16号噪声可见光照度传感器实验模块16组Word格式.docx

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2.2实验结果：

15

噪声传感器实验

实验原理：

噪声传感器的转换元件的是驻极体话筒，它是将声音信号转换为电信号的能量转换器件。

本实验中噪声传感机的原理就是通过麦克风把声音转换为电信号，经过传输电路输入到芯片UA741CN这个放大器2、3引脚输入放大，再通过6引脚将放大后的信号输出至示波器观察。

1.1噪声传感器元器件介绍

一、驻极体话筒

驻极体话筒由声电转换和阻抗变换两部分组成。

声电转换的关键元件是驻极体振动膜。

它是一片极薄的塑料膜片，在其中一面蒸发上一层纯金薄膜。

然后再经过高压电场驻极后，两面分别驻有异性电荷。

膜片的蒸金面向外，与金属外壳相连通。

膜片的另一面与金属极板之间用薄的绝缘衬圈隔离开。

这样，蒸金膜与金属极板之间就形成一个电容。

1、驻极体话筒结构图

极体膜片遇到声波振动时，引起电容两端的电场发生变化，从而产生了随声波变化而变化的交变电压。

驻极体膜片与金属极板之间的电容量比较小，一般为几十pF。

因而它的输出阻抗值很高（Xc＝1／2~tfc），约几十兆欧以上。

这样高的阻抗是不能直接与音频放大器相匹配的。

所以在话筒内接入一只结型场效应晶体三极管来进行阻抗变换。

场效应管的特点是输入阻抗极高、噪声系数低。

普通场效应管有源极（S）、栅极（G）和漏极（D）三个极。

这里使用的是在内部源极和栅极间再复合一只二极管的专用场效应管。

接二极管的目的是在场效应管受强信号冲击时起保护作用。

场效应管的栅极接金属极板。

这样，驻极体话筒的输出线便有三根。

即源极S，一般用蓝色塑线，漏极D，一般用红色塑料线和连接金属外壳的编织屏蔽线。

驻极体话筒与电路的接法有两种：

源极输出与漏极输出。

源极输出类似晶体三极管的射极输出。

需用三根引出线。

漏极D接电源正极。

源极S与地之间接一电阻Rs来提供源极电压，信号由源极经电容C输出。

编织线接地起屏蔽作用。

源极输出的输出阻抗小于2k，电路比较稳定，动态范围大。

但输出信号比漏极输出小。

漏极输出类似晶体三极管的共发射极放入。

只需两根引出线。

漏极D与电源正极间接一漏极电阻RD，信号由漏极D经电容C输出。

源极S与编织线一起接地。

漏极输出有电压增益，因而话筒灵敏度比源极输出时要高，但电路动态范围略小。

Rs和RD的大小要根据电源电压大小来决定。

一般可在2．2～5．1k间选用。

例如电源电压为6V时，Rs为4．7k，RD为2。

2k。

图3输出电路中，若电源为正极接地时，只须将D、S对换一下，仍可成为源、漏极输出。

一声控电路前置放大级中驻极体话筒的源极输出和漏极输出的两种不同的接法，最后要说明一点，不管是源极输出或漏极输出，驻极体话筒必须提供直流电压才能工作，因为它内部装有场效应管。

