课题二 发光二极管的应用doc.docx
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课题二发光二极管的应用doc
理实一体化课程教师教案
(2012—2013学年第一学期)
专业名称高级维修电工
课程名称高级电子单片机
授课教师李明郭涛
系部电气工程系
唐山劳动技师学院
理实一体化教案首页
教学模块
高级电子
单片机
任课教师
李明郭涛
审阅
授课时数
教学方法
讲授法演示法练习法启发法项目教学法
理论课时
教学媒体
实训课时
基本教材
《电子技术基础》中国劳动社会保障出版社
合计课时
授课班级
授课时间
教学目标
1.知识目标:
掌握发光二极管的结构和符号;理解发光二极管的工作原理;正确识别发光二极管的正负极,掌握电路焊接调试的基本能力。
2.能力目标:
培养学生接受新知识的理解能力以及实际动手能力、分析解决问题的能力。
3.素质目标:
培养学生主动探索、创新精神;增强的安全意识;提高学生的安全常识知识。
教学分析
教学重点
发光二极管的工作原理
教学难点
根据发光二极管的型号选择合适阻值的电阻
教案说明
该课题内容不是很难理解,一体化教学,需要一个长期的实施过程,要求学生们养成良好的安全意识。
理论教学6节,操作12节,整个教学期间时刻提醒安全注意事项。
教学设计
1.组织教学
1.组织教学8′
2.复习旧课20′
3.引入新课20′
4.讲授新课、模仿练习632′
5.归纳总结30′
6.布置作业10′
7.板书设计
课题二发光二极管的原理及应用
【理论讲解】
旧课复习:
1、6S的基本内容
2、6S的实施方案
新课引入:
现代生活中,许多电子数码产品的使用已非常广泛,人们熟悉的路由器、充电器、MP3,这些电子数码产品中都有闪烁发光的二极管。
这就是本任务中要解决的问题。
什么是发光二极管?
它能起什么作用?
本课题的学习目标就是认识发光二极管,熟悉发光二极管的工作原理,初步了解发光二极管在显示电路中的应用。
正课内容:
一、半导体发光二极管工作原理、特性及应用
(一)二极管的结构和符号
二极管是一种采用半导体材料制成的器件,主要制造材料有硅(Si)、锗(Ge)及其他化合物,二极管用途广泛,可用来产生、控制、接收、变换信号和进行能量转换等。
在人们经常见到的宾馆、银行里的发光二极管(LED)显示屏、各种LED交通信号灯、霓虹灯、装饰灯以及红外遥控器等都要用到二极管。
二极管是在硅或者锗单晶基片上加工出P型区和N型区,从P型区引出二极管的正极,从N型区引出二极管的负极,两个区域之间有个结合部,它是一个特殊的薄层,成为PN结。
二极管的内部其实就是一个用硅或者锗材料制造的PN结,警惕二极管的结构和图形符号如图所示。
二极管的符号
(二)二极管的工作特点、主要参数和分类
1、二极管的工作特点
(1)二极管的单向导电性
二极管的导电性能可以用下图实验来说明,把二极管V、可调直流稳压电源U、开关S和限流电阻器R和指示灯HL按图连接好后,接通开关,认真观察指示灯的状态是亮还是不亮?
然后把二极管的正负极对调,接通开关后,再认真观察指示灯的状态是亮还是不亮?
定义:
二极管导通时,其整机电位高于负极电位,此时的外加电压称为正向电压,二极管处于正向偏执,简称“正偏”;二极管截止时,其正极电位低于负极电位,此时的外加电压成为反向电压,二极管处于反向偏置,简称“反偏”。
结论:
二极管在加正向电压时导通,加反向电压时截止,这就是二极管的单向导电性。
(2)二极管的伏安特性曲线
1)正向特性
外加正向电压较小时,外电场不足以克服内电场对多子扩散的阻力,PN结仍处于截止状态。
正向电压大于死区电压后,正向电流随着正向电压增大迅速上升。
通常死区电压硅管约为0.5V,锗管约为0.2V。
2)反向特性
外加反向电压时,PN结处于截止状态,反向电流很小。
反向电压大于击穿电压时,反向电流急剧增加。
2、二极管的主要参数
(1)最大整流电流IFM
是指二极管长期运行时允许通过的最大正向平均电流。
实际工作时二极管的正向平均电流不得超过此值,否则二极管可能会因过热而损坏。
(2)最高反向工作电压URM
是指二极管正常工作时所允许外加的最高反向电压。
若二极管两端电压超过此值有可能导致二极管反向击穿。
(3)反向电流IR
