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正文內(nèi)容

畢業(yè)論文光電計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)及制作(編輯修改稿)

2024-07-20 03:09 本頁面
 

【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 圖5. 15V反向偏壓時(shí)的光照特性曲線(2)伏安特性光電二極管的伏安特性可參考下圖,反向偏置電壓與光電流呈線性關(guān)系。 (3)溫度特性光電二極管的溫度特性描述光電流和暗電流隨溫度變化的性質(zhì),硅光電二極管的溫度升高,信噪比降低。(4)頻率特性光電二極管的頻率特性是所有半導(dǎo)體光電器件中最好的一種。這主要是由于光電二極管的結(jié)電容較?。ㄐ∮?0181。F) ;光生載流子在薄層中的擴(kuò)散時(shí)間及PN結(jié)中的漂移時(shí)間較短,故其響應(yīng)頻率可以達(dá)到很高。 快速硅PIN光電二極管本次實(shí)驗(yàn)采用的光電二極管是GT106型快速硅PIN光電二極管。該光電二極管的主要特點(diǎn)是響應(yīng)度高,響應(yīng)速度特別快;噪聲低、性能穩(wěn)定可靠。PIN結(jié)光電二極管在p型和n型半導(dǎo)體之間加入一個(gè)本征區(qū)域,其表面做得很薄,使得入射輻射透入本征區(qū)內(nèi)被吸收,產(chǎn)生電子一空穴對(duì)。本征區(qū)內(nèi)的電場(chǎng)使電子一空穴對(duì)分開,并快速通過本征區(qū)分別進(jìn)入n區(qū)和p區(qū)。器件的頻率響應(yīng)和效率都比用同樣材料制作的pn結(jié)光電二極管好。 GT106型快速硅PIN光電二極管采用硅PIN內(nèi)外管復(fù)合結(jié)構(gòu)。為保證極快的響應(yīng)速度,采用背面蝕洞法,使I層盡量薄。這樣,載流子高速通過漂移區(qū)的時(shí)候,被電極收集在外電路里就產(chǎn)生了光電流。用外管來短路慢速的光生載流子,從而實(shí)現(xiàn)了快速響應(yīng)的目的。GT106型快速硅PIN光電二極管的光譜響應(yīng)曲線如圖8. 167。 光電信號(hào)輸出要實(shí)現(xiàn)光信號(hào)對(duì)電路的控制,即對(duì)光電二極管進(jìn)行持續(xù)照射,當(dāng)有物件通過時(shí)對(duì)光進(jìn)行遮擋,輸出一次低電平,計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)一次。光電轉(zhuǎn)換電路需要控制計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘輸入端,產(chǎn)生矩形脈沖波。經(jīng)過測(cè)試,GT106型光電二極管的光電流為微安量級(jí),因此在偏置電路中加上1M歐的負(fù)載電阻,可以實(shí)現(xiàn)無光照時(shí)負(fù)載電阻上輸出低電平,有光照時(shí)負(fù)載電阻上輸出高電平。但負(fù)載上的輸出情況與計(jì)數(shù)器所需要的時(shí)鐘信號(hào)是反向的,因此將負(fù)載輸出連接到555定時(shí)器上,再對(duì)計(jì)數(shù)器進(jìn)行控制。555定時(shí)器是一種多用途的數(shù)字模擬混合集成電路,利用它能極方便地構(gòu)成施密特觸發(fā)器、多諧振蕩器或者單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。下面是555的引腳圖以及功能表。 將555定時(shí)器的νⅠ1和νⅠ2兩個(gè)輸入端連在一起作為信號(hào)輸入端,即可以得到施密特觸發(fā)器。施密特觸發(fā)器的輸出電壓ν0由高電平變?yōu)榈碗娖胶陀傻碗娖阶優(yōu)楦唠娖剿鶎?duì)應(yīng)的νⅠ也不相同,這樣就形成了施密特觸發(fā)器的觸發(fā)特性。施密特觸發(fā)器的電壓傳輸特性是回滯的。傳輸特性圖如下: 根據(jù)以上分析,設(shè)計(jì)出光電轉(zhuǎn)換電路。使用仿真軟件繪制出電路圖。第二章 計(jì)數(shù)電路167。 