课题3 发光二极管的应用.docx

1、课题3 发光二极管的应用理实一体化课程教师教案（20122013学年 第 一 学期） 专业名称 矿山机电 课程名称 单片机原理及应用 授课教师 姚志广 系 部 机电工程系 山西煤炭管理干部学院理实一体化教案首页教学模块单片机原理及应用任课教师姚志广审阅 授课时数教学方法讲授法 演示法 练习法 启发法 项目教学法理论课时 6教学媒体多媒体、现场实训教学实训课时 12基本教材单片机原理及应用（第二版） 高等教育出版社合计课时 18授课班级授课时间教学目标1知识目标：掌握发光二极管的结构和符号；理解发光二极管的工作原理；正确识别发光二极管的正负极，掌握电路焊接调试的基本能力。2能力目标：培养学生接受

2、新知识的理解能力以及实际动手能力、分析解决问题的能力。3素质目标：培养学生主动探索、创新精神；增强的安全意识；提高学生的安全常识知识。教学分析演示单片机的如何控制好发光二极管，重点培养学生实际动手能力教学重点发光二极管的工作原理、发光二极管实操教学难点根据发光二极管的型号选择合适阻值的电阻教案说明该课题内容不是很难理解，一体化教学，需要一个长期的实施过程，要求学生们养成良好的安全意识。理论教学6节，操作12节，整个教学期间时刻提醒安全注意事项。教学设计1组织教学1组织教学 82复习旧课 203引入新课 204讲授新课、模仿练习 6325归纳总结 306布置作业 107板书设计 课题二 发光二极

3、管的原理及应用【理论讲解】旧课复习：1、6S的基本内容2、6S的实施方案新课引入：现代生活中，许多电子数码产品的使用已非常广泛，人们熟悉的路由器、充电器、MP3，这些电子数码产品中都有闪烁发光的二极管。这就是本任务中要解决的问题。什么是发光二极管？它能起什么作用？本课题的学习目标就是认识发光二极管，熟悉发光二极管的工作原理，初步了解发光二极管在显示电路中的应用。正课内容：一、 半导体发光二极管工作原理、特性及应用（一）二极管的结构和符号二极管是一种采用半导体材料制成的器件，主要制造材料有硅（Si）、锗（Ge）及其他化合物，二极管用途广泛，可用来产生、控制、接收、变换信号和进行能量转换等。在人们

4、经常见到的宾馆、银行里的发光二极管（LED）显示屏、各种LED交通信号灯、霓虹灯、装饰灯以及红外遥控器等都要用到二极管。二极管是在硅或者锗单晶基片上加工出P型区和N型区，从P型区引出二极管的正极，从N型区引出二极管的负极，两个区域之间有个结合部，它是一个特殊的薄层，成为PN结。二极管的内部其实就是一个用硅或者锗材料制造的PN结，警惕二极管的结构和图形符号如图所示。 二极管的符号（二）二极管的工作特点、主要参数和分类1、二极管的工作特点（1）二极管的单向导电性二极管的导电性能可以用下图实验来说明，把二极管V、可调直流稳压电源U、开关S和限流电阻器R和指示灯HL按图连接好后，接通开关，认真观察指示

5、灯的状态是亮还是不亮？然后把二极管的正负极对调，接通开关后，再认真观察指示灯的状态是亮还是不亮？定义：二极管导通时，其整机电位高于负极电位，此时的外加电压称为正向电压，二极管处于正向偏执，简称“正偏”；二极管截止时，其正极电位低于负极电位，此时的外加电压成为反向电压，二极管处于反向偏置，简称“反偏”。结论：二极管在加正向电压时导通，加反向电压时截止，这就是二极管的单向导电性。（2）二极管的伏安特性曲线1）正向特性外加正向电压较小时，外电场不足以克服内电场对多子扩散的阻力，PN结仍处于截止状态 。正向电压大于死区电压后，正向电流 随着正向电压增大迅速上升。通常死区电压硅管约为0.5V，锗管约为0

6、.2V。2）反向特性外加反向电压时， PN结处于截止状态，反向电流很小。反向电压大于击穿电压时，反向电流急剧增加。2、二极管的主要参数（1）最大整流电流IFM是指二极管长期运行时允许通过的最大正向平均电流。实际工作时二极管的正向平均电流不得超过此值，否则二极管可能会因过热而损坏。（2）最高反向工作电压URM是指二极管正常工作时所允许外加的最高反向电压。若二极管两端电压超过此值有可能导致二极管反向击穿。（3）反向电流IR是指在规定的反向电压（URM）和环境温度下的反向电流。此值越小，二极管的单向导电性越好，工作越稳定。IR对温度很敏感，使用时注意环境温度不宜过高。二极管的主要参数中最大整流电流I

