聲控報(bào)警電路實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、0 實(shí) 驗(yàn) 報(bào) 告 實(shí)驗(yàn)名稱：實(shí)驗(yàn)名稱： 聲控報(bào)警電路設(shè)計(jì) 實(shí)驗(yàn)學(xué)生：實(shí)驗(yàn)學(xué)生： 所屬班級(jí)：所屬班級(jí)： 班內(nèi)序號(hào)：班內(nèi)序號(hào)： 一，摘要一，摘要 近年來(lái)，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的提高，生活節(jié)奏的加快，人們對(duì)電子報(bào)警器的需求日益增加。電子報(bào)警器應(yīng)用于安全防范，系統(tǒng)故障，交通運(yùn)輸，醫(yī)療救護(hù)等領(lǐng)域，和社會(huì)生產(chǎn)密不可分。例如聲控報(bào)警系統(tǒng)在生活中處處可見(jiàn)，樓道里的聲控節(jié)能燈，店鋪聯(lián)網(wǎng)報(bào)警器等等，其功能簡(jiǎn)單，成本較低，因而廣泛應(yīng)用于各種家用電器和小電子產(chǎn)品中。 本課題基于應(yīng)用需求，結(jié)合實(shí)驗(yàn)要求設(shè)計(jì)電路。報(bào)告介紹了簡(jiǎn)易的聲控報(bào)警器的電路設(shè)計(jì)和電路的搭建調(diào)試。關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：報(bào)警器；CD4011；無(wú)源

2、蜂鳴器；LM358二，引言二，引言 隨著電力電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)的迅速發(fā)展，電子設(shè)備、電子儀器的出現(xiàn)日新月異，在市場(chǎng)上電子產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)較為激烈。本課程設(shè)計(jì)利用駐極體式咪頭作為聲傳感器獲得電壓，經(jīng) LM358 放大電路兩級(jí)放大，然后通過(guò)電壓比較器和多諧振蕩器,輸出驅(qū)動(dòng)蜂鳴器和發(fā)光二極管工作報(bào)警。11 1，設(shè)計(jì)要求，設(shè)計(jì)要求1，設(shè)計(jì)任務(wù)要求 設(shè)計(jì)一個(gè)聲控報(bào)警電路，在麥克風(fēng)附近擊掌（模擬異常響動(dòng)），電路能發(fā)出報(bào)警聲，持續(xù)時(shí)間大于 5 秒。聲音傳感器采用駐極體式咪頭，蜂鳴器用無(wú)源式蜂鳴器。2，提高要求1，增加報(bào)警燈，使其閃爍報(bào)警；2，增加輸出功率，提高報(bào)警音量，加強(qiáng)威懾力。 2 2，電路設(shè)

3、計(jì)，電路設(shè)計(jì)1，系統(tǒng)組成框圖2，系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)思路駐極體式咪頭作為聲音傳感器，將擊掌產(chǎn)生的聲音信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，微弱的電信號(hào)經(jīng)過(guò)同相放大器放大后便于傳輸和驅(qū)動(dòng)，放大信號(hào)進(jìn)入同相比較器，比較器根據(jù)實(shí)驗(yàn)可以設(shè)置合理的比較電壓 VREF，當(dāng)放大信號(hào)高于比較電壓 VREF時(shí)，放大器輸出高電平促發(fā)方波振蕩器開(kāi)始工作，振蕩產(chǎn)生的方波經(jīng)三極管放大即可驅(qū)動(dòng)無(wú)源式蜂鳴器發(fā)出報(bào)警聲音。但由于一次拍手產(chǎn)生的電信號(hào)只有短暫的脈沖，故還需要在比較器后加入延時(shí)電路，減緩脈沖電壓下降的速度來(lái)實(shí)現(xiàn)延時(shí)報(bào)警。3，單元電路設(shè)計(jì)思路聲音采集單元設(shè)計(jì)原理簡(jiǎn)述駐極體話筒由聲電轉(zhuǎn)換和阻抗變換兩部分組成。聲電轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵元件是駐極體振動(dòng)膜，當(dāng)

