PWM直流斩波电路分析及测试_百度文库
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PWM直流斩波电路分析及测试
&&浙工大PWM直流斩波电路分析及测试
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你可能喜欢利用“实验选配”模块上的可调电阻和三极管，参考图5的电路，用光敏电阻Ⅰ代替“R2”可构成暗通电路。参考先前测量的亮电阻和暗电阻值并通过试验确定偏置电阻“R1”的阻值，作好记录。电路中V+可用+6V，R3可取1KΩ。 用光敏电阻代替“R1” 可构成亮通电路。同样，通过试验确定“R2”的阻值。 5、试验“光敏灯控”模块。
将光敏电阻接入“光敏灯控”模块电路（内部电路如图7），接上发光二极管并用电压表（输入端为“IN”，电压量程选择20V档）指示“Vo”输出的电压值，观察光敏电阻遮光和照光时发光二极管的发光情况及“Vo”电压变化。调节控制电位器R3，观察并从电路原理分析其对灯控的影响。 二、光敏二极管实验
1、用数字万用表测量光敏二极管Ⅰ的“电阻”值。 用数字万用表（红笔为正极）测量遮光时光敏二极管的“正向电阻值”和“反向电阻值”，以及接受正常环境光照时的“正向电阻值”和“反向电阻值”。（用不同的电阻档测得的阻值是不同的，请记录用的是哪一电阻档。） 2、 观察光敏二极管的光谱特性。
在不同波长的入射光照射下，光敏二极管的“电阻”值有所不同。分别用高亮度发光二极管（红、黄、绿、蓝以及红外）作为光源（电流10mA）照射光敏二极管，用200K电阻档测量光敏二极管的“正向电阻”，并记录电阻值。光敏二极管对使其“电阻”值变得最小的那种波长的光最敏感。 3、 暗通电路试验。
试验用光敏二极管Ⅰ代替图5电路中的“R2”（ 光敏二极管处于正向工作状态），构成暗通电路。参考先前用万用电表测得的光敏二极管亮暗“电阻”值，通过试验确定电路中另一偏置电阻R1的阻值，作好记录。电路中V+可用+6V，R3可取1.5KΩ。 4、 用“光敏灯控”模块试验光敏二极管。 将光敏二极管Ⅰ按“正向工作状态”接入“光敏灯控”模块电路的“光敏入”（电路如图7），接上发光二极管并用电压表指示“Vo”输出的电压值，观察光敏二极管遮光和照光时发光二极管的发光情况及“Vo”电压变化。 *5、可用图8电路观察光敏二极管的亮、暗电流，但电流很小，微安表不易明显显示。
三、光敏三极管实验 1、判断光敏三极管C、E极性。
用万用表欧姆20M测试档，测量C、E间的两个方向的“电阻”值，管阻值较小时红表棒端触脚为C极，黑表棒为E极。 2、“光敏三极管”模块试验。
将光敏三极管Ⅰ接入“光敏三极管”模块电路（电路如图10），接上发光二极管并用电压表指示“Vo”输出的电压值，观察光敏三极管遮光和环境光照射时发光二极管的发光情况及“Vo”电压变化。 图10
3、观察光敏三极管的光谱特性。
光敏三极管对不同波长的光响应有所不同。将光敏三极管Ⅰ接入图10电路，用各种波长发光二极管（红、黄、绿、蓝以及红外，工作电流10mA）照射光敏三极管，观察并记录“Vo”输出电压的变化。光敏三极管对使“Vo”输出电压较大的那种波长的光比较敏感。
4、简单光电触发电路。
