《電子技術(shù)應(yīng)用》
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ADALM2000實(shí)驗(yàn):LED作為光傳感器

2023-05-23
作者:Doug Mercer,,顧問研究員和Antoniu Miclaus,,系統(tǒng)應(yīng)用工程師
來源:ADI
關(guān)鍵詞: LED 接口電路 ADALP2000

  目標(biāo)

  本次實(shí)驗(yàn)的目標(biāo)是探索將發(fā)光二極管(LED)用作光電二極管光傳感器,將NPN和達(dá)靈頓NPN晶體管用作光傳感器的接口電路,。

  背景知識

  光電二極管暴露在光線下時(shí),,會(huì)產(chǎn)生與光強(qiáng)度成正比的電流。此類光產(chǎn)生的電流與普通二極管或LED中的電流方向相反,。隨著更多光子擊中光電二極管,,電流增大,導(dǎo)致二極管兩端產(chǎn)生電壓,。隨著二極管兩端的電壓增大,,線性度會(huì)降低。

  除了發(fā)射光以外,,LED還可用作光電二極管光傳感器/檢測器,。這種功能可用于多種應(yīng)用中,包括環(huán)境光水平傳感器和雙向通信。作為光電二極管時(shí),,LED對等于或短于其發(fā)射的主波長的波長非常敏感,。綠色LED對藍(lán)色光和一些綠色光敏感,但對黃色光或紅色光不敏感,。例如,,紅色LED可以檢測到黃色LED發(fā)射的光,黃色LED可以檢測到綠色LED發(fā)射的光,,但綠色LED無法檢測到紅色或黃色LED發(fā)射的光,。3個(gè)LED全都會(huì)檢測到白光或藍(lán)色LED發(fā)射的光。白光中包含綠色LED能夠檢測到的藍(lán)光成分,?;叵胍幌拢梢姽獠ㄩL可以按最長到最短的順序列出,,分別為紅,、橙、黃,、綠,、藍(lán)、靛藍(lán),、紫(記住有助記憶的首字母縮略詞ROYGBIV),。紫光是所有各色可見光中波長最短、光子能量最高的光,,紅光是波長最長,、光子能量最低的光。

  對于廣譜照明(例如一般的室內(nèi)照明),,采用透明塑封的LED比采用彩色塑封的LED(例如ADALP2000模擬套件中包含的LED)更為靈敏,。

  要將LED用作光檢測器,切勿將LED正向偏置到電流電壓(I-V)曲線的1象限(工作電壓和電流都為正)中,。允許LED在太陽能電池模式下運(yùn)行,,即象限4(工作電壓為正,電流為負(fù)),,或在光電二極管模式下運(yùn)行,,即象限3(工作電壓為負(fù),電流為負(fù)),。在太陽能電池模式下,,不施加任何偏置電壓。太陽能電池(在本例中為LED)自行產(chǎn)生電流和電壓,。

  材料

  ▲ADALM2000主動(dòng)學(xué)習(xí)模塊

  ▲無焊試驗(yàn)板

  ▲跳線

  ▲兩個(gè)2N3904 NPN晶體管(或SSM2212 NPN匹配對)

  ▲一個(gè)100 kΩ電阻

  ▲一個(gè)2.2 kΩ電阻

  ▲三個(gè)LED(紅,、黃和綠多種顏色)

  ▲一個(gè)紅外光LED (QED-123)

  說明

  在無焊試驗(yàn)板上搭建圖1所示的LED光傳感器電路,。注意,LED二極管D1是反向偏置的,,也就是說,,與作為光發(fā)射器的連接方式相反。光生成的電流作為基極電流流入Q1,,在乘以晶體管的電流增益,?之后進(jìn)入集電極中。

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  圖1.LED和單個(gè)共發(fā)射極NPN光傳感器,。

  硬件設(shè)置

  使用ADALM2000模塊中設(shè)置為5 V的可變正電源為電路供電,。使用示波器通道1監(jiān)測Q1集電極節(jié)點(diǎn)的電壓。

  程序步驟

  如圖所示,,一次一個(gè),,依次將紅光、黃光或綠光LED插入電路中,。嘗試讓ADALP2000模擬套件中這三個(gè)不同顏色的LED接觸不同的光源,例如與LED傳感器間隔不同距離的標(biāo)準(zhǔn)白熾燈,、熒光燈和LED燈,。觀察Q1集電極上顯示的電壓波形。嘗試插入套件中的紅外光LED,,觀察該LED在接觸不同光源時(shí)的響應(yīng),。嘗試通過將RL值增大到200 kΩ或470 kΩ,以提高其靈敏度或增益,。

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  圖2.LED和單個(gè)共發(fā)射極NPN光傳感器面包板電路,。

  圖3、圖4和圖5為Scopy波形圖示例,。

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  圖3.紅光LED和單個(gè)共發(fā)射極NPN光傳感器,,LED燈處于最遠(yuǎn)距離。

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  圖4.紅光LED和單個(gè)共發(fā)射極NPN光傳感器,,LED燈處于中等距離,。

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  圖5.紅光LED和單個(gè)共發(fā)射極NPN光傳感器,LED燈處于最近距離,。

  第2步指導(dǎo)

  按照圖6所示的達(dá)靈頓配置,,更改面包板上的電路。在更改電路之前,,確保先關(guān)閉電源,。使用達(dá)靈頓晶體管之后,Q2的發(fā)射極電流變成Q1的基極電流,,使得LED D1由光生成的電流乘以?2,,會(huì)出現(xiàn)在Q1和Q2集電極的負(fù)載電阻RL中,。此電流增益更高,所以我們能使用電阻值更低的負(fù)載電阻,。

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  圖6.LED和達(dá)靈頓NPN光傳感器,。

  第2步 硬件設(shè)置

  面包板連接如圖7所示。

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  圖7.LED和達(dá)靈頓光傳感器面包板電路,。

  第2步 流程

  重復(fù)相同的流程:將不同的LED插入D1的電路,,然后測量LED對不同光源的響應(yīng)。

  圖8,、圖9和圖10為Scopy波形圖示例,。

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  圖8.紅光LED和達(dá)靈頓光傳感器,LED燈處于最遠(yuǎn)距離,。

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  圖9.紅光LED和達(dá)靈頓光傳感器,,LED燈處于中等距離。

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  圖10.紅光LED和達(dá)靈頓光傳感器,,LED燈處于最近距離,。



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