4、駐極體膜片遇到聲波振動(dòng)時(shí)，引起電容兩端的電場(chǎng)發(fā)生變化，2從而產(chǎn)生了隨聲波變化而變化的交變電壓。其膜片與金屬極板之間的電容量比較小，因而它的輸出阻抗值高，約幾十兆歐以上。這樣高的阻抗是不能直接與音頻放大器相匹配的。所以在話筒內(nèi)接入一只結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體三極管來(lái)進(jìn)行阻抗變換。 因?yàn)轳v極體式麥克風(fēng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)含場(chǎng)效應(yīng)管，所以駐極體話筒必須提供直流電壓才能工作。本實(shí)驗(yàn)采用漏極輸出型電路，電路圖如下實(shí)際電路參數(shù)麥克風(fēng)中的場(chǎng)效應(yīng)管的 UDS 一般在 1.5V4.5V 之間，而 IDS 一般在0.1mA1mA 之間。若供電電壓 VCC 在 6V8V 時(shí)，可知 RD 約在2.2K5.1K 之間。實(shí)驗(yàn)電路可預(yù)取 2.8

5、K。C 為隔直電容，可采用 22uF 的電解電容。3，信號(hào)放大單元設(shè)計(jì)原理簡(jiǎn)述由駐極體式麥克風(fēng)轉(zhuǎn)化產(chǎn)生的電信號(hào)是微弱信號(hào)，經(jīng)測(cè)量在擊掌瞬間麥克風(fēng)輸出的最大值約為 12mV，該信號(hào)必須經(jīng)過(guò)放大器放大之后與比較器比較。該部分信號(hào)的放大由 LM358 來(lái)實(shí)現(xiàn)，用 LM358 構(gòu)成一級(jí)放大約 100倍，第二級(jí)電壓跟隨的形式。 一級(jí)電路設(shè)計(jì)原理如下：3 第一級(jí)采用同相放大電路，輸入信號(hào)從直流補(bǔ)償電阻R1 輸入到運(yùn)放的同相輸入端。反饋網(wǎng)絡(luò)為 R2 和 R3，構(gòu)成深度電壓串聯(lián)負(fù)反饋放大電路。根據(jù)分析集成運(yùn)算放大電路的兩個(gè)重要特點(diǎn)（“虛短”、“虛斷”）可知：因?yàn)?U+ = U- = Ui（“虛短”，但不是“虛

6、地”）， I+ = I- = 0所以 NipUUU 1RUINi同相輸入運(yùn)算放大器中，當(dāng) Rf =0 或 R1 =時(shí)，Auf =1+（RfR1）=1，即輸出電壓與輸入電壓大小相等，相位相同，這種電路稱為電壓跟隨器。實(shí)際電路參數(shù)麥克風(fēng)的測(cè)量中，輸出的電信號(hào)約為150mV，故初步設(shè)定放大倍數(shù)為100 倍，使放大級(jí)輸出約為 1.5V。放大部分電路參數(shù)如圖 2.3.2（a）。再放大之后，緊跟一級(jí)電壓跟隨緩沖，電壓跟隨器參數(shù)如圖2.3.2（b）所示。3，電壓比較單元設(shè)計(jì)原理簡(jiǎn)述 電壓比較器是對(duì)兩個(gè)模擬電壓比較其大小,并判斷出其中哪一個(gè)電壓高，如4圖 1 所示。圖 1(a)是比較器，它有兩個(gè)輸入端：同相輸

