课程设计 光照强度指示器的设计与制作Word文档下载推荐.docx
- 文档编号:19487080
- 上传时间:2023-01-06
- 格式:DOCX
- 页数:10
- 大小:308.94KB
课程设计 光照强度指示器的设计与制作Word文档下载推荐.docx
《课程设计 光照强度指示器的设计与制作Word文档下载推荐.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《课程设计 光照强度指示器的设计与制作Word文档下载推荐.docx(10页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
(二)元件参数
(1)LM324:
运放类型:
低功率
放大器数目:
4
带宽:
1.2MHz
针脚数:
14
工作频率范围:
0°
Cto+70°
C
封装类型:
SOIC
3dB带宽增益乘积:
变化斜率:
0.5V/μs
器件标号:
324
器件标记:
LM324AD
增益带宽:
工作温度最低:
(2)光敏电阻:
工作温度最高:
70°
放大器类型:
低功耗
温度范围:
商用
电源电压最大:
32V
电源电压最小:
3V
芯片标号:
表面安装器件:
表面安装
输入偏移电压最大:
7mV
运放特点:
高增益频率补偿运算
逻辑功能号:
额定电源电压,+:
15
光敏电阻器的主要参数有亮电阻(RL)、暗电阻(RD)、最高工作电压(VM)、亮电流(IL)、暗电流(ID)、时间常数、温度系数灵敏度等。
1.亮电阻亮电阻是指光敏电阻器受到光照射时的电阻值。
2.暗电阻暗电阻是指光敏电阻器在无光照射(黑暗环境)时的电阻值。
3.最高工作电压最高工作电压是指光敏电阻器在额定功率下所允许承受的最高电压。
4.亮电流视电流是指在无光照射时,光敏电阻器在规定的外加电压受到光照时所通过的电流。
5.暗电流暗电流是指在无光照射时,光敏电阻器在规定的外加电压下通过的电流。
6.时间常数时间常数是指光敏电阻器从光照跃变开始到稳定亮电流的63%时所需的时间。
7.电阻温度系数温度系数是指光敏电阻器在环境温度改变1℃时,其电阻值的相对变化。
8.灵敏度灵敏度是指光敏电阻器在有光照射和无光照射时电阻值的相对变化。
(3)LED灯:
发光二极管的核心部分是由p型半导体和n型半导体组成的晶片,在p型半导体和n型半导体之间有一个过渡层,称为p-n结。
在某些半导体材料的PN结中,注入的少数载流子与多数载流子复合时会把多余的能量以光的形式释放出来,从而把电能直接转换为光能。
PN结加反向电压,少数载流子难以注入,故不发光。
这种利用注入式电致发光原理制作的二极管叫发光二极管,通称LED。
当它处于正向工作状态时(即两端加上正向电压),电流从LED阳极流向阴极时,半导体晶体就发出从紫外到红外不同颜色的光线,光的强弱与电流有关。
LED耗电相当低,直流驱动,超低功耗(单管0.03-0.06瓦),电光功率转换接近30%。
一般来说LED的工作电压是2-3.6V,工作电流是0.02-0.03A。
(4)定值电阻:
具体数值视具体情况而定。
(5)滑动变阻器:
(6)开关一个。
(7)导线若干。
二、有关元件介绍
(1)LM324:
此系列器件带有真差动输入的四运算放大器。
与单电源应用场合的标准运算放大器相比,它们有一些显著优点。
该四放大器可以工作在低到3.0伏或者高到32伏的电源下,静态电流为MC1741的静态电流的五分之一。
共模输入范围包括负电源,因而消除了在许多应用场合中采用外部偏置元件的必要性。
每一组运算放大器可用图所示的符号来表示,它有5个引出脚,其中“+”、“-”为两个信号输入端,“V+”、“V-”为正、负电源端,“Vo”为输出端。
两个信号输入端中,Vi-(-)为反相输入端,表示运放输出端Vo的信号与该输入端的位相反;
Vi+(+)为同相输入端,表示运放输出端Vo的信号与该输入端的相位相同。