在光电控制中，常用光敏三极管触发TTL门电路，简单电原理图如图11，有光照时输出Vo为“1”（高电平），遮光时输出Vo为“0”（低电平）。电路中电阻R的取值应保证有光照时光敏三极管C极为低电平（小于0.2V），遮光时C极为高电平（大于3.5V）。 用光敏三极管Ⅰ按照图11连接。图中的“R”用“实验选配”模块的100K左右的可变电阻代替。TTL门电路“反相器”用“光耦合器”模块内的“整形电路”代替，也就是用导线把“A”点与“整形入”相连接，“B”点即“整形出”（也就是输出端Vo）。电源V+接6V。输出端“Vo”接数字电压表的“IN”。调节电阻R，使光敏三极管遮光时电压表显示低电平；有光照时电压表显示高电平。调试完成后，用万用表测量并记录R的阻值。 四、光电池实验 1、 光电特性和光谱特性的定性认识。 光电池的光生电动势与光电流和光照度的关系为光电池的光电特性。直接用万用电表的电压档测量光电池两端在遮光、正常环境光和强光照射下的输出电压（近似为光生电动势）。当光强达到一定程度后，输出电压就趋于饱和了。 光电池也有一定光谱响应范围。，用多种波长高亮度发光二极管（红、黄、绿、蓝、红外）以及激光作为光源照射光电池，观察产生的光电势，定性了解光电池的光谱特性。 2、 光电池光强测试实验 按图12将光电池接入“光电池光强测试”实验单元，注意电池极性。调节光电池受光强度，分别在光照很暗、正常光照和光照很强时观察两个发光二极管的发光情况（不亮、稍亮或较亮），这样就形成了一个简易的光强计。把电路输出端Vo与数字电压表连接，改变光源离光电池的距离（即改变接收的光强），观察不同光强下电路的输出电压。
实验记录： 一、光敏电阻实验
1、光敏电阻Ⅰ的暗电阻为
、亮电阻为
、光电阻为
2、光敏电阻Ⅰ的亮电流为
、暗电流为
、光电流为
3、对于颜色不同、光强相同的光，光敏电阻Ⅰ对
颜色的光比较敏感。
4、画出用光敏电阻Ⅰ构成暗通电路的电路图。当电源V+取+6V，通过试验确定的偏置电阻R1的阻值为
画出用光敏电阻Ⅰ构成亮通电路的电路图。当电源V+取+6V，通过试验确定的偏置电阻R2的阻值为
5、试验“光敏灯控”模块，光敏电阻遮光时输出电压Vo为
；有光照时，输出电压Vo为
二、光敏二极管实验
1、光敏二极管Ⅰ遮光时“正向电阻值”约
，“反向电阻值”约
。受正常环境光照时“正向电阻值”为
，“反向电阻值”为
。 *光敏二极管Ⅰ处于反向工作状态，电源可选+6V，光电流为
、暗电流为
2、对于颜色不同、光强相同的光，光敏二极管Ⅰ对
颜色的光比较敏感。
3、暗通电路实验中，当电源V+用+6V，偏置电阻
的阻值选用
4、试验“光敏灯控”模块，光敏二极管遮光时，输出电压Vo为
；有光照时，输出电压Vo为
。 图12 二、光敏三极管实验
1、“光敏三极管”模块试验中，遮光时输出电压Vo为
；有光照时输出电压Vo电压为
2、对于颜色不同、光强相同的光，光敏三极管Ⅰ对
颜色的光比较敏感
3、在简单光电触发实验中，如果电源V+取6V，要利用光敏三极管Ⅰ实现可靠触发的电阻R的阻值约为
。 四、光电池实验
1、光电池被遮光时输出光生电动势为
，在环境光照射下输出光生电动势为
，在强光照射下的输出光生电动势为
2、将光电池接入“光电池光强测试”实验单元，遮光时输出电压Vo为
；在环境光照射下输出电压Vo电压为
。在强光照射下输出电压Vo电压为
红外光敏器件的应用 实验目的：
1、了解几种红外光敏器件的光电特性。
2、学习红外传感器的应用技术。 实验原理： 红外辐射是一种不可见的电磁辐射，它的波长大于可见光中波长最长的红光，范围大致在0.76～1000μm，故称为红外线。红外辐射的物理本质是热辐射，物体温度越高，红外辐射越强。所以，对红外线敏感的光电器件可以用来对“热”的目标进行探测、定位，在使用中也不需要可见光源。 常用的红外光敏器件有红外光敏二极管和红外光敏三极管。使用方法与普通光敏二极管、三极管一样。 把发光器件和光敏器件组合在一起可以构成所谓光耦合器件，其结构如图13。它的输入端（发光部分）与输出端（受光部分）电气上是绝缘的，只能由光来传递信号。为了提高灵敏度，防止外界可见光的干扰，同时也避免可见光对外界产生干扰，光耦合器常用波长相匹配的红外发光二极管和光敏三极管配对组合而成。