7、入端(“+” 端) 及反相輸入端(“-”端)，有一個(gè)輸出端 VOUT(輸出電平信號(hào))。另外有電源 V+及地(單電源比較器)，同相端輸入電壓 VA，反相端輸入 VB。VA和 VB的變化如圖2.3.3（a）所示。在時(shí)間 0t1 時(shí)，VAVB；在 t1t2 時(shí)，VBVA；在 t2t3 時(shí)，VAVB。在這種情況下，VOUT的輸出如圖 1(c)所示：VAVB時(shí)，VOUT輸出高電平(飽和輸出)；VBVA時(shí)，VOUT輸出低電平。根據(jù)輸出電平的高低便可知道哪個(gè)電壓大 。 如果把 VA 輸入到反相端，VB輸入到同相端，VA及 VB的電壓變化仍然如圖 1(b)所示，則 VOUT輸出如圖 1(d)所示。與圖 1(c

8、)比較，其輸出電平倒了一下。輸出電平變化與 VA、VB的輸入端有關(guān)。5 如果輸入電壓 VA 與某一個(gè)固定不變的電壓 VB 相比較，此固定不變的 VB稱為參考電壓、基準(zhǔn)電壓或閾值電壓。在試驗(yàn)中合理設(shè)置參考電壓便可以實(shí)現(xiàn)特定的電壓比較。實(shí)驗(yàn)原理圖即如下既此時(shí)有如下的電壓輸出關(guān)系，當(dāng) VA VB時(shí) , uO = +UOM為了便于電路組合之后的調(diào)試過(guò)程，特引入電位器分壓，如圖 2.3.3（b）所示，信號(hào)從同相端輸入，參考電壓從2.3.42.3.4 RCRC 延時(shí)單元延時(shí)單元設(shè)計(jì)原理簡(jiǎn)述當(dāng)有高電平加在電路輸入端時(shí)，電容 C 開(kāi)始充電，直到電容兩端電壓與充電電壓相等。當(dāng)充電電壓下降至 0 時(shí)，電容 C 開(kāi)

9、始通過(guò)電阻 R 放電，直到電容C 儲(chǔ)存的電荷全部釋放。通過(guò)這樣快充慢放的過(guò)程實(shí)現(xiàn)電路電壓下降的延時(shí)功能，具體電路圖如下實(shí)際電路參數(shù)實(shí)驗(yàn)要求報(bào)警時(shí)間不低于 5s，根據(jù) t=RC 初步計(jì)算，可取電阻 R=100k，電6容 C=0.01uF。預(yù)計(jì)報(bào)警時(shí)長(zhǎng)持續(xù) 10s 左右。2.3.5 方波振蕩單元設(shè)計(jì)原理簡(jiǎn)述 方波振蕩器由門(mén)電路和阻容元件構(gòu)成，它沒(méi)有穩(wěn)定狀態(tài)，只有兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)，通過(guò)電容的充電和放電，使兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)相互交替，從而產(chǎn)生自激振蕩，輸出周期性的矩形脈沖信號(hào)。由于矩形脈沖含有豐富的諧波分量，因此，常將矩形脈沖產(chǎn)生電路稱作多諧振蕩器。本實(shí)驗(yàn)中采用 CD4011 實(shí)現(xiàn)方波振蕩，電路圖如下。輸入 UO一

10、個(gè)高電平時(shí)，該方波振蕩器主要依靠電整一個(gè)周期的波形變化如下。而輸入信號(hào) UO是整個(gè)振蕩器的開(kāi)關(guān)電平，當(dāng) UO輸入高于 Vth 的高電平時(shí)，振蕩器正常工作輸出方波；當(dāng) UO輸入低于 Vth 的低電平時(shí)，門(mén) G1 始終輸出高電平 VOH，電路無(wú)法振蕩輸出方波。實(shí)際電路參數(shù)該多諧振蕩器的振蕩周期與時(shí)間常數(shù) RC、門(mén)電路的閥值電壓 Vth 均有關(guān)系，頻率穩(wěn)定性較差。此處做理想近似計(jì)算。7在 T1 期間 G1 輸出高電平 VOH，G2 輸出低電平 VOL，電容 C 充電。為了便于計(jì)算，忽略門(mén)的輸出電阻和輸入端電流，則充電常數(shù)為 RC。初值，終值為，穩(wěn)態(tài)值，由此可得)()(1OLOHthAVVVtVOHA