LM324引脚排列如图所示
(二)LED(LightEmittingDiode):
发光二极管,是一种固态的半导体器件,它可以直接把电转化为光。
LED的心脏是一个半导体的晶片,晶片的一端附在一个支架上,一端是负极,另一端连接电源的正极,使整个晶片被环氧树脂封装起来。
半导体晶片由两部分组成,一部分是P型半导体,在它里面空穴占主导地位,另一端是N型半导体,在这边主要是电子。
但这两种半导体连接起来的时候,它们之间就形成一个P-N结。
当电流通过导线作用于这个晶片的时候,电子就会被推向P区,在P区里电子跟空穴复合,然后就会以光子的形式发出能量,这就是LED发光的原理。
而光的波长也就是光的颜色,是由形成P-N结的材料决定的。
(三)光敏电阻器:
是利用半导体的光电效应制成的一种电阻值随入射光的强弱而改变的电阻器;
入射光强,电阻减小,入射光弱,电阻增大。
光敏电阻器一般用于光的测量、光的控制和光电转换(将光的变化转换为电的变化)。
通常,光敏电阻器都制成薄片结构,以便吸收更多的光能。
当它受到光的照射时,半导体片(光敏层)内就激发出电子—空穴对,参与导电,使电路中电流增强。
1.光电流、亮电阻。
光敏电阻器在一定的外加电压下,当有光照射时,流过的电流称为光电流,外加电压与光电流之比称为亮电阻,常用“100LX”表示。
2.暗电流、暗电阻。
光敏电阻在一定的外加电压下,当没有光照射的时候,流过的电流称为暗电流。
外加电压与暗电流之比称为暗电阻,常用“0LX”表示。
3.灵敏度。
灵敏度是指光敏电阻不受光照射时的电阻值(暗电阻)与受光照射时的电阻值(亮电阻)的相对变化值。
4.光谱响应。
光谱响应又称光谱灵敏度,是指光敏电阻在不同波长的单色光照射下的灵敏度。
若将不同波长下的灵敏度画成曲线,就可以得到光谱响应的曲线。
5.光照特性。
光照特性指光敏电阻输出的电信号随光照度而变化的特性。
从光敏电阻的光照特性曲线可以看出,随着的光照强度的增加,光敏电阻的阻值开始迅速下降。
若进一步增大光照强度,则电阻值变化减小,然后逐渐趋向平缓。
在大多数情况下,该特性为非线性。
(1)伏安特性曲线。
伏安特性曲线用来描述光敏电阻的外加电压与光电流的关系,对于光敏器件来说,其光电流随外加电压的增大而增大。
(2)温度系数。
光敏电阻的光电效应受温度影响较大,部分光敏电阻在低温下的光电灵敏较高,而在高温下的灵敏度则较低。
(3)额定功率。
额定功率是指光敏电阻用于某种线路中所允许消耗的功率,当温度升高时,其消耗的功率就降低。
三、仿真结果(自己的仿真结果)
1、无光照时:
2、光照强度较弱时:
3、光照强度一般强时:
4、光照强度较强时:
四、制作过程描述(用的是合作同学的仿真结果,两人一组):
(一)焊接前的准备:
1、理论的准备。
通过查询相关资料以及对protues软件的学习,本次光照强度指示器的原理是光照强度变化的时候光敏电阻的阻值也跟着变化,从而使LM324的输入电压变化,当变化到一定值的时候LM324的输出会产生突变,此时LED灯就会被点亮,通过灯亮的个数就可以反应光照强度。
电路图设计如下:
(2)在焊接方面:
烙铁头的温度适当。
被焊元件和烙铁的接触时间也要适当,时间短也会造成虚焊,时间太长会烫坏元器件。
一般的元件焊接时间约为2-3秒钟即可。
焊点处焊锡未冷到凝固前,切勿摇动元件的焊头,否则也造虚焊。
焊接元器件过程中切忌烙铁头移动和压焊,这无助于焊接工作,还会影响焊点的质量。
对特殊器件的焊接应按元件要求进行。
焊接步骤如下:
1步骤一:
准备施焊,要求烙铁头保持干净,无焊渣等氧化物,并在表面镀有一层焊锡。
2步骤二:
加热焊件,烙铁头靠在两焊件的连接处,加热整个焊件全体,时间大约为1~2秒钟。
元器件引线与焊盘要同时均匀受热。
3步骤三:
送入焊丝,焊件的焊接面被加热到一定温度时,焊锡丝从烙铁对面接触焊件。
注意:
不要把焊锡丝送到烙铁头上!