2、使用常识

1.驻极体话筒虽然品种多、型号不一，但其主要特性一般相差都不太大，差别常在于灵敏度高低的不同。

尤其是常用机装型驻极体话筒的外形尺寸绝大多数也很接近，故其通用互换性较好。

在电子制作或维修时，如果找不到所需的型号，可用相似尺寸和特性的任何驻极体话筒来代换。

但要注意的是，有些型号的驻极体话筒采用色点标记对其灵敏度进行分挡，例如英伦牌CM-18W型驻极体话筒的灵敏度划分成5个挡，每挡差别约4dB，依次是：

红色为-66dB，小黄为-62dB，大黄为-58dB，蓝色为-54dB，白色＞-52dB。

代换时，即使型号相同还不够，必须要求两者色点相同或灵敏度接近才行。

如果是非色标产品，最好查产品手册或说明书，弄清具体特性和主要参数后，再确定能否代换。

2.驻极体话筒的灵敏度选择是使用中一个比较关键的问题，究竟选择灵敏度高好还是低好，应根据实际情况而定。

在要求动态范围较大的场合应选用灵敏度低一些的产品，这样录制节目背景噪声较小、信噪比较高，声音听起来比较干净、清晰，但对电路的增益相对就要求高一些；

在简易系统中可选用灵敏度高一点的产品，以减轻对后级放大电路增益的要求。

另外要注意的是，普通驻极体话筒的离散性较大，即使是同一型号和色点的话筒有时灵敏度也存在较大差异。

3.驻极体话筒和电子设备连接时，要特别注意两者阻抗的匹配。

无论使用何种话筒，都必须始终牢记这样的原则：

高阻抗的话筒不可以直接接至低输入阻抗的电子设备，但低阻抗话筒接至高输入阻抗的电子设备是允许的。

另外，高阻抗的话筒引线不宜过长，否则容易引起各种杂声并增加频率失真。

在需要使用较长的话筒接线时，应尽可能地选用阻抗低一些的话筒。

无论话筒的引出线或长或短，都应采用屏蔽线，以免外界杂波信号感应给引出线，对后级放大电路造成干扰。

驻极体话筒的4种接法：

（a）负接地，D极输出 

（b）正接地，S极输出

（c）负接地，S极输出 

（d）正接地，D极输出

4.驻极体话筒在接入电路时，共有4种不同的接线方式，其具体电路如图3所示。

图中的R既是话筒内部场效应管的外接负载电阻，也是话筒的直流偏置电阻，它对话筒的工作状态和性能有较大影响。

C为话筒输出信号耦合电容器。

图3（a）和图3（b）所示为两端式话筒的接线方法，图3（c）和图3（d）为三端式驻极体话筒的接线方法。

目前市售的驻极体话筒大多是两端式，几乎全部采用图3（a）所示的连接方法。

这种接法是将场效应管接成漏极D输出电路，类似于晶体三极管的共发射极放大电路，其特点是输出信号具有一定的电压增益，使得话筒的灵敏度比较高，但动态范围相对要小些。

三端式话筒目前市场上比较少见，使用时多接成图3（c）所示的源极S输出方式，这类似于晶体三极管的射极输出电路，其特点是输出阻抗小（一般≤2kΩ），电路比较稳定，动态范围大，但输出信号相对要小些。

当然，也可将三端式话筒接成图3（a）或图3（b）所示的电路，直接作为两端式话筒来使用。

但要注意，无论采用何种接法，驻极体话筒必须满足一定的直流偏置条件才能正常工作，这实际上就是为了保证内置场效应管始终处于良好的放大状态。

5.驻极体话筒内置场效应管的工作状态如何，不仅决定了话筒能否正常工作，而且直接影响话筒的灵敏度、动态范围和失真度。

由于场效应管的直流工作电压UDS、工作电流IDS均通过外接负载电阻R从后级放大器的供电电路获得，所以电阻R的取值对话筒的实际使用效果至关重要。

R的大小可由公式：

R＝（U-UDS）/IDS确定，式中U为电源电压。

R不仅是场效应管的负载电阻，在电路中它还与后续放大电路的输入电阻并联后共同构成话筒的负载电阻RL。

应保证RL的阻值始终大于话筒输出阻抗的3～5倍，这样才能使话筒处于良好的匹配状态。

R阻值过小常常会引起放大电路输入阻抗的降低，从而破坏前后级之间的阻抗匹配，使放大器的效率降低。

由于话筒的输出阻抗在2kΩ左右，因此RL至少要在10kΩ以上才能满足要求。

6.一般驻极体话筒均由厂家给出工作电压范围或典型工作电压值（多为1.5V、3V、4.5V这3种）以及最高工作电压（≥12V）。

使用时不要超过电压上限，否则会击穿内部场效应管。

除了微型电子设备的驻极体话筒常使用1.5V电源外，绝大多数驻极体话筒的工作电压均在3～10V范围内。

工作电压取得高一些，有利于扩大话筒的动态范围，避免在高声压级的场合产生严重的失真；

工作电压过小时，不仅会影响话筒的动态范围，而且还会降低话筒的工作电流，影响到电路的信噪比。

如果条件允许，最好让话筒工作在厂家推荐的电压下，以获得最佳性能。

7.在电子制作或维修时，如果发现所用的三端式驻极体话筒已经损坏，而手头一时没有合适的替换品，可不妨用一个大小相同、灵敏度等主要参数相近的普通两端式驻极体话筒加工改造后代替，具体方法：

按照图4所示，用刻刀划断两端式驻极体话筒背面与金属外壳相连的焊脚敷铜箔，给金属外壳焊接上独立的引线，则原有的两个焊脚加上金属外壳（接地端），就构成了一个三端式驻极体话筒。