11、VV)(thAVtV)(2 OHTHOHOLOHthAAAAVVVVVVRCVtVVtVRCT)(ln)()()()(ln211在 T2 期間 G1 輸出低電平 VOL，G2 輸出高電平 VOH，電容 C 反向充電，VA 從 Vth+(VOH-VOL)開(kāi)始下降，到 t=t3 時(shí) VA 下降至 Vth，初值 VA（t1）=Vth+（VOH-VOL），終值為，穩(wěn)態(tài)值 VA（t2）=Vth，由此可得OLAVV)( OLthOLOLOHthAAAAVVVVVVRCVtVVtVRCT)(ln)()()()(ln211綜上，振蕩周期是 21TTT 欲使其驅(qū)動(dòng)蜂鳴器和發(fā)光二極管，設(shè)置元件參數(shù)如下：5，無(wú)源式

12、蜂鳴器報(bào)警單元設(shè)計(jì)原理簡(jiǎn)述無(wú)源蜂鳴器內(nèi)部沒(méi)有自帶的振蕩源，需要由前級(jí)輸出的頻率在 2K-5K 的方波來(lái)驅(qū)動(dòng)。試驗(yàn)中加一晶體管放大再接蜂鳴器增加蜂鳴器的輸入功率，以保證更好的實(shí)驗(yàn)效果。實(shí)際電路參數(shù)試驗(yàn)元件初置參數(shù)如圖，采用 NPN 管 8050 和電阻 R=2K。83，單元電路的組合設(shè)計(jì) 單元電路在組合的時(shí)候還需要考慮各個(gè)單元之間的輸入輸出阻抗的平衡。先對(duì)各級(jí)之間組合的做如下連接說(shuō)明： 1，聲音采集單元與信號(hào)放大單元之間連接要注意，LM358 構(gòu)成的放大單元的輸入阻抗理想情況接近于無(wú)窮大，放大單元的輸入阻抗作為聲音采集系統(tǒng)的輸出負(fù)載，導(dǎo)致聲音采集單元輸出的信號(hào)電流過(guò)小且和電壓脈沖變化不明顯，這將

13、嚴(yán)重影響后級(jí)單元對(duì)信號(hào)的接收和處理。故在電壓放大單元的輸入端與地之間并一個(gè)小阻值電阻來(lái)減小聲音采集單元的輸出阻抗2，電壓比較單元和延時(shí)單元之間要防止電容對(duì)前級(jí)電路放電，電流回流。故在電壓比較單元和延時(shí)單元之間加一個(gè) 1N4148 二極管來(lái)實(shí)現(xiàn)單向?qū)ǎ闺娙輰?duì)前級(jí)電路放電的影響。3，在方波振蕩器和發(fā)光二極管之間需要串接一個(gè) 2K 左右的電阻來(lái)降低通過(guò)發(fā)光二極管的電流，保護(hù)發(fā)光二極管因電流過(guò)大而損壞。93 3，電路仿真，電路仿真1，單元仿真 測(cè)試信號(hào)放大單元工作情況，基本要求實(shí)現(xiàn)對(duì)小信號(hào)放大倍數(shù) 100 倍。設(shè)計(jì)符合該單元放大一百倍的基本要求。 圖 3.1.1（c）2，電壓比較單元仿真 電路能