7、FM 最高反向工作电压URM是选用二极管的两个中途要依据。（三）发光二极管原理发光二极管采用砷化镓、磷化镓、镓铝砷等材料制成。不同材料制成的发光二极管，能发出不同颜色的光。有发绿色光的磷化镓发光二极管；有发红色光的磷砷化镓发光二极管；有发红外光的砷化镓发光二极管；有双向变色发光二极管（加正向电压时发红光，加反向电压时发绿色光）；还有三颜色变色的发光二极管等。发光二极管的外型有圆形的、方形的、三角形的等，发光形式有透明和散射的，有无色和单色的等。封装形式有金属、陶瓷和全塑料3种形式，并以陶瓷和全塑料为主。本任务种的发光二极管采用红色。当发光二极管的PN结加上正向电压时，电子与空穴复合过程以光的形

8、式放出能量。不同材料制成的发光二极管会发出不同颜色的光。发光二极管具有亮度高、清晰度高、电压低（1.53V）、反应快、体积小、可靠性高、寿命长等特点，是一种很有用的半导体器件，常用于信号指示、数字和字符显示。符号和照片二、电阻阻值的识别如何认电阻？电阻主要有碳质电阻，碳膜电阻，金属膜电阻三类，应用最广的为碳膜电阻，最高档的为金属膜电阻。要想使用电阻，首先要弄清电阻的阻值。电阻的阻值除了直接标注之外，常以色环来标示，其中最常见的为4色环标示和5色环标示。如采用4色环标题，其第一色环是十位数，第二色环为个位数，第三色环为应乘位数，第四色环为误差率。例如4色环的电阻的颜色排列为红蓝棕金。则这只电阻的

9、电阻值为260欧误差率为5%。如采用5色环表示，则其第一色环为百位数，第二色环是十位数，第三色环是个位数，第四色环是应乘位数，第五色环为误差率。例如，5色环的电阻的颜色排列为黄红黑黑棕，则其阻值为420X1=420欧，误差为1%。5色环的电阻通常是误差为1%的金属膜电阻。其关系可见附表。电阻在电路中用“R”加数字表示，如：R1表示编号为1的电阻。电阻在电路中的主要作用为：分流、限流、分压、偏置等。下面举例说明： 例1当四个色环依次是黄、橙、红、金色时，因第三环为红色、阻值范围是几点几k的，按照黄、橙两色分别代表的数4和3代入,，则其读数为43 k。第环是金色表示误差为5。 例2当四个色环依次是

10、棕、黑、橙、金色时，因第三环为橙色，第二环又是黑色，阻值应是整几十k的，按棕色代表的数1代入，读数为10 k。第四环是金色，其误差为5 在某些不好区分的情况下，也可以对比两个起始端的色彩，因为计算的起始部分即第1色彩不会是金、银、黑3种颜色。如果靠近边缘的是这3种色彩，则需要倒过来计算。 色环电阻的色彩标识有两种方式，一种是采用4色环的标注方式，令一种采用5色环的标注方式。两者的区别在于：4色环的用前两位表示电阻的有效数字，而5色环电阻用前三位表示该电阻的有效数字，两者的倒数第2位表示了电阻的有效数字的乘数，最后一位表示了该电阻的误差。 对于4色环电阻，其阻值计算方法位： 阻值=（第1色环数值

11、*10+第2色环数值）*第3位色环代表之所乘数 对于5色环电阻，其阻值计算方法位： 阻值=（第1色环数值*100+第2色环数值*10+第3位色环数值）*第4位色环代表之所乘数 例1：某4色环电阻色彩标识如下： 该电阻标称阻值=26*107=260,000,000=260M，误差范围5%探究活动：课题：测量和计算电阻阻值组织形式：个人、学习小组活动方式：制定活动内容。1、由老师发给每组学生10种不同阻值的电阻，学生先用色环法计算出电阻阻值2、用万用表检测出电阻的阻值大小3、记录两次得出的实验结果4、小组讨论、总结、交流。【实操训练】 一、震荡电路一对一点亮发光二极管（一）实训目的1、认识各种电阻

12、器和二极管2、掌握电阻器阻值的读取和测量方法3、巩固二极管的特性及使用方法4、掌握限流电阻阻值的计算方法（二）器件清单标号值/型号数量VD1发光二极管2个R1、R25.1K2个R3、R44702个C1、C2100uF2个VT1、VT290132个（三）电路图原理分析由上图可见，这个电路是由两个非门（反相器）用电容C1,C2构成的正反馈闭合环路。三级管Q1的集电极输出接在Q2的基集输入，Q2的集电极输出又接在Q1的基极输入。电路接通电源后，通过基极电阻R2,R3同时向两个三极管Q1,Q2提供基极偏置电流。使两个三极管进入放大状态。虽然两个三级管型号一样对称。但电路参数总会存在微小的差异，也包括两