十進(jìn)制計(jì)數(shù)電路設(shè)計(jì) 光電計(jì)數(shù)器需要對(duì)光電信號(hào)脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù),利用TTL器件74160可以實(shí)現(xiàn)十進(jìn)制的計(jì)數(shù),要實(shí)現(xiàn)兩位的計(jì)數(shù),低位計(jì)數(shù)到10自動(dòng)進(jìn)位,整體計(jì)數(shù)達(dá)到99以后實(shí)現(xiàn)跳轉(zhuǎn),從0開始計(jì)數(shù)。使用兩個(gè)160接成計(jì)數(shù)電路。74160的1號(hào)引腳懸空,2號(hào)引腳為時(shí)鐘輸入信號(hào),6號(hào)引腳為預(yù)置數(shù)端,可以懸空可以接零,7號(hào)引腳ENP和10號(hào)引腳ENT連接后接高電平,電路才可以工作在計(jì)數(shù)狀態(tài),11114號(hào)引腳為輸出信號(hào)端,15號(hào)引腳為進(jìn)位輸出端,計(jì)數(shù)器產(chǎn)生進(jìn)位時(shí)自動(dòng)輸出一次高電平。74161的功能表如表1: RD39。LD39。ETEP 工作模式LXXXRESET (Clear)清零HLXXLOAD (Pn Qn)置數(shù)HHHHCOUNT (Increment)計(jì)數(shù)HHLXNO CHANGE (Hold)保持(不變)HHXLNO CHANGE (Hold)保持(不變)使用protues軟件繪制電路圖,然后進(jìn)行仿真,計(jì)數(shù)部分的電路圖如圖11: 最初設(shè)計(jì)方案是將低位160的進(jìn)位輸出端接到高位的時(shí)鐘輸入上,在仿真時(shí)候發(fā)現(xiàn)當(dāng)計(jì)數(shù)到9時(shí)進(jìn)位輸出端就會(huì)輸出信號(hào),導(dǎo)致出現(xiàn)高位提前計(jì)數(shù)的情況。對(duì)電路進(jìn)行修改,當(dāng)?shù)臀坏妮敵鲂盘?hào)為0000時(shí)輸出進(jìn)位脈沖。具體實(shí)現(xiàn)方法為在Q0Q1Q2Q3端加上非門,之后經(jīng)過四輸入與門,再作為高位計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘信號(hào)。改動(dòng)后對(duì)電路進(jìn)行仿真,在計(jì)數(shù)器的四個(gè)輸出端加入示波器,波形輸出如圖12,波形輸出檢測(cè)正常,為二進(jìn)制的計(jì)數(shù)。 167。 顯示譯碼電路設(shè)計(jì)計(jì)數(shù)電路計(jì)數(shù)的結(jié)果需要通過譯碼器連接顯示電路。譯碼器的邏輯功能是將每個(gè)輸入的二進(jìn)制代碼譯成對(duì)應(yīng)的輸出高、低電平信號(hào)或另一個(gè)代碼。常用的譯碼器電路有二進(jìn)制譯碼器、二十進(jìn)制譯碼器和顯示譯碼器三類。由于要使用七段共陰顯示數(shù)碼顯示譯碼管,所以計(jì)劃采用顯示譯碼器7448。7448的附加控制端的功能和用法如下:燈測(cè)試輸入LT39。 : LT39。=0,便可使被驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管的七段同時(shí)點(diǎn)亮,以檢查改數(shù)碼管各段能否正常發(fā)光。平時(shí)應(yīng)置LT39。為高電平。滅零輸入RBI39。 : 設(shè)置滅零輸入信號(hào)RBI39。的目的是為了能把不希望顯示的零熄滅。滅燈輸入/滅零輸出BI39。/RBO39。:這是一個(gè)雙功能的輸入/輸出端,作為輸入端使用時(shí),成滅燈輸入控制端,控制信號(hào)為0時(shí),可以將被驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管的各段同時(shí)熄滅。將滅零輸入端和滅零輸出端配合使用,即可實(shí)現(xiàn)多為數(shù)碼顯示系統(tǒng)的滅零控制。7448的顯示功能表如表2:表2: 用7448驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管,使用protues軟件畫出電路圖如圖13: 167。 數(shù)碼顯示 計(jì)數(shù)器數(shù)據(jù)經(jīng)過譯碼器后可以通過數(shù)碼管顯示。為了直觀地表示出數(shù)值,實(shí)驗(yàn)采用了七段字符顯示器,或者稱之為七段數(shù)碼管。這種字符顯示器由七段可
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