14、夠?qū)崿F(xiàn)參考電壓的比較，并且在不同的參考電壓之下電壓比較器均能實(shí)現(xiàn)無(wú)滯回的同相電壓比較功能。103，延時(shí)單元仿真 延時(shí)電路要求實(shí)現(xiàn)高電平下降的延時(shí)功能，在仿真中即給延時(shí)電路輸入一個(gè)短暫的高電平，檢測(cè)輸出會(huì)發(fā)現(xiàn)輸出高電平緩慢下降。若出現(xiàn)發(fā)現(xiàn)下降緩慢且時(shí)間大于 5S，則滿足設(shè)計(jì)要求。在延時(shí)電路輸出端可以看到明顯的快速充電和斷開(kāi)開(kāi)關(guān)后緩慢放電的過(guò)程。11 圖 3.1.2（c）4，方波振蕩單元仿真 方波振蕩器要求在前級(jí)輸入高點(diǎn)電平時(shí)，震蕩輸出一個(gè)高頻的方波信號(hào)，以驅(qū)動(dòng)后級(jí)的蜂鳴器發(fā)出報(bào)警。125，整體仿真測(cè)試模擬麥克風(fēng)信號(hào)的輸入，整體電路對(duì)該輸入響應(yīng)，最后應(yīng)能檢測(cè)出能驅(qū)動(dòng)蜂鳴器的方波信號(hào)。4， 電路搭建

15、與調(diào)試模擬麥克風(fēng)信號(hào)的輸入，整體電路對(duì)該輸入響應(yīng)，最后應(yīng)能檢測(cè)出能驅(qū)動(dòng)蜂鳴模擬麥克風(fēng)信號(hào)的輸入，整體電路對(duì)該輸入響應(yīng)，最后應(yīng)能檢測(cè)出能驅(qū)動(dòng)蜂鳴13圖 3.2.24 4， 電路搭建與調(diào)試電路搭建與調(diào)試1，信號(hào)放大單元搭建與調(diào)試信號(hào)放大單元采用 LM358 實(shí)現(xiàn)，其芯片封裝管腳圖如圖 4.1.1 所示，該單元電路圖如圖 4.1.2 所示，圖中設(shè)置 R2=1K 便于放大倍數(shù)的更改，更改電阻 R1即可快速改變?cè)搯卧姆糯蟊稊?shù)，例如圖示電路圖中 R1 為 100K，則有放大倍數(shù)為 100 倍，按圖搭建電路如圖 4.1.3（a）所示，并設(shè)置 R1=50k。輸入信號(hào)的參數(shù)如圖 4.1.3（b）所示，頻率為

16、1KHz，峰峰值為 20mV。輸出波形如圖4.1.3（c）所示，頻率為 1KHz，峰峰值為 1V，即設(shè)計(jì)和搭建符合要求。最后需要注意，在級(jí)連調(diào)試時(shí)只需要更改 R1 阻值即可更改該單元的電壓放大倍數(shù)。142，電壓比較單元搭建與調(diào)試電壓比較單元依舊是采用 LM358 來(lái)實(shí)現(xiàn)。 3，方波振蕩單元搭建與調(diào)試方波振蕩的主要元件是 CD401115,4，整體級(jí)聯(lián)調(diào)試 5 5，實(shí)驗(yàn)總結(jié)與探討，實(shí)驗(yàn)總結(jié)與探討161，電阻阻值使用錯(cuò)誤，最簡(jiǎn)單的事情是差錯(cuò)之后最難檢查的事情，因而保險(xiǎn)起見(jiàn)，在第一步時(shí)候就先用萬(wàn)用表確認(rèn)阻值。2，電解電容方向錯(cuò)誤，易發(fā)生爆炸。3，芯片管腳接錯(cuò)，因?yàn)楣苣_較密，故在連接時(shí)一定要細(xì)心。,6

