目標
本次實驗的目標是探索將發(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,，會產生與光強度成正比的電流,。此類光產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,，導致二極管兩端產生電壓。隨著二極管兩端的電壓增大,，線性度會降低,。
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,，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LED全都會檢測到白光或藍色LED發(fā)射的光,。白光中包含綠色LED能夠檢測到的藍光成分?；叵胍幌?，可見光波長可以按最長到最短的順序列出，分別為紅,、橙,、黃、綠,、藍,、靛藍、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行,，即象限4（工作電壓為正,，電流為負），或在光電二極管模式下運行,，即象限3（工作電壓為負,，電流為負）。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）自行產生電流和電壓。
材料
▲ADALM2000主動學習模塊
▲無焊試驗板
▲跳線
▲兩個2N3904 NPN晶體管（或SSM2212 NPN匹配對）
▲一個100 kΩ電阻
▲一個2.2 kΩ電阻
▲三個LED（紅,、黃和綠多種顏色）
▲一個紅外光LED （QED-123）
說明
在無焊試驗板上搭建圖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,？之后進入集電極中,。
圖1.LED和單個共發(fā)射極NPN光傳感器。
硬件設置
使用ADALM2000模塊中設置為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)點的電壓,。
程序步驟
如圖所示，一次一個,，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準白熾燈、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在接觸不同光源時的響應,。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。
圖2.LED和單個共發(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。
圖3.紅光LED和單個共發(fā)射極NPN光傳感器,，LED燈處于最遠距離,。
圖4.紅光LED和單個共發(fā)射極NPN光傳感器，LED燈處于中等距離,。
圖5.紅光LED和單個共發(fā)射極NPN光傳感器,，LED燈處于最近距離。
第2步指導
按照圖6所示的達靈頓配置,，更改面包板上的電路,。在更改電路之前，確保先關閉電源,。使用達靈頓晶體管之后,，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,，會出現(xiàn)在Q1和Q2集電極的負載電阻RL中,。此電流增益更高，所以我們能使用電阻值更低的負載電阻。
圖6.LED和達靈頓NPN光傳感器,。
第2步 硬件設置
面包板連接如圖7所示,。
圖7.LED和達靈頓光傳感器面包板電路。
第2步 流程
重復相同的流程：將不同的LED插入D1的電路,，然后測量LED對不同光源的響應,。
圖8、圖9和圖10為Scopy波形圖示例,。
圖8.紅光LED和達靈頓光傳感器,，LED燈處于最遠距離。
圖9.紅光LED和達靈頓光傳感器,，LED燈處于中等距離,。
圖10.紅光LED和達靈頓光傳感器，LED燈處于最近距離,。
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