照NPN来研究的。后文所出现的三极管，如果没有特别说明，均认为是NPN型。1.2三极管的内部结构1.三极管的结构特点(1) 基区十分的薄，且掺杂浓度低；(2) 发射区掺杂浓度要比基区以及集电区高得多；(3) 集电结的结面积比发射结
8、大。2三极管的内部结构示意图 图1.2.1三极管的内部机构以及符号（左边为NPN型，右边卫PNP型） 第二章.光敏电阻的制造工艺2.1扩散型光敏电阻 在高温的P型杂质气体中，而加热N型Ge或者Si的单晶片，从而使得单晶片的一面变成P型，应用此种方法制成的PN结。因为PN结正向电压的压降比较小，所以应用于大电流整流。最近一段的时候间内，使用大电流整流器的主流已由Si合金型转移到Si扩散型。2.2合金型光敏电阻 在N型Ge或Si的单晶片上，通过合金铟、铝等金属的方法制作PN结而构成的。正向电压的压降小，适于大电流整流。因为其PN结反向的时候静电容量大，所以不适于高频检波和高频整流。2.3平面型光敏
9、电阻在半导体单晶片（主要地是N型Si单晶片）上，扩散P型杂质，利用Si片表面氧化膜的屏蔽作用，在N型Si单晶片上仅选择性地扩散一部分而构成的PN结。因为此，不需要为调整PN结面积的药品腐蚀作用。由于半导体表面被制作得平整，所以得名。并且，PN结合的表面，因为被氧化膜覆盖，所以公认为是稳定性好和寿命长的类型。最初，对于被使用的半导体材料是采用外延法构成的，所以又把平面型称为外延平面型。对平面型二极管而言，似乎使用于大电流整流用的型号很少，而作小电流开关用的型号则很多。 第三章. 三极管内部载流子的运动3.1工作区域 三个工作区域分别为：截止区，放大区，饱和区1 截止区：三极管工作在截止状态，当发
10、射结电压Ube小于0.60.7V的导通电压，发射结没有导通集电结处于反向偏置，没有放大作用。2 放大区：三极管的发射极加正向电压（Ge管约为0.3V，Si管约为0.7V），集电极加反向电压导通后，Ib控制Ic，Ic和Ib近似于线性关系，在基极加上一个小信号电流，引起集电极大的信号电流输出。3 饱和区：当三极管的集电结电流IC增大到一定程度的时候，再增大Ib，Ic也不会增大，超出了放大区，进入了饱和区。饱和的时候，Ic最大，集电极和发射之间的内阻最小，电压Uce只有0.1V0.3V，UceUbe（Si管0.3V，Ge管0.1V），发射结和集电结均处于正向电压。三极管没有放大作用，集电极和发射极相
11、当于短路，常和截止配合于开关电路。饱和的时候开关通路；截止的时候，开关断路参见三极管工作原理。图3.1.1三极管工作区域的伏安特性曲线 PS：而如何区分这三个区域，我们不仅可以从上面的伏安特性曲线中得出，还可以从2个结区上面来看，有如下规则：1. 当发射结正向偏置、集电结反向偏置，该三极管即工作在放大状态； 2当其发射结和集电结都是正向偏置的时候，该三极管即工作在饱和状态； 3当其发射结和集电结都是反向偏置的时候，该三极管即工作在截止状态。3.2内部载流子的运动规律1.电流分配关系 图3.2.1三极管内部电流分配关系示意图 2. 载流子在基区中扩散和复合的过程 由发射区注入基区的电子载流子，其
12、浓度从发射结边缘到集电结边缘是逐渐递减的，即构成了一定的浓度梯度，因为而，电子便不断地向集电结方向扩散。由于基区宽度制作得很小，且掺杂浓度也很低，从而大大地减小了复合的机会，使注入基区的95以上的电子载流子都能到达集电结。所以基区中是以扩散电流为主的，且扩散和复合的比例决定了三极管的电流放大能力。3. 集电区收集载流子的过程集电结外加较大的反向电压，使结内电场很强，基区中扩散到集电结边缘的电子，受强电场的作用，迅速漂移越过集电结而进入集电区，构成集电极电流Inc。另一方面，集电结两边的少数载流子，也要经过集电结漂移，在c，b之间构成所谓反向饱和电流ICBO，不过，ICBO一般很小，而集电极电流
13、：INC +ICBO INC GS0105同的时候基极电流：IB = IPB +IE -ICBOIPB - ICBO GS0106反向饱和电流ICBO和发射区无关，对放大作用无贡献，但是它是温度的函数，是管子工作不稳定的主要因为素。制造的时候，总是尽量设法减小它。 第四章.三极管模型4.1三极管的大信号模型4.1.1大信号模型（以共射级为例） 图4.1.1共射级大信号模型（放大区）图4.1.2截止区模型图4.1.3饱和区模型4.1.2分析方法存在两种分析方法，一种是图解法，一种是等效计算法。因为图解法在任何情况下都可以使用，不具有这个模型的独特性，所以此处，我们暂的时候不谈图解法。我们主要谈一
14、下等效计算法。大信号模型等效计算法：由上图可以表示出大信号等效模型，BE结等效成正偏的二极管，集电结等效成受控电流源，基极和集电极的电流分别由下面的式子表示：我们在近似分析中，也可以把BE结的电压看做常量来进行分析。PS：如果分析的是PNP管。则大模型等效电路中，电流表达式和NPN管相同，只是所加的电压极性和电流的方向不同罢了。4.2三极管的小信号模型 由于三极管的小信号分析方法除了等效电路图不同以外，其他的都大致相同，所以分析方法仅详细描述共射级电路。后面的共基极和共集电极电路均只做出相对应的小信号模型。小信号模型需知：电路中电容均可视为导线（即短路）。4.2.1共射极电路 图4.2.1共发射极电路（左边为实际电路，右边为等效电路） 计算方法以及分析的步骤： 1画出实际电路的小信号等效电路图 2先求出静态工作电压和电流Ibq，Icq，Ieq，Vbq，Vcq，Veq。所利用的方法是将电容等效为开路，而认为三极管的Vbe为一个常数（一般Si管0.7v） 3. 再计算出Rbe。Rbe=26mv/Ieq。 4. 再计算出电压放大倍率以及输入输出电阻。其中放大倍率A=-Rl/Rbe。4.2.2共基极电路图4.2.2共基极放大电路（左为实际电路，右为等