13、个三极管本身，也就是说T1,T2的导通程度不可能完全相同，假设Q1导通快些，则D点的电压就会降的快些。这个微小的差异将被Q2放大并反馈到 Q1的基极，再经过Q1的放大，形成连锁反应，迅速使Q1饱和，Q2截止，D点变成低电平“0”，C点变成高电平“1”。Q1饱和后相当于一个接通的开关，电容C1通过他放电。C2通过它充电。随着C1的放电，由于有正电源VCC的作用，Q2的基极电压逐渐升高，当A点电压达到0.7V后，Q2开始导通进入放大区，电路中又会立刻出现连锁反应，是Q2迅速饱和，Q1截止，C点电位变电平“0”。D点电位变高电平“1”。这个时候电容C2放电，C1充电。这一充放电过程又会使Q1重新饱和

14、,Q2截止。如此周而复始，形成振荡。由上可以知道通过改变C1,C2的电容大小，可以改变电容的充放电的时间，从而改变振荡频率。【知识链接】二极管质量好坏的判断和极性的判别二极管的检测主要是判断其正负极和质量好坏。基本方法如下：1）指针式万用表: (黑表笔与表内电源正极相连，红表笔与表内负极相连)首先将指针式万用表量程调至 R100 或 R1K档（一般不用 R1档，因其电流较大，而 R10K档电压过高管子易击穿），然后，将两表笔分别接触二极管两个电极，测得一个电阻值，交换一次电极再测一次，从而得到两个电阻值。一般来说正向电阻小于5K,反向电阻大于500K，如图1.2所示。1. 极性判别 以阻值较小

15、的一次测量为准，黑表笔所接的一端为正极，红表笔所接的一端则为负极。 2. 好坏判别性能好的二极管，一般反向电阻比正向电阻大几百倍。（1）如两次测得的正、反向电阻很小或等于零，则说明管子内部已击穿或短路；（2）如果正、反向电阻均很大或接近无穷大，说明管子内部已开路；（3）如果电阻值相差不大，说明管子性能差。上述三种情况的二极管均不能使用。 2）数字式万用表: (红表笔与表内电源正极相连，黑表笔与表内负极相连)若二极管正常，则两次测量的结果应该是：一次显示“1”字样或没有显示，另一次显示零点几的数字。此数字即是二极管的正向压降：硅材料为0.6V左右；锗材料为0.2V左右，且此时红表笔接的是二极管的

16、正极，而黑表笔接的是二极管的负极。 图1.3 数字式万用表检测二极管极性【实操训练】 二、发光二极管顺序点亮（一）实训目的1、认识常见电容器和三极管2、掌握电烙铁等常用工具的使用方法3、巩固二极管的特性及使用方法（二）器件清单标号值/型号数量VD1发光二极管3个R1、R2、R35.1K3个R4、R5、R64703个C1、C2、C3100uF3个VT1、VT2、VT390133个（三）电路图原理分析 其工作原理是：当电源一接通，三只三极管就要争先导通，但由于元器件有差异，只有某一只管子最先导通。假如 VT1 最先导通，那么 VT1 集电极电压下降，使电容 C1 的左端接近零电压，由于电容器两端的

17、电压不能突变，所以 VT2 基极也被拉到近似零电压，使 VT2 截止。 VT2 集电极为高电压，那么接在它上面的发光二极管就亮了。此刻 VT2 集电极上的高电压通过电容器 C2 使 VT3 基极电压升高，三极管 VT3 也将迅速导通。因此在这一段时间内， VT1 与 VT3 的集电极均为低电压，只有接在 VT2 集电极上的发光二极管亮，而其余两只发光二极管不亮。随着电源通过电阻 R3 对 C1 的充电，使三极管 VT2 基极电压逐渐升高，当超过 0.6 伏时， VT2 由截止状态变为导通状态，集电极电压下降，发光二极管熄灭。与此同时三极管 VT2 集电极电压的下降通过电容器 C2 的作用使三极

18、管 VT3 的基极电压也下跳， VT3 由导通变为截止。接在 VT3 集电极上的发光二极管就亮了。如此循环，电路中三只三极管便轮流导通和截止，三只发光二极管就不停地循环发光。4、实习报告要求1、分别画出两个任务的电路原理图2、完成电路板的焊接和调试3、分别说明两个电路的工作原理4、根据调试中出现的故障现象分析其原因五、评分标准内容要求配分评分标准说明布局各个元器件的布局清晰、美观、合理10工艺走线清晰，线程短，无跳接线10焊点1、焊点有足够的机械强度2、焊接可靠，保证导电性能。3、焊点表面整齐、美观：焊点的外观应光滑、清洁、均匀、对称、整齐、美观、充满整个焊盘并与焊盘大小比例合适。20调试60六、归纳总结1、发光二极管，电阻，三极管的理论知识。2、发光二极管的应用，简单电路图的分析。