8.驻极体话筒在安装和使用时，必须尽可能地远离放音扬声器，更不要对准扬声器方向，以免引起啸叫。

几个驻极体话筒同时使用时，不能将它们直接并联，而应该将各个话筒分别接到相应的前置放大电路，放大后再根据需要进行“合并”。

9.使用驻极体话筒时，嘴和话筒应保持一定的距离，过近容易引起声音信号的阻塞和失真，过远则会使声音信号变小，噪声相对增大。

另外，话筒正面的受音孔要指向声源，以获得较好的频率响应和灵敏度。

不论使用还是存放话筒，均应保持干燥，防止受潮。

对于外置型驻极体话筒，引出线要顺一个方向收放，切莫凌乱打扭，否则容易造成引出线断路或短路。

二、UA741CN

uA741M，uA741I，uA741C（单运放）是高增益运算放大器，用于军事，工业和商业应用这类单片硅集成电路器件提供输出短路保护和闭锁自由运作。

这些类型还具有广泛的共同模式，差模信号范围和低失调电压调零能力与使用适当的电位。

Package封装

PartNumber零件型号

TemperatureRange工作温度范围

N

D

UA741C

0℃-+70℃

•

UA741I

-40℃-+105℃

UA741M

-55℃-+125℃

例如:

UA741CN

1、从人的声音方面：

分别对男生和女生的噪声进行测试，发现男的比女的声音频率略低。

2、对击掌拍手发出的声音与人的声音对比发现掌声波形波峰较高，但频率低。

3、犹豫麦克风质量问题，发现示波器无法对很低频率的声音和高频率的声音做出反应（无波形波动）。

可见光照度传感器实验

光电传感器是基于光电效应、将光信号转换为电信号的传感器，其敏感元件是光电器件。

光照传感器主要由光敏元件组成。

目前光敏元件发展迅速、品种繁多、应用广泛。

市场出售的有光敏电阻器、光电二极管、光电三极管、光电耦合器和光电池等。

2.1可见光传感器元器件介绍

光敏电阻把光信号转换成电信号后，输入到电压表中，用手遮挡光敏电阻，这样使得照入光敏电阻的光照亮度发生改变，可以看出电压表电压随着入射光照强度的变小而变小。

旁边有一个发光二极管，我们可以旋转发光二极管旁边的电阻使得发光二极管亮度发生改变，入射到光敏电阻中的光照强度会随着发生改变，电压表电压随着入射光照强度的变大而变大。

光敏电阻器是利用半导体的光电效应制成的一种电阻值随入射光的强弱而改变的电阻器。

主要用于光的测量、光的控制、和光电转换。

光敏电阻器都制成薄片结构，以便能够吸收更多的光能。

该类电阻器的特点是入射光越强，电阻值就越小，入射光越弱，电阻值就越大。

如声控灯中采用了光敏电阻器作为白天控制灯光的装置。

1、光敏电阻原理：

光敏电阻器由能透光的半导体光电晶体构成，因半导体光电晶体成分不同，又分为可见光光敏电阻（硫化镉晶体）、红外光光敏电阻（砷化镓晶体）、和紫外光光敏电阻（硫化锌晶体）。

当敏感波长的光照半导体光电晶体表面，晶体内载流子增加，使其电导率增加（即电阻减小）。

光敏电阻器是利用半导体的光电效应制成的一种电阻值随入射光的强弱而改变的电阻器；

入射光强，电阻减小，入射光弱，电阻增大。

光敏电阻器一般用于光的测量、光的控制和光电转换（将光的变化转换为电的变化）。

2、光敏电阻的应用：

光敏电阻器广泛应用于各种自动控制电路（如自动照明灯控制电路、自动报警电路等）、家用电器（如电视机中的亮度自动调节，照相机中的自动曝光控制等）及各种测量仪器中。

3、光敏电阻器种类：

1）按制作材料分类

多晶和单晶光敏电阻器，还可分为硫化镉（CdS）、硒化镉（CdSe）、硫化铅（PbS）、硒化铅（PbSe）、锑化铟（InSb）光敏电阻器等。

2）按光谱特性分类

紫外光敏电阻器：

对紫外线较灵敏，包括硫化镉、硒化镉光敏电阻器等，用于探测紫外线。

红外光敏电阻器：

主要有硫化铅、碲化铅、硒化铅。

锑化铟等光敏电阻器，广泛用于导弹制导、天文探测、非接触测量、人体病变探测、红外光谱，红外通信等国防、科学研究和工农业生产中。

可见光光敏电阻器：

包括硒、硫化镉、硒化镉、碲化镉、砷化镓、硅、锗、硫化锌光敏电阻器等。

主要用于各种光电控制系统，如光电自动开关门户，航标灯、路灯和其他照明系统的自动亮灭，自动给水和自动停水装置，机械上的自动保护装置和“位置检测器”，极薄零件的厚度检测器，照相机自动曝光装置，光电计数器，烟雾报警器，光电跟踪系统等方面。

4、光敏电阻制造材料：

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，然后接出引线，封装在具有透光镜的密封壳体内，以免受潮影响其灵敏度。

文字符号：

“RL”、“RG”或“R”

