【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 驗(yàn)測(cè)量得出數(shù)據(jù)。 光敏二極管光照特性 次數(shù) 光電流(uA)照度(lx) 12345平均值400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 光敏二極管的穩(wěn)定性 時(shí)間 (min) 電流(uA）061218243036424854601000lx 。 光敏二極管光照特性 ，光敏二極管的線性度較差。 光敏二極管的穩(wěn)定性 ，保持光照度在1000lx,每6分鐘測(cè)量一次光敏二極管的光電流。，穩(wěn)定性一般。和光敏二極管類似，內(nèi)部有兩個(gè)PN結(jié)。當(dāng)光照射到PN結(jié)附近產(chǎn)生電子—空穴對(duì)，它們?cè)趦?nèi)電場(chǎng)作用下，定向運(yùn)動(dòng)形成增大了的反向電流即光電流。由于光照射集電結(jié)產(chǎn)生的光電流相當(dāng)于一般三極管的基極電流，因此集電極電流被放大了β+1倍，從而使光敏三級(jí)管具有比光敏二極管更高的靈敏度。不同之處是光敏三極管必須有一個(gè)對(duì)光敏感的PN結(jié)作為感光面，一般用集電結(jié)作為受光結(jié)，因此，光敏三極管實(shí)質(zhì)上是一種相當(dāng)于在基極和集電極之間接有光敏二極管的普通三極管。光敏三極管與普通半導(dǎo)體三極管一樣，是采用半導(dǎo)體制作工藝制成的具有NPN或PNP結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體管。它在結(jié)構(gòu)上與半導(dǎo)體三極管相似，它的引出電極通常只有兩個(gè)，也有三個(gè)的。為適應(yīng)光電轉(zhuǎn)換的要求，它的基區(qū)面積做得較大，發(fā)射區(qū)面積做得較小，入射光主要被基區(qū)吸收。和光敏二極管一樣，管子的芯片被裝在帶有玻璃透鏡金屬管殼內(nèi)，當(dāng)光照射時(shí)，光線通過(guò)透鏡集中照射在芯片上。本次試驗(yàn)采用3DU33型光敏三極管。 3DU33光電特性參數(shù)參數(shù)名稱反向擊穿電壓UCEV最高工作電壓URMV暗電流uA光電流mA最大功耗mW3DU33≥75≥50≤＞100通過(guò)測(cè)量光敏三級(jí)管外加反向偏壓工作時(shí)的光電流研究光敏二極管的光照特性、穩(wěn)定性和靈敏度。10kA5V 光敏三極管測(cè)量圖根據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)量得出數(shù)據(jù)。 光敏三極管光照特性 次數(shù) 光電流（mA）照度(lx)12345平均值400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 光敏三極管的穩(wěn)定性 時(shí)間(min)電流(uA)06121824303642485460500lx 。 光敏三極管光照特性，光敏三極管的線性度很差，在2500Lux照度后趨于飽和。 光敏三極管的穩(wěn)定性，保持光照度在500lx,每6分鐘測(cè)量一次光敏三極管的光電流。，穩(wěn)定性較差。通過(guò)幾種光電探測(cè)器的性能比較，綜合實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析，光敏三極管在強(qiáng)光照條件下逐漸趨于飽和，不適合當(dāng)做探測(cè)器；硅光電池相較于光敏二極管而言靈敏度更高且穩(wěn)定性更好，實(shí)驗(yàn)電路也更為便捷，所以最終選擇硅光電池作為探測(cè)器。光信號(hào)經(jīng)硅光電池后輸出的光電流非常微弱，需要經(jīng)過(guò)電流電壓轉(zhuǎn)換電路將其微弱的電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，再經(jīng)過(guò)運(yùn)算放大電路放大到合適的A/D采樣范圍。本次課題選擇op07運(yùn)放器放大光電池輸出信號(hào)，op07芯片是一種低噪聲，非斬波穩(wěn)零的雙極性運(yùn)算放大器集成電路。op07工作電源電壓為3v至15v,：管腳8為調(diào)零管腳，2管腳為反相輸入端，3管腳為正相輸入端，7管腳和4管腳為正負(fù)電源，6管腳為輸出。 