实验一 光敏电阻光控开关系统设计实验
一、实验目的
1、掌握光敏电阻工作原理；
2、掌握三极管9013的开关特性；
3、掌握5V继电器工作原理；
4、掌握运算放大器LM358的使用方法；
二、实验器材
1、MXY9001光电技术创新综合实训平台1台；
2、MXY9001-光控灯和光控开关系统组件1块；
3、光源实验装置2个，光电探测装置1个；
4、发光二极管2个；
5、光敏电阻1个；
6、滑块3个；
7、支杆3个；
8、连接线若干；
三、实验原理
1、光敏电阻工作原理
光敏电阻的工作原理是基于内光电效应，在半导体光敏材料两端装上电极引线，将其封装在带有透明窗的管壳里就构成光敏电阻，为了增加灵敏度，两电极常做成梳状。用于制造光敏电阻的材料主要是金属的硫化物、硒化物和碲化物等半导体。通常采用涂敷、喷涂、烧结等方法在绝缘衬底上制作很薄的光敏电阻体及梳状欧姆电极，接出引线，封装在具有透光镜的密封壳体内，以免受潮影响其灵敏度。入射光消失后，由光子激发产生的电子-空穴对将复合，光敏电阻的阻值也就恢复原值。在光敏电阻两端的金属电极加上电压，其中便有电流通过，受到一定波长的光线照射时，电流就会随光强的增大而变大，从而实现光电转换。光敏电阻没有极性，纯粹是一个电阻器件，使用时既可加直流电压，也加交流电压。半导体的导电能力取决于半导体导带内载流子数目的多少。
2、NPN9013特性
三极管，是半导体基本元器件之一，具有电流放大作用，是电子电路的核心元件。三极管是在一块半导体基片上制作两个相距很近的PN结，两个PN结 把整块半导体分成三部分，中间部分是基区，两侧部分是发射区和集电区。9013是一种NPN型小功率三极管。
NPN9013工作在放大区的条件：集电结加反向电压，发射结加正向电压；
NPN9013工作在饱和区的条件：集电结加正向电压，发射结加正向电压；
NPN9013工作在截止区的条件：集电结加反向电压，发射结加反向电压；
3、5V继电器工作原理
欧姆龙5V继电器采用的是8引脚封装，下图中的1和16表示继电器触发端，4，6，8为一组信号控制端，4为输入端，6为常闭触点，8为常开触点；同理13，11，9为第二组信号控制端，13为输入端，11为常闭触点，9为常开触电。在继电器没有触发条件下，4和6导通，4和8断开；13和11导通，13和9断开；在继电器触发条件下，4和6断开，4和8导通；13和11断开，13和9导通。
注：该继电器为电流触发器件，只有在控制端电流达到触发条件时，继电器才有动作，并不是说控制端电压只要达到5V就动作。
4、LM358工作原理
LM358是双运算放大器。内部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿的双运算放大器，适合于电源电压范围很宽的单电源使用，也适用于双电源工作模式，在推荐的工作条件下，电源电流与电源电压无关。它的使用范围包括传感放大器、直流增益模块和其他所有可用单电源供电的使用运算放大器的场合。特性如下：
内部频率补偿
直流电压增益高(约100dB)
单位增益频带宽(约1MHz)
电源电压范围宽：单电源(3-30V)
双电源(±1.5 一±15V)
低功耗电流，适合于电池 供电
低输入偏流
低输入失调电压和失调电流
共模输入电压范围宽，包括接地
差模输入电压范围宽，等于电源
电压范围
输出电压摆幅大(0 至Vcc-1.5V)
四、实验步骤
1、将光敏电阻插在光电探测装置的两端插孔中，由于光敏电阻没有正负极之分，插上即可，如图1.1所示，再利用支杆和滑块将光电探测装置安装在平台导轨上，如图1.2所示；
2、将发光二极管插在光源实验装置上，发光二极管管脚长的为正极，插在白色螺丝对应的插孔，短脚为负极，插在黑色螺钉对应的插孔，如图1.3所示。再利用支杆和滑块将光源装置安装在平台导轨上，如图1.4所示；在本实验中需要2组光源，一组用于给光敏电阻提供光源，另一组作为继电器动作的指示灯；因此要组装2套光源装置。
3、取出MXY9001-光控灯和光控开关系统组件，按照原理图搭建电路，如图1.5所示
4、按照原理图检查电路，在保证没有错误的前提下接通实训平台电源；将光源装置(光源D2)与光电探测装置(光敏电阻R1)相对安放，将另一个光源装置(指示灯D1)单独安放，如图1.6所示
5、调节光源D2电路中的滑动变阻器，使发光二极管逐渐调亮，光敏电阻阻值变小，同向运算放大器的正输入电压变小，LM358的输出电压很小，三极管工作在截止状态，继电器不动作，7和5管脚是断开的，指示灯不亮；调节光源部分滑动变阻器，使发光二极管逐渐变暗，光敏电阻阻值急剧变大，LM358输出电压接近5V，三极管导通，工作在饱和状态，继电器发生动作5和7导通，指示灯被点亮。
五、关机与结束
① 将所测的数据及实验结果保存好，分析实验结果的合理性，如不合理，则应重新补做上述实验；若合理，可以进行关机；
② 将实验平台的电源关掉，再将所用的配件放回配件箱；
③ 将实验所用仪器收拾好，再请指导教师检查，批准后离开实验室。
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