17、 6，實(shí)驗(yàn)元件與儀器資料，實(shí)驗(yàn)元件與儀器資料1，駐極體式咪頭構(gòu)造與原理構(gòu)造與原理駐極體話筒由聲電轉(zhuǎn)換和阻抗變換兩部分組成。聲電轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵元件是駐極體振動(dòng)膜。它是一片極薄的塑料膜片，在其中一面蒸發(fā)上一層純金薄膜。然后再經(jīng)過(guò)高壓電場(chǎng)駐極后，兩面分別駐有異性電荷。膜片的蒸金面向外，與金屬外殼相連通。膜片的另一面與金屬極板之間用薄的絕緣襯圈隔離開(kāi)。這樣，蒸金膜與金屬極板之間就形成一個(gè)電容。當(dāng)駐 極體膜片遇到聲波振動(dòng)時(shí)，引起 電容兩端的電場(chǎng)發(fā)生變化，從而產(chǎn)生了隨聲波變化而變化的交變電壓。駐極體膜片與金屬極板之間的電容量比較小，一般為幾十pF。因而它的輸出阻抗值很高 (Xc12tfc)，約幾十兆歐以上。這

18、樣高的阻抗是不能直接與 音頻放大器 相匹配的。所以在話筒內(nèi)接入一只結(jié)型場(chǎng)效應(yīng) 晶體三極管來(lái)進(jìn)行阻抗變換。 場(chǎng)效應(yīng)管的特點(diǎn)是輸入 阻抗極高、噪聲系數(shù)低。普通 場(chǎng)效應(yīng)管有源極(S)、柵極(G)和漏極(D)三個(gè)極。17這里使用的是在內(nèi)部源極和柵極間再?gòu)?fù)合一只二極管的專用場(chǎng)效應(yīng)管。接二極管的目的是在場(chǎng)效應(yīng)管受強(qiáng)信號(hào)沖擊時(shí)起保護(hù)作用。場(chǎng)效應(yīng)管的柵極接金屬極板。這樣，駐極體話筒的輸出線便有三根。即源極S，一般用藍(lán)色塑線，漏極 D，一般用紅色塑料線和連接金屬外殼的編織屏蔽線。 2，極性判斷 它的電路的接法有兩種：源極輸出和漏極輸出。源極輸出有三根引出線，漏極 D 接電源正極，源極 S 經(jīng)電阻接地，再經(jīng)一電容

19、作信號(hào)輸出；漏極輸出有兩根引出線，漏極 D 經(jīng)一電阻接至電源正極，再經(jīng)一電容作信號(hào)輸出，源極 S直接接地。所以，在使用駐極體話筒之前首先要對(duì)其進(jìn)行極性的判別。 在場(chǎng)效應(yīng)管的柵極與源極之間接有一只二極管，因而可利用二極管的正反向電阻特性來(lái)判別駐極體話筒的漏極 D 和源極 S。 將萬(wàn)用表?yè)苤?R1k 檔，黑表筆接任一極，紅表筆接另一極。再對(duì)調(diào)兩表筆，比較兩次測(cè)量結(jié)果，阻值較小時(shí)，黑表筆接的是源極，紅表筆接的是漏極。 6.1.5 電路接法接法 1：源極輸出 源極輸出類似晶體三極管的射極輸出。需用三根引出線。漏極 D 接電源正極。源極 S 與地之間接一電阻 Rs 來(lái)提供源極電壓，信號(hào)由源極經(jīng)電容 C

20、輸出。編織線接地起屏蔽作用。源極輸出的輸出阻抗小于 2k，電路比較穩(wěn)定，動(dòng)態(tài)范圍大。但輸出信號(hào)比漏極輸出小。接法 2：漏極輸出漏極輸出類似晶體三極管的共發(fā)射極放入。只需兩根引出線。漏極 D 與電源正極間接一漏極電阻 RD，信號(hào)由漏極 D 經(jīng)電容 C 輸出。源極 S 與編織線一起接地。漏極輸出有電壓增益，因而話筒靈敏度比源極輸出時(shí)要高，但電路動(dòng)態(tài)范圍略小。1，集成運(yùn)放芯片 LM358186.2.2 LM358 簡(jiǎn)介 LM358 是雙運(yùn)算放大器。內(nèi)部包括有兩個(gè)獨(dú)立的、高增益、內(nèi)部頻率補(bǔ)償?shù)碾p運(yùn)算放大器，適合于電源電壓范圍很寬的單電源使用，也適用于雙電源工作模式。6.2.3 LM358 特性直流電壓