op07引腳圖 該芯片主要特點(diǎn)：（1） op07是一種高精度單片運(yùn)算放大器，具有很低的輸入失調(diào)電壓和漂移。op07的優(yōu)良特性使它特別適合作前級(jí)放大器，放大微弱信號(hào)。使用op07一般不用考慮調(diào)零和頻率問(wèn)題就能滿足要求。（2） op07芯片是一種低噪聲，非斬波穩(wěn)零的雙極性運(yùn)算放大器集成電路。由于op07具有非常低的輸入失調(diào)電壓（最大為75μV），所以op07在很多應(yīng)用場(chǎng)合不需要額外的調(diào)零措施。op07同時(shí)具有輸入偏置電流低（為177。2nA）和開(kāi)環(huán)增益高（為300V/mV）的特點(diǎn)，這種低失調(diào)、高開(kāi)環(huán)增益的特性使得op07特別適用于高增益的測(cè)量設(shè)備和放大傳感器的微弱信號(hào)等方面。因?yàn)閛p07的噪聲非常小，經(jīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)量發(fā)現(xiàn)，在本次測(cè)量中op07的噪聲可忽略不計(jì)，即不需再加調(diào)零電路。 op07基本參數(shù)參數(shù)名稱數(shù)據(jù)低輸入失調(diào)電壓 75uV(最大)低失調(diào)電壓溫漂℃(最大) 低失調(diào)電壓時(shí)漂 (最大)低噪聲 PP(最大)寬輸入電壓范圍177。14V 寬電源電壓范圍 3V～18V超低偏移 150μV最大 低輸入偏置電流 低失調(diào)電壓漂移 ℃ 超穩(wěn)定，時(shí)間 2μV/month最大高電源電壓范圍 177。3V至177。22V硅光電池在受到光照射時(shí)輸出的電流為微安級(jí)別，需要將輸出信號(hào)調(diào)整為 05V的電壓再通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器輸入單片機(jī)進(jìn)行處理。，由于光電池是一個(gè)恒流源，產(chǎn)生穩(wěn)定的微弱電流，因此輸出電壓Ur=I*R1 電流電壓轉(zhuǎn)換電路，輸入電壓Ur經(jīng)電阻R3接到集成運(yùn)放的反相輸入端，運(yùn)放的同相輸入端經(jīng)電阻R4接地。輸出電壓Uc經(jīng)反饋電阻R2引回到反相輸入端。集成運(yùn)放的反相輸入端和同相輸入端，實(shí)際上是運(yùn)放內(nèi)部輸入級(jí)兩個(gè)差分對(duì)管的基極。為使差分輸入放大電路的參數(shù)保持對(duì)稱，應(yīng)使兩個(gè)差分對(duì)管基極對(duì)地的電阻盡量一致，以免靜態(tài)基流流過(guò)兩個(gè)電阻時(shí)，在運(yùn)放輸入端產(chǎn)生附加的偏差電壓。因此，通常選擇R4的阻值為R4=R2//R3經(jīng)過(guò)分析可知，反相比例運(yùn)算電路中反饋的組態(tài)是電壓并聯(lián)負(fù)反饋。由于集成運(yùn)放的開(kāi)環(huán)差模增益很高，因此容易滿足深負(fù)反饋的條件，故可以認(rèn)為集成運(yùn)放工作在線性區(qū)。所以，可以利用理想運(yùn)放工作在線性區(qū)時(shí)“虛短”和“虛斷”的特點(diǎn)來(lái)分析反相比例運(yùn)算電路的輸入輸出關(guān)系。可求得反相比例運(yùn)算電路的輸出電壓與輸入電壓的關(guān)系為Uc=R2/R3*Ur 反相比例運(yùn)算電路 綜合電流電壓放大電路和反相比例運(yùn)算電路可得Uc=I*R1*R2/R3由硅光電池光照特性可知，電流電壓轉(zhuǎn)換電路中R1=200Ω較為合適，反相比例運(yùn)算電路放大100倍較為合適，則R2和R3取值R2=100KΩ,R3=R4=1kΩ。通過(guò)實(shí)驗(yàn)，檢測(cè)反相比例運(yùn)算電路的放大倍數(shù)。 反向比例運(yùn)算電路的放大倍數(shù)Uc/mVUr/mV實(shí)際放大倍數(shù)平均放大倍數(shù)為（++++）/5=。 