是指在规定的反向电压( 此值越小,二极管的单向导电性越好,工作越稳定。 IR对温度很敏感,使用时注意环境温度不宜过高。 二极管的主要参数中最大整流电流IFM最高反向工作电压URM是选用二极管的两个中途要依据。 (三)发光二极管原理 发光二极管采用砷化镓、磷化镓、镓铝砷等材料制成。 不同材料制成的发光二极管,能发出不同颜色的光。 有发绿色光的磷化镓发光二极管;有发红色光的磷砷化镓发光二极管;有发红外光的砷化镓发光二极管;有双向变色发光二极管(加正向电压时发红光,加反向电压时发绿色光);还有三颜色变色的发光二极管等。 发光二极管的外型有圆形的、方形的、三角形的等,发光形式有透明和散射的,有无色和单色的等。 封装形式有金属、陶瓷和全塑料3种形式,并以陶瓷和全塑料为主。 本任务种的发光二极管采用红色。 当发光二极管的PN结加上正向电压时,电子与空穴复合过程以光的形式放出能量。 不同材料制成的发光二极管会发出不同颜色的光。 发光二极管具有亮度高、清晰度高、电压低(1.5~3V)、反应快、体积小、可靠性高、寿命长等特点,是一种很有用的半导体器件,常用于信号指示、数字和字符显示。 符号和照片 二、电阻阻值的识别 如何认电阻? 电阻主要有碳质电阻,碳膜电阻,金属膜电阻三类,应用最广的为碳膜电阻,最高档的为金属膜电阻。 要想使用电阻,首先要弄清电阻的阻值。 电阻的阻值除了直接标注之外,常以色环来标示,其中最常见的为4色环标示和5色环标示。 如采用4色环标题,其第一色环是十位数,第二色环为个位数,第三色环为应乘位数,第四色环为误差率。 例如4色环的电阻的颜色排列为红蓝棕金。 则这只电阻的电阻值为260欧误差率为5%。 如采用5色环表示,则其第一色环为百位数,第二色环是十位数,第三色环是个位数,第四色环是应乘位数,第五色环为误差率。 例如,5色环的电阻的颜色排列为黄红黑黑棕,则其阻值为420X1=420欧,误差为1%。 5色环的电阻通常是误差为1%的金属膜电阻。 其关系可见附表。 电阻在电路中用“R”加数字表示,如: R1表示编号为1的电阻。 电阻在电路中的主要作用为: 分流、限流、分压、偏置等。 下面举例说明: 例1当四个色环依次是黄、橙、红、金色时,因第三环为红色、阻值范围是几点几kΩ的,按照黄、橙两色分别代表的数"4"和"3"代入,,则其读数为43kΩ。 第环是金色表示误差为5%。 例2当四个色环依次是棕、黑、橙、金色时,因第三环为橙色,第二环又是黑色,阻值应是整几十kΩ的,按棕色代表的数"1"代入,读数为10kΩ。 第四环是金色,其误差为5% 在某些不好区分的情况下,也可以对比两个起始端的色彩,因为计算的起始部分即第1色彩不会是金、银、黑3种颜色。 如果靠近边缘的是这3种色彩,则需要倒过来计算。 色环电阻的色彩标识有两种方式,一种是采用4色环的标注方式,令一种采用5色环的标注方式。 两者的区别在于: 4色环的用前两位表示电阻的有效数字,而5色环电阻用前三位表示该电阻的有效数字,两者的倒数第2位表示了电阻的有效数字的乘数,最后一位表示了该电阻的误差。 对于4色环电阻,其阻值计算方法位: 阻值=(第1色环数值*10+第2色环数值)*第3位色环代表之所乘数 对于5色环电阻,其阻值计算方法位: 阻值=(第1色环数值*100+第2色环数值*10+第3位色环数值)*第4位色环代表之所乘数 例1: 某4色环电阻色彩标识如下: 该电阻标称阻值=26*107=260,000,000Ω=260MΩ,误差范围±5% 探究活动: 课题: 测量和计算电阻阻值 组织形式: 个人、学习小组 活动方式: 制定活动内容。 1、由老师发给每组学生10种不同阻值的电阻,学生先用色环法计算出电阻阻值 2、用万用表检测出电阻的阻值大小 3、记录两次得出的实验结果 4、小组讨论、总结、交流。 【实操训练】 一、震荡电路一对一点亮发光二极管 (一)实训目的 1、认识各种电阻器和二极管 2、掌握电阻器阻值的读取和测量方法 3、巩固二极管的特性及使用方法 4、掌握限流电阻阻值的计算方法 (二)器件清单 标号 值/型号 数量 VD1 发光二极管 2个 R1、R2 5.1K 2个 R3、R4 470 2个 C1、C2 100uF 2个 VT1、VT2 9013 2个 (三)电路图原理分析 由上图可见,这个电路是由两个非门(反相器)用电容C1,C2构成的正反馈闭合环路。 三级管Q1的集电极输出接在Q2的基集输入,Q2的集电极输出又接在Q1的基极输入。 电路接通电源后,通过基极电阻R2,R3同时向两个三极管Q1,Q2提供基极偏置电流。 使两个三极管进入放大状态。 虽然两个三级管型号一样对称。 但电路参数总会存在微小的差异,也包括两个三极管本身,也就是说T1,T2的导通程度不可能完全相同,假设Q1导通快些,则D点的电压就会降的快些。 