光耦合器又分光电耦合器和光断续器两种，所用的发光、受光器件都相似，前者主要用于电路的隔离，后者主要用来测试目标物体的有无。 用来对人体热辐射进行探测的一种光电器件叫做热释电红外传感器。 热释电红外传感器由具有极化现象的热晶体或被称为“铁电体”的材料制作的。这种材料的极化强度（单位面积上的电荷）与温度有关。材料接受热辐射引起表面温度的上升使得极化强度降低，表面电荷减少，相当于释放一些电荷，故称为“热释电”。 热释电传感器输出信号的强弱取决于温度变化的快慢。 为了探测移动的热辐射物体（例如活动的人体），热释电红外传感器经常和菲涅尔透镜配套运用。菲涅尔透镜是一种特殊设计的透镜组，其结构如图14所示，上面的每个透镜单元都只有一个不大的视场，相邻两个单元透镜的视场即不连续也不重叠,都相隔一个盲区。当热源在透镜前运动时,顺次从某一单元透镜视场进入又退出，透镜的功能就是将连续移动的热源信号变成断续的辐射信号,使热释电传感器输出脉动的信号。 热释电红外传感器的结构和内部电路如图15所示，主要由滤光片、PZT热电元件、结型场效应管FET及电阻、二极管组成.。其中滤光片的光谱特性决定了热释电传感器的工作范围。本实验仪所用的滤光片对5μm以下的光具有高反射率，而对于从人体发出的红外热源则有高穿透性，传感器接收到红外能量信号后就有电压信号输出。 实验器材： 红外光敏二极管、红外光敏三极管、发光二极管、光电耦合器件、热释电红外传感器组件、电压表、光敏灯控电路模块、光敏三极管电路模块、热释电红外探测模块等。 实验内容： 一、红外光敏二极管的使用 1、把光敏二极管Ⅱ（红外光敏）按“正向工作状态”接入“光敏灯控”模块电路（内部电路如图7），接上发光二极管Ⅰ并用电压表（输入端为“IN”）指示“Vo”输出的电压值。观察红外光敏二极管遮光和照光时，发光二极管的发光情况及“Vo”电压变化。注意，分别用两种方法照光。第一次是用正常环境光照射；第二次用黑色套管套住红外光敏管，把环境光遮住，用红外发光二极管（电源接6V）对准红外光敏管照射，观察发光二极管的发光情况及“Vo”电压变化。
2、把光敏二极管Ⅱ（红外光敏）接入“红外检测”模块电路（内部电路如图16），接上发光二极管Ⅰ并用电压表指示“Vo”输出。分别用正常环境光和红外光两种方法照光进行试验，观察红外光敏管遮光和照光时发光二极管的发光情况及“Vo”电压变化。 二、红外光敏三极管
1、把光敏三极管Ⅱ（红外接收）接入“光敏三极管”模块电路，接上发光二极管Ⅰ并用电压表指示“Vo”输出。观察红外接收管遮光和接受红外光照射时发光二极管的发光情况及“Vo”电压变化。
2、把光敏三极管Ⅱ（红外接收）接入“红外检测”模块电路，接上发光二极管Ⅰ并用电压表指示“Vo”输出。观察红外接收管遮光和接受红外光照射时发光二极管的发光情况及“Vo”电压变化。 三、光断续器实验
观察光断续器的结构：这是一种透过型的光断续器,近红外发光二极管发出的光信号经光敏达林顿电路接收放大整形后输出，光断续器发光部分的电源由“光耦合器”模块电路中的V1、V2端口提供。
1、把光电耦合器件的V1、V2端与“光耦合器”模块电路的V1、V2端相连接，“Vo”端与电压表相连接。分别把测速电机的叶片遮挡和离开光电耦合器件的光路，观察Vo输出电压的变化。 *开启电机，用示波器观察光断续器输出端Vo的转速波形。
2、将Vo端与“整形入”端口相连接，把“整形出”端口与电压表输入端“IN”相连接，让整形电路把输出的电压信号转变成标准的（5V）TTL电平。分别把测速电机的叶片遮挡和离开光电耦合器件的光路，观察“整形出”输出电压的变化。
3、打开测速电机电源，让测速电机转动；把“电压/频率表”的量程选择开关转到“2K”位置，频率表显示的是由“IN”端口输入的电信号每秒的脉冲个数。调节电机调速旋钮，观察频率计读数是否变化，电机转速（转/秒）＝频率表读数÷2。记录电机的最高转速。