结构——通常由光敏层、玻璃基片（或树枝防潮膜）和电极等组成的。

特性——光敏电阻器是利用半导体光电导效应制成的一种特殊电阻器，对光线十分敏感，它的电阻值能随着外界光照强弱（明暗）变化而变化。

它在无光照射时，呈高阻状态；

当有光照射时，其电阻值迅速减小。

作用与应用——广泛应用于各种自动控制电路（如自动照明灯控制电路、自动报警电路等）、家用电器（如电视机中的亮度自动调节,照相机的自动曝光控制等）及各种测量仪器中。

5、光敏电阻器的主要参数：

1）亮电阻（kΩ）：

指光敏电阻器受到光照射时的电阻值。

2）暗电阻（MΩ）：

指光敏电阻器在无光照射（黑暗环境）时的电阻值。

3）最高工作电压（V）：

指光敏电阻器在额定功率下所允许承受的最高电压

4）亮电流：

指光敏电阻器在规定的外加电压下受到光照射时所通过的电流。

5）暗电流（mA）：

指在无光照射时，光敏电阻器在规定的外加电压下通过的电流。

6）时间常数（s）：

指光敏电阻器从光照跃变开始到稳定亮电流的63%时所需的时间。

7）电阻温度系数：

指光敏电阻器在环境温度改变1℃时，其电阻值的相对变化。

8）灵敏度：

指光敏电阻器在有光照射和无光照射时电阻值的相对变化。

6、光照范围：

自然光照的范围：

夏季在阳光直接照射下，光照强度可达6万～10万lx，没有太阳的室外0.1万～1万lx，夏天明朗的室内100～550lx，夜间满月下为0.2lx。

人工光照的范围：

白炽灯每瓦大约可发出12.56lx的光，但数值随灯泡大小而异，小灯泡能发出较多的流明，大灯泡较少，荧光灯的发光效率是白炽灯的3～4倍。

寿命是白炽灯的9倍，但价格较高但是一个不加灯罩的白炽灯泡所发出的光线中，约有30%的流明被墙壁、顶棚、设备等吸收；

灯泡的质量差与阴暗又要减少许多流明，所以大约只有50%的流明可利用。

一般在有灯罩、灯高度为2.0～2.4m（灯泡距离为高度的1.5倍）时，每0.37m2面积上需lW灯泡或1m2，面积上需2.7W灯泡可提供10.76lx。

灯泡安装的高度及有无灯罩对光照强度影响很大。

2.1.2可见光照度传感器On9658

On9658是一个光电集成传感器，典型入射波长为λp=520nm，内置双敏感元接收器，可见光范围内高度敏感，输出电流随照度呈线性变化。

适合电视机、LCD背光、数码产品、仪器仪表、工业设备等诸多领域的节能控制、自动感光、自适应控制。

一、电气特性：

暗电流小，低照度响应，灵敏度高，电流随光照度增强呈线性变化；

内置双敏感元，自动衰减近红外，光谱响应接近人眼函数曲线；

内置微信号CMOS放大器、高精度电压源和修正电路，输出电流大，工作电压范围宽，温度稳定性好；

可选光学纳米材料封装，可见光透过，紫外线截止、近红外相对衰减，增强了光学滤波效果；

符合欧盟RoHS指令,无铅、无镉；

图1：

可见光传感器原理图

二、典型应用：

背光调节：

电视机、电脑显示器、LCD背光、手机、数码相机、MP4、PDA、GPS；

节能控制：

室外广告机、感应照明器具、玩具；

仪器仪表：

测量光照度的仪器及工业控制；

环保替代：

替代传统光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管；

参数名称

符号

额定值

单位

输入电压

Vdd

2.4-12

V

功率损耗

P

150

mW

工作温度范围

Topr.

-20to+75

℃

存储温度

Tstg.

-40to+120

焊接温度

Tsol.

260

图3：

人眼函数、硅光器件、照度传感器光谱曲线对照

三、实验步骤：

a.将16号模块接入+15V,+5V电源，可见光照度模块的输出接直流电压表，如图2-32所示。

b.打开实验台电源开关，将K1拨至ON，调节光源电位器，是发光管的亮度发生变化，观察输出电压的变化。

实验测试条件：

环境温度25º

C±

3，下拉电阻R=1KΩ,电源电压Vdd=+5V，光源采用普通白炽灯。

本资料所有指标均在此条件下测试。

1、把档位开关拨至20V档，观察结果：

尝试用手或其他物件把光照传感器周围包围住，最大程度上减小其可见度。

观察直流电压表上的数值显示。

发现其数值趋近于0。

由此推论，理论上说，当光照传感器处于绝对黑暗时，其输出大小为0。

旋转旋钮，改变照明电路中总电阻值大小，使发光二级管LED亮度增加。

在这个亮度增加的过程中，直流电压数显表的数值呈上升趋势，通过旋转电阻大小阻值观察数显表规律，发现电压数值大小呈线性上升趋势。

2、实验不足：

犹豫缺少彩色光源，无法对不同的彩色光对传感器的影响进行测试。