这个微小的差异将被Q2放大并反馈到Q1的基极,再经过Q1的放大,形成连锁反应,迅速使Q1饱和,Q2截止,D点变成低电平“0”,C点变成高电平“1”。 Q1饱和后相当于一个接通的开关,电容C1通过他放电。 C2通过它充电。 随着C1的放电,由于有正电源VCC的作用,Q2的基极电压逐渐升高,当A点电压达到0.7V后,Q2开始导通进入放大区,电路中又会立刻出现连锁反应,是Q2迅速饱和,Q1截止,C点电位变电平“0”。 D点电位变高电平“1”。 这个时候电容C2放电,C1充电。 这一充放电过程又会使Q1重新饱和,Q2截止。 如此周而复始,形成振荡。 由上可以知道通过改变C1,C2的电容大小,可以改变电容的充放电的时间,从而改变振荡频率。 【知识链接】二极管质量好坏的判断和极性的判别 二极管的检测主要是判断其正负极和质量好坏。 基本方法如下: 1)指针式万用表: (黑表笔与表内电源正极相连,红表笔与表内负极相连) 首先将指针式万用表量程调至 R×100Ω或 R×1KΩ档(一般不用 R×1Ω档,因其电流较大,而 R×10K档电压过高管子易击穿),然后,将两表笔分别接触二极管两个电极,测得一个电阻值,交换一次电极再测一次,从而得到两个电阻值。 一般来说正向电阻小于5KΩ,反向电阻大于500KΩ,如图1.2所示。 1.极性判别 以阻值较小的一次测量为准,黑表笔所接的一端为正极,红表笔所接的一端则为负极。 2.好坏判别 性能好的二极管,一般反向电阻比正向电阻大几百倍。 (1)如两次测得的正、反向电阻很小或等于零,则说明管子内部已击穿或短路; (2)如果正、反向电阻均很大或接近无穷大,说明管子内部已开路; (3)如果电阻值相差不大,说明管子性能差。 上述三种情况的二极管均不能使用。 2)数字式万用表: (红表笔与表内电源正极相连,黑表笔与表内负极相连) 若二极管正常,则两次测量的结果应该是: 一次显示“1”字样或没有显示,另一次显示零点几的数字。 此数字即是二极管的正向压降: 硅材料为0.6V左右;锗材料为0.2V左右,且此时红表笔接的是二极管的正极,而黑表笔接的是二极管的负极。 图1.3数字式万用表检测二极管极性 【实操训练】 二、发光二极管顺序点亮 (一)实训目的 1、认识常见电容器和三极管 2、掌握电烙铁等常用工具的使用方法 3、巩固二极管的特性及使用方法 (二)器件清单 标号 值/型号 数量 VD1 发光二极管 3个 R1、R2、R3 5.1K 3个 R4、R5、R6 470 3个 C1、C2、C3 100uF 3个 VT1、VT2、VT3 9013 3个 (三)电路图原理分析 其工作原理是: 当电源一接通,三只三极管就要争先导通,但由于元器件有差异,只有某一只管子最先导通。 假如VT1最先导通,那么VT1集电极电压下降,使电容C1的左端接近零电压,由于电容器两端的电压不能突变,所以VT2基极也被拉到近似零电压,使VT2截止。 VT2集电极为高电压,那么接在它上面的发光二极管就亮了。 此刻VT2集电极上的高电压通过电容器C2使VT3基极电压升高,三极管VT3也将迅速导通。 因此在这一段时间内,VT1与VT3的集电极均为低电压,只有接在VT2集电极上的发光二极管亮,而其余两只发光二极管不亮。 随着电源通过电阻R3对C1的充电,使三极管VT2基极电压逐渐升高,当超过0.6伏时,VT2由截止状态变为导通状态,集电极电压下降,发光二极管熄灭。 与此同时三极管VT2集电极电压的下降通过电容器C2的作用使三极管VT3的基极电压也下跳,VT3由导通变为截止。 接在VT3集电极上的发光二极管就亮了。 如此循环,电路中三只三极管便轮流导通和截止,三只发光二极管就不停地循环发光。 4、实习报告要求 1、分别画出两个任务的电路原理图 2、完成电路板的焊接和调试 3、分别说明两个电路的工作原理 4、根据调试中出现的故障现象分析其原因 五、评分标准 内容 要求 配分 评分标准 说明 布局 各个元器件的布局清晰、美观、合理 10 工艺 走线清晰,线程短,无跳接线 10 焊点 1、焊点有足够的机械强度 2、焊接可靠,保证导电性能。 3、焊点表面整齐、美观: 焊点的外观应光滑、清洁、均匀、对称、整齐、美观、充满整个焊盘并与焊盘大小比例合适。 20 调试 60 六、归纳总结 1、发光二极管,电阻,三极管的理论知识。 2、发光二极管的应用,简单电路图的分析。 【教学体会】
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