四、红外热释电探测实验
1、把“热释电红外”传感器组件的D、S、E端分别与“热释电红外探测”模块电路的D、S、E端口相连接。“Vo”端口接电压表“IN”，电压量程选择20V档，记录观察电压表的指示。接好发光二极管Ⅰ。用手指在热释电红外传感器探头前晃动，观察电压表的指示；当手指不动时观察电压表指示是否变化。
2、热释电红外传感器探头前方有电热源。开启“热源”电源，同时将慢速电机叶片拨开不使其挡住热源透射孔。随着热源温度上升，观察热释电红外传感器的Vo端输出电压变化情况。可以看出传感器并不因为热源温度上升而有所反应。
开启慢速电机，调节转速旋钮，使电机叶片转速尽量慢，不断的将透热孔开启――遮挡。此时可观察到“Vo”输出电压随热源的变化而变化，发光管则闪亮。
逐步提高电机转速，当电机转速加快，叶片断续热源的频率增高到一定程度时，传感器又会出现无反应的情况。分析这是什么原因造成的？
注意，慢速电机的叶片因为是处于不平衡形式，加之电机功率较小，所以开始转动时请用手拨动一下。
3、将热释电红外传感器探头的安装方向调整180°面对仪器前实验者。实验者从探头前经过，移动速度从慢到快，距离从近到远，观察传感器的反应，估计并记录传感器的有效探测距离。尝试在探头的不同视场范围进入，估计并记录传感器的有效探测角度范围。
实验记录： 一、红外光敏二极管（光敏二极管Ⅱ）接入“光敏灯控”模块电路。 遮光时“Vo”输出的电压值为
V。正常环境光照射时，Vo为
V；用红外发光二极管照射，Vo为
V 。 二、红外光敏三极管
1、把光敏三极管Ⅱ接入“光敏三极管”模块电路。
遮光时“Vo”输出的电压值为
V。正常环境光照射时，Vo为
V；用红外发光二极管照射，Vo为
2、把光敏三极管Ⅱ接入“红外检测”模块电路。 遮光时“Vo”输出的电压值为
V。正常环境光照射时，Vo为
V；用红外发光二极管照射，Vo为
V 。 三、光断续器实验
1、在测速电机的叶片遮挡光电耦合器件的光路时Vo输出电压为
V；当叶片不遮挡光电耦合器件的光路时Vo输出电压为
2、在测速电机的叶片遮挡光电耦合器件的光路时，“整形出”输出电压为
V；当叶片不遮挡光电耦合器件的光路时“整形出”输出电压为
3、测速电机转动转动最快时“频率计”读数为
，电机转速为
四、红外热释电探测实验
1、当没有热源移动时电压指示为
V；用手指在热释电红外传感器探头前晃动，电压表指示为
V。当手指不动时电压表指示
2、开启“热源”电源，随着热源温度上升，Vo端输出电压
开启慢速电机，Vo端输出电压
变化。逐步提高电机转速，当叶片断续热源的频率增高到一定程度时，Vo端输出电压
3、估计传感器的有效探测距离约为
；有效探测角度范围约
微小位移的光电检测
实验目的： 1、 了解光电位置传感器（PSD）的测量原理和光电特性。 2、 测试一维PSD的灵敏度。
3、了解光纤传感器检测的基本原理，利用光纤传感器进行位移测量。
4、学习莫尔条纹的原理和应用。
实验原理： PSD(position sensitive detector)是一种对入射到光敏面上的光点位置敏感的光电器件，可分为一维PSD和二维PSD两类。 一维PSD的结构如图16和图17。从剖面结构图可以看到硅片的上层为P型，下层为N层。P层不仅作为光敏层，而且还是一个均匀的电阻层。当光线照射到PSD的光敏层上，在入射位置上就激发产生与光能量成正比的光生载流子，形成光电流通过电阻层（P层）由电极输出。由于P层的电阻是均匀的，所以由电极A和电极B豆丁微信公众号
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