4步骤四:
移开焊丝,当焊丝熔化一定量后,立即向左上45°
方向移开焊丝。
5步骤五:
移开烙铁,焊锡浸润焊盘和焊件的施焊部位以后,向右上45°
方向移开烙铁,结束焊接。
2、材料工具的准备:
PCB电路板一块,电阻若干,电烙铁一把,松香一盒,松香焊锡丝1.5米,LM324芯片一块,光敏电阻一个,万用表一个,吸锡器一个,LED灯四只。
(二)电路焊接与调试:
1、电路焊接:
分别根据LM324、光敏电阻以及LED的装配说明书,认真地校对了元件数量。
确认无误后,再用万用表测定了各个电阻的电阻值、LM324正负极、以及二极管的各个引脚,确保了每一个电子元件无损坏。
然后根据作品说明书里的印刷电路板图进行焊接。
考虑到电阻的耐高温,我们首先将电阻等小体积元件先焊在电路板上,这样避免了出现焊接小体积元件时操作不方便或者因温度过高损坏元件的问题。
焊接过程中,将电路板夹在两本课本之间,固定住了电路板,避免焊接时电路板移动对焊接质量造成影响。
为了避免电烙铁长时间通电导致温度持续较高,缩短了电烙铁的寿命,因此,电烙铁每通电半小时便断开一小段时间。
为了节省焊锡,不造成资源浪费,在焊接过程中,在保证能够固定元件并且不出现虚焊的情况下,尽量少用了焊锡。
2、电路板调试:
调试过程用到的主要是万用表。
首先目测检查有无装错、虚焊、装反正负极的元件,确定正确无误后接入5V的电源,确认了作品能够正常工作。
经过测试,随着光照强度的变化,LED灯的个数会随之变化,而通过LED灯亮的个数,就可以清楚地判断光照强度的强弱,从而达到了实验目的。
五、设计过程中遇到的问题:
由于这是第一次进行电路课程的实际设计,同时也是第一次实物和实践,各种问题出现了不少:
(一)设计电路时,首先要学会使用proteus软件,向里面添加各种元件,进行电路连接,并进行仿真,这要求掌握proteus的基本操作,学习该软件是一个问题。
(二)在设计时,尤其要注意各种元件的参数值正确,合理,对焊接点乱有很大的帮助。
电路图仿真过程中因其不合理的阻值无法指示其光照强度;
(三)焊接电路时,要注意电烙铁的正确使用(使用方法如上所述),而且要注意安全,不被烫伤,因焊接时间过久而导致LED灯被烫坏。
(四)各种元件的正负极要连接正确,否则电路将无法正确工作。
由于不够熟悉焊接的技巧,缺乏实际练习,造成了焊接不美观,甚至出现了损坏焊盘和虚焊的情况。
(五)焊接过程中要注意细节,细心慢点焊接,避免焊接错误,导致焊接失败。
(六)因焊接过程中将LM324,LED灯的正负极接反而无法正常工作
六、结论与体会:
通过在本次光照强度指示器设计实验中,一开始在电路图的设计过程中遇到了不少的问题,大脑中没有一个整体的概念性设计,经查阅资料,认识到LM324系列器件是带有真差动输入的四运算放大器,以及它的工作电压以及引脚绑定等,还有光敏电阻和LED灯的工作电压等各方面的系数,大体上弄出了实验电路。
在仿真过程中,又遇到了不同程度的问题,不管光照强度怎么变化,LED灯始终无法显示光照强度,经查询相关资料和分析计算后,选择了较为合适的阻值,LED灯相比之前有了较为明显的变化,使得更符合了设计要求。
在焊接过程中,在刚开始时,一切都还认为较为简单,可真正实践起来才知道,原来并不是想象中的那样,从而,不可避免的在焊接过程中遇到了不少麻烦,因焊接时间过久,导致了直接把LED灯給烫坏,在经过好几次的努力后,终于得到了较为理想的电路板,可因为弄坏了LED某些不可或缺而又一时没有的元件,导致最后的成果有些粗糙。
可正如老师所说:
一切,重要的是过程,而不是结果。
只要我们努力过了,即使没有好的结果,但我们最起码做过了。
通过本次设计试验,使我收益匪浅,在短短三周内学会了好多知识:
proteus软件的基本使用,焊接电路板,又把以前模拟电路的知识大体复习了一遍。
同时,在设计的过程中还遇到各种各样的问题,压力很大。
虽说压力大,但动力也大,利用课余时间,和同学讨论、研究,充分合作,互相帮助,还利用答疑时间向老师进行询问,经过老师的循循善诱,使得我拨开迷雾,努力地顺利完成了实验。
就这样学会了电烙铁的使用,对以后进行计算机硬件设计打下了坚实的基础。
电路设计对思维提升也很大,我们应该充分调动大脑的积极性,进行合理的构思并付诸实践,所谓“没有做不到,只有想不到”。
此外,在实验过程中,我觉得细节尤为重要,所谓细节决定成败。
焊接电路要十分仔细,资源有限,而且还必须要达到预期的效果,一定要沉着冷静。
对元件的选定也要有前瞻性,合理应用各种功能不同的元件,会达到事半功倍的效果,达到实验的预期效果。
但是总的来说。
我已失败了,假如再给我这么一次机会,我一定会好好把握,争取做得更好。
总而言之,我认为在以后的学习生活中真的应该多进行这样的课程设计,通过这种设计,我们可以学到很多课内课外的知识,并且真切的锻炼自己的实际动手操作能力,培养动手动脑能力,培养团结合作能力,对抽象的知识有了实体的感受,把知识应用到生活中,真正的创造财富。
当然,虽然现在做的只是一个小小的设计实验,但是随着知识、经验的积累,以后必定能有所成就作为。
为以后的学习定下目标,努力学习课本及课外知识,并努力付诸实践。
我始终相信:
有所付出,不一定会有很大的收获,但假如你舍不得付出,那么你将没有任何收获!
教师评阅:
□设计思路正确;
□仿真结果正确可信;
□设计成果符合要求;
□设计报告规范;
□设计过程原始记录(元件参数、原理图、计算等)符合要求;
□设计分析总结全面;
评分:
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 课程设计 光照强度指示器的设计与制作 光照强度 指示器 设计 制作