A/D轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計(jì)A/D 轉(zhuǎn)換是現(xiàn)代測(cè)控中非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，在光效測(cè)量系統(tǒng)中，A/D 轉(zhuǎn)換必不可少，經(jīng)放大電路放大的電壓信號(hào)需要經(jīng)過(guò) A/D 轉(zhuǎn)換將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)才能輸入到單片機(jī)中進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，同時(shí)對(duì)于高精度的 A/D 轉(zhuǎn)換器件可以有效減小誤差，提高測(cè)量的準(zhǔn)確性。本次課題選擇 ADC0809作為A/D轉(zhuǎn)換器，ADC0809是美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的CMOS工藝8通道，8位逐次逼近式A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器。其內(nèi)部有一個(gè)8通道多路開(kāi)關(guān)，它可以根據(jù)地址碼鎖存譯碼后的信號(hào)，只選通8路模擬輸入信號(hào)中的一個(gè)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。 ADC0809的主要特性：1）8路輸入通道，8位A/D轉(zhuǎn)換器，即分辨率為8位。2）具有轉(zhuǎn)換起停控制端。3）轉(zhuǎn)換時(shí)間為100μs(時(shí)鐘為640KHz時(shí))，130μs（時(shí)鐘為500KHz時(shí)）。4）單個(gè)+5V電源供電。5）模擬輸入電壓范圍0～+5V，不需零點(diǎn)和滿刻度校準(zhǔn)。6）工作溫度范圍為40～+85攝氏度。7）低功耗，約15mW。 ADC0809是CMOS單片型逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器，它由8路模擬開(kāi)關(guān)、地址鎖存與譯碼器、比較器、8位開(kāi)關(guān)樹(shù)型A/D轉(zhuǎn)換器、逐次逼近寄存器、邏輯控制和定時(shí)電路組成。ADC0809芯片有28條引腳，采用雙列直插式封裝。 ADC0809各引腳功能（1） IN0～I(xiàn)N7——8路模擬輸入，通過(guò)3根地址譯碼線ADDA、ADDB、ADDC來(lái)選通一路。 （2） D7～D0——A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)輸出端，為三態(tài)可控輸出，故可直接和微處理器數(shù)據(jù)線連接。8位排列順序是D7為最高位，D0為最低位。 （3） ADDA、ADDB、ADDC——模擬通道選擇地址信號(hào)，ADDA為低位，ADDC為高位。（4） ALE——地址鎖存允許信號(hào)，高電平有效。當(dāng)此信號(hào)有效時(shí)，A、B、C三位地址信號(hào)被鎖存，譯碼選通對(duì)應(yīng)模擬通道。在使用時(shí)，該信號(hào)常和START信號(hào)連在一起，以便同時(shí)鎖存通道地址和啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換。 （5） START——A/D轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)，正脈沖有效。加于該端的脈沖的上升沿使逐次逼近寄存器清零，下降沿開(kāi)始A/D轉(zhuǎn)換。如正在進(jìn)行轉(zhuǎn)換時(shí)又接到新的啟動(dòng)脈沖，則原來(lái)的轉(zhuǎn)換進(jìn)程被中止，重新從頭開(kāi)始轉(zhuǎn)換。 （6） EOC——轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)，高電平有效。該信號(hào)在A/D轉(zhuǎn)換過(guò)程中為低電平，其余時(shí)間為高電平。該信號(hào)可作為被CPU查詢的狀態(tài)信號(hào)，也可作為對(duì)CPU的中斷請(qǐng)求信號(hào)。在需要對(duì)某個(gè)模擬量不斷采樣、轉(zhuǎn)換的情況下，EOC也可作為啟動(dòng)信號(hào)反饋接到START端，但在剛加電時(shí)需由外電路第一次啟動(dòng)。 （7）OE——輸出允許信號(hào)，高電平有效。