光控节能路灯的设计——课程设计

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1、东北石油大学课程设计课程光电检测技术题目光控节能路灯的设计院系电子科学学院专业班级电子10-1班学生姓名王光宇学生学号9指导教师2014年2月28日东北石油大学课程设计任务书课程光电检测技术题目光控节能路灯电路的设计专业电子科学与技术姓名王光宇学号9主要内容：应用2DU光敏二极管等器件，设计光控节能电路，实现节能路灯控制。基本要求：1、研究2DU光敏二极管的功能特性。2、设计光控节能路灯电路的功能框图。有详细的电路设计说明。3、设计光控节能路灯电路中的光电检测电路、驱动电路、逻辑电路。4、对电路进行仿真研究。5、调试安装。6、完成课程设计总结报告。主要参考资料：1）陈有卿编著

2、.新颖集成电路制作精选[M].人民邮电出版社,2005.4.2)陈振官，陈宏威等编著.光电子电路制作实例[M].2006.4.3)黄继昌等编著.检测专用集成电路及应用[M].2006.10.完成期限2014.2.24~2014.2.28指导教师专业负责人2014年2月24日第1章概述1.1课题作用、实用价值光电子技术是继微电子技术之后近30年来迅猛发展的综合性高新技术。1962年半导体激光器的诞生是近代科学技术史上一个重大事件。经历十多年的初期探索，从70年代后期起，随着半导体光电子器件和硅基光导纤维两大基础元件在原理和制造工艺上的突破，光子技术与电子技术开始结合并形成了具有

3、强大生命力的信息光电子技术和产业。所谓光控路灯，就是能够在黄昏时自动接通路灯的电源，在黎明时自动关闭路灯，实现对路灯的自动控制。关于路灯自动控制的电路。基本原理都是相同的，即利用自动控制理论如何让实现自动控制。实现方式可谓各种各样，五花八门，这也是由于具体的使用要求和环境的差异所决定的。常见的控制方式有声控，光控以及声光结合的控制，当然还可以利用单片机，DSP等微控制器来实现。在保证足够可靠性的基础上，为了尽量节约成本，利用简易的分立元件来实现，显得既经济又实用，在提倡节约型社会的今天无疑值得推广。1.2光电二极管的发展前景光电子技术是一个比较庞大的体系，它包括信息传输，如光

4、纤通信、空间和海底光通信等；信息处理，如计算机光互连、光计算、光交换等；信息获取，如光学传感和遥感、光纤传感等；信息存储，如光盘、全息存储技术等；信息显示，如大屏幕平板显示、激光打印和印刷等。其中信息光电子技术是光电子学领域中最为活跃的分支。在信息技术发展过程中，电子作为信息的载体作出了巨大的贡献。但它也在速率、容量和空间相容性等方面受到严峻的挑战。采用光子作为信息的载体，其响应速度可达到飞秒量级、比电子快三个数量级以上，加之光子的高度并行处理能力，不存在电磁串扰和路径延迟等缺点，使其具有超出电子的信息容量与处理速度的潜力。充分地综合利用电子和光子两大微观信息载体各自的优点，

5、必将大大改善电子通信设备、电子计算机和电子仪器的性能。在医疗应用设备中，光电二极管也有着广泛的应用，例如X射线计算机断层成像（computedtomography,CT）以及脉搏探测器。PIN结型光电二极管一般不用来测量很低的光强。然而，如果光强足够大，雪崩光电二极管、感光耦合元件或者光电倍增管就能发挥作用，例如天文学、光谱学、夜视设备、激光测距仪等应用产品。常见的有2CU、2DU等系列。本设计选用了2DU型光敏二极管进行光控电路的设计。第2章基本原理与总体设计2.1光电二极管的主要工作原理光电二极管是将光信号变成电信号的半导体器件。它的核心部分是一PN结，和普通二极管相比，

6、在结构上不同的是，为了便于接受入射光照，PN结面积尽量做的大一些，电极面积尽量小些，而且PN结的结深很浅，一般小于1微米。光电二极管是在反向电压作用之下工作的。没有光照时，反向电流很小（一般小于0.1微安），称为暗电流。当有光照时，携带能量的光子进入PN结后，把能量传给共价键上的束缚电子，使部分电子挣脱共价键，从而产生电子---空穴对，称为光生载流子。它们在反向电压作用下参加漂移运动，使反向电流明显变大，光的强度越大，反向电流也越大，这种特性称为“光电导”。光电二极管在一般照度的光线照射下，所产生的电流叫光电流。如果在外电路上接上负载，负载上就获得了电信号，而且这个电信号随着

7、光的变化而相应变化。光电二极管作为一种光伏探测器可以在光伏型（即物外加偏压）和光导型（即外加反向电压）两种工作模式工作。在光导模式下，施加反向偏压后，可以增加光电二极管PN结的耗尽层宽度好和结电场，在耗尽层中产生的电子空穴对由于复合较少，在结区强电场的作用下，不必经过引起复合的扩散过程，就可以对电流作出贡献，显然提高了光电二极管的光电灵敏度。但在这种模式下，由于给光电二极管施加了反向偏置电压，必然存在较大的暗电流，由此会产生较大的噪声电流，通常在光电通信等快速应用中应该使用该模式；而在光伏模式下，光电二