21、增益高(約 100dB) 。 單位增益頻帶寬(約 1MHz) 。 電源電壓范圍寬：?jiǎn)坞娫?330V)；雙電源(1.5 一15V) 。 低功耗電流，適合于電池供電。 低輸入失調(diào)電壓和失調(diào)電流。 共模輸入電壓范圍寬，包括接地。 差模輸入電壓范圍寬，等于電源電壓范圍。 輸出電壓擺幅大（0 至 Vcc-1.5V) 。 6.2.4 LM358 參數(shù)輸入偏置電流 45 nA輸入失調(diào)電流 50 nA輸入失調(diào)電壓 2.9mV輸入共模電壓最大值 VCC1.5 V3，與非門(mén)芯片 CD4001119 CD4011 是集成了四個(gè)與非門(mén)的芯片，即可采用單電源供電，又可采用雙電源供電。5，無(wú)源式蜂鳴器與發(fā)光二極管無(wú)源蜂鳴

22、器無(wú)源蜂鳴器內(nèi)部沒(méi)有自帶的振蕩源，需要由前級(jí)輸出的頻率在 2K-5K 的方波來(lái)驅(qū)動(dòng)。試驗(yàn)中加一晶體管放大再接蜂鳴器增加蜂鳴器的輸入功率，以保證更好的實(shí)驗(yàn)效果。發(fā)光二極管 它是半導(dǎo)體二極管的一種，可以把電能轉(zhuǎn)化成光能。發(fā)光二極管與普通二極管一樣是由一個(gè) PN 結(jié)組成，也具有單向?qū)щ娦?。?dāng)給發(fā)光二極管加上正向電壓后，從 P 區(qū)注入到 N 區(qū)的空穴和由 N 區(qū)注入到 P 區(qū)的電子，在 PN 結(jié)附近數(shù)微米內(nèi)分別與 N 區(qū)的電子和 P 區(qū)的空穴復(fù)合，產(chǎn)生自發(fā)輻射的熒光。不同的半導(dǎo)體材料中電子和空穴所處的能量狀態(tài)不同。當(dāng)電子和空穴復(fù)合時(shí)釋放出的能量多少不同，釋放出的能量越多，則發(fā)出的光的波長(zhǎng)越短。常用的是

23、發(fā)紅光、綠光或黃光的二極管。發(fā)光二極管的反向擊穿電壓大于 5 伏。它的正向伏安特性曲線很陡，使用時(shí)必須串聯(lián)限流電阻以控制通過(guò)二極管的電流。限流電阻 R 可用下式計(jì)算：R=（EUF）/IF。式中 E 為電源電壓，UF為 LED 的正向壓降，IF為 LED 的正常工作電流。發(fā)光二極管的核心部分是由 P 型半導(dǎo)體和 N 型半導(dǎo)體組成的晶片，在 P 型半導(dǎo)體和 N 型半導(dǎo)體之間有一個(gè)過(guò)渡層，稱為 PN 結(jié)。在某些半導(dǎo)體材料的 PN 結(jié)中，注入的少數(shù)載流子與多數(shù)載流子復(fù)合時(shí)會(huì)把多余的能量以光的形式釋放出來(lái)，從而把電能直接轉(zhuǎn)換為光能。PN 結(jié)加反向電壓，少數(shù)載流子難以注入，故不發(fā)光。這種利用注入式電致發(fā)光原理制作的二極管叫發(fā)光二極管，通稱 LED。 當(dāng)它處于正向工作狀態(tài)時(shí)（即兩端加上正向電壓），電流從 LED20陽(yáng)極流向陰極時(shí)，半導(dǎo)體晶體就發(fā)出從紫