當(dāng)微處理器送出該信號(hào)時(shí)，ADC0809的輸出三態(tài)門被打開(kāi)，使轉(zhuǎn)換結(jié)果通過(guò)數(shù)據(jù)總線被讀走。在中斷工作方式下，該信號(hào)往往是CPU發(fā)出的中斷請(qǐng)求響應(yīng)信號(hào)。由于芯片性能特點(diǎn)是一個(gè)逐次逼近型的A/D轉(zhuǎn)換器，外部供給基準(zhǔn)電壓；分辨率為8位，帶有三態(tài)輸出鎖存器，轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，可由CPU打開(kāi)三態(tài)門，讀出8位的轉(zhuǎn)換結(jié)果；有8個(gè)模擬量的輸入端，可引入8路待轉(zhuǎn)換的模擬量。ADC0809的數(shù)據(jù)輸出結(jié)構(gòu)是內(nèi)部有可控的三態(tài)緩沖器，所以它的數(shù)字量輸出信號(hào)線可以與系統(tǒng)的數(shù)據(jù)總線直接相連。內(nèi)部的三態(tài)緩沖器由OE控制，當(dāng)OE為高電平時(shí)，三態(tài)緩沖器打開(kāi)，將轉(zhuǎn)換結(jié)果送出；當(dāng)OE為低電平時(shí)，三態(tài)緩沖器處于阻斷狀態(tài)，內(nèi)部數(shù)據(jù)對(duì)外部的數(shù)據(jù)總線沒(méi)有影響。因此，在實(shí)際應(yīng)用中，如果轉(zhuǎn)換結(jié)束，要讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果則只要在OE引腳上加一個(gè)正脈沖，ADC0809就會(huì)將轉(zhuǎn)換結(jié)果送到數(shù)據(jù)總線上。 單片機(jī)是一種集成電路芯片，是采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器CPU、隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM、只讀存儲(chǔ)器ROM、多種I/O口和中斷系統(tǒng)、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器等功能（可能還包括顯示驅(qū)動(dòng)電路、脈寬調(diào)制電路、模擬多路轉(zhuǎn)換器、A/D轉(zhuǎn)換器等電路）集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個(gè)小而完善的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，在工業(yè)控制領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。本次課題采用STC89C52單片機(jī)。STC89C52是STC公司生產(chǎn)的一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器。STC89C52使用經(jīng)典的MCS51內(nèi)核，但做了很多的改進(jìn)使得芯片具有傳統(tǒng)51單片機(jī)不具備的功能。在單芯片上，擁有靈巧的8 位CPU 和在系統(tǒng)可編程Flash，使得STC89C52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。STC89C52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k字節(jié)Flash，512字節(jié)RAM， 32 位I/O 口線，看門狗定時(shí)器，內(nèi)置4KB EEPROM，MAX810復(fù)位電路，3個(gè)16 位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，4個(gè)外部中斷，一個(gè)7向量4級(jí)中斷結(jié)構(gòu)（兼容傳統(tǒng)51的5向量2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)），全雙工串行口。另外 STC89C52 可降至0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，CPU 停止工作，允許RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。