Оптоелектронски уређаји

The Great Gildersleeve: Jolly Boys Falling Out / The Football Game / Gildy Sponsors the Opera (Може 2019).

$config[ads_text] not found
Anonim

Оптоелектронски уређаји

Дискретни полупроводнички уређаји и склопови


Питање 1

У овом кругу, електромотор би требало да се укључи кад год је фотоћелија кадмијум сулфида затамњена:

Нажалост, мотор не одбија да се укључи, без обзира на то колико мало свјетла удари у фотоцелицу. У покушају отклањања проблема са колом, техничар мјери напон између колектора и емитерских прикључака транзистора са фотоцелицом прекривеним комадом тамне траке и мери цијели напон акумулатора. Техничар такође мери напон између колектора и базних прикључака транзистора и мери пуно напон акумулатора. У том тренутку техничар одустаје и рукује проблему за вас.

На основу ових информација, шта сумњате да је погрешно у овом кругу, и како можете одредити тачну локацију грешке "# 1"> Открити одговор Сакриј одговор

Батерија и његове везе са остатком кола су у добром стању. Такође, знамо да мотор није отворен. По свему судећи, транзистору се не "каже" да се укључи.

Напомене:

Такође је важно да ваши ученици буду у стању да идентификују оно што није кривично у систему, јер им је у стању да идентификују шта је кривично. Замена компоненти које нису погрешне је скупа и расипана!

Битан део одговора на ово питање је оно што фотоћелија ради када светлост удари. Очигледно је да се подвргава промени електричног отпора, али на који начин? Ово је нешто што ће ваши ученици морати да одреде пре него што успешно реше систем. Ако не разумеју шта систем треба да уради, они ће бити беспомоћни у тумачењу онога што тренутно ради.

Питање 2

Немој само седети тамо! Изградите нешто!

Учење математички анализирајућих кола захтева много студија и праксе. Уобичајено, ученици практикују тако што раде кроз многе проблеме узорка и провјеравају своје одговоре против оних које предвиђа уџбеник или инструктор. Иако је ово добро, постоји много бољи начин.

Више ћете научити стварајући градњу и анализу стварних кола, дозвољавајући вашој опреми за тестирање да пружи "одговоре" уместо књиге или друге особе. За вежбе вежбања кола, следите ове кораке:

  1. Пажљиво мерите и забележите све компоненте пре изградње кола, бирате вредности отпорника довољно високе да оштетите било коју активну компоненту мало вероватну.
  2. Прикријемо шематски дијаграм за коло које треба анализирати.
  3. Пажљиво изградите овај круг на плочи или другом пригодном медију.
  4. Проверите тачност конструкције кола, пратите сваку жицу на сваку везну тачку и проверите ове елементе један по један на дијаграму.
  5. Математички анализирај круг, решавање за све напонске и тренутне вредности.
  6. Пажљиво измерите све напоне и струје како бисте потврдили тачност ваше анализе.
  7. Ако постоје било какве значајне грешке (веће од неколико процената), пажљиво провјерите конструкцију кола на дијаграму, а затим пажљиво поновно израчунајте вриједности и поновно измјерите.

Када ученици прво сазнају о полупроводничким уређајима и највероватније ће их оштетити неправилним везама у својим колима, препоручујем да експериментишу са великим компонентама високог ватирања (1Н4001 исправљајуће диоде, ТО-220 или ТО-3 транзисторе за случај снаге, итд.) и коришћењем извора напајања из сувих ћелија, а не помоћног напајања. Ово смањује вјероватноћу оштећења компоненте.

Као и обично, избјегавајте врло високе и врло ниске отпорне вриједности, како бисте избјегли грешке у мерењу узроковане "учитавањем" метра (на високом крају) и избјегавање сагоревања транзистора (на доњем крају). Препоручујем отпорнике између 1 кΩ и 100 кΩ.

Један од начина на који можете уштедјети време и смањити могућност грешке је започињање врло једноставног круга и постепено додавање компоненти како би се повећала његова сложеност након сваке анализе, умјесто изградње потпуно новог кола за сваки проблем у пракси. Друга техника за уштеду времена је поновна употреба истих компоненти у различитим конфигурацијама кола. На овај начин нећете морати да измерите вредност било које компоненте компоненте више од једном.

Открити одговор Сакриј одговор

Нека сами електрони дају одговоре на своје "проблеме у пракси"!

Напомене:

Било је моје искуство да студенти захтевају много вежбања са анализом кола како би постали способни. У том циљу, инструктори обично пружају својим ученицима мноштво проблема у пракси и пружају одговоре студентима да провере свој рад против. Иако овакав приступ чини ученицима умешан у теорију кола, не успије их потпуно образовати.

Студенти не требају само математичку праксу. Они такође требају стварне, практичне кругове за изградњу праксе и употребу опреме за тестирање. Дакле, предлажем следећи алтернативни приступ: ученици треба да граде сопствене "праксе" са стварним компонентама и покушају математички предвидјети различите напонске и тренутне вриједности. На овај начин, математичка теорија "оживи", а студенти стичу практичну стручност коју не би добили само решавањем једначина.

Други разлог за пратњу овог начина праксе јесте да науче ученичке научне методе : процес тестирања хипотезе (у овом случају, математичких предвиђања) вршењем правог експеримента. Студенти ће такође развити стварне вештине решавања проблема јер повремено врше грешке у конструкцији кола.

Проведите неколико тренутака са вашом класом да бисте прегледали неке од "правила" за изградњу кругова пре него што почну. Разговарајте о овим питањима са вашим ученицима на исти начин у Сократу како бисте нормално разговарали о питањима радног листа, а не само да им кажете шта требају и не би требало да раде. Никада не престајем да се чудим колико су лоши ученици схватили упуте када су представљени у типичном предавању (инструктор монологу) формату!

Напомена инструкторима који се могу жалити на "изгубљено" време потребно да ученици граде стварна кола уместо само математички анализирање теоријских кругова:

Која је сврха ученика који полажу ваш курс?

Ако ваши студенти раде са стварним круговима, онда би требали учити на стварним круговима кад год је то могуће. Ако је ваш циљ едукација теоретских физичара, онда се апстрактно анализирајте, свакако! Али већина нас планира да наши ученици нешто учине у стварном свету са образовањем које им пружамо. "Потрошено" време проведено у стварању стварних кругова платиће огромне дивиденде када дође вријеме да примене своје знање на практичне проблеме.

Поред тога, имајући у виду проблеме у пракси, ученици их науче како да обављају примарно истраживање, чиме им омогућавају аутономно настављање образовања о електричној и електронској опреми.

У већини наука, реални експерименти су много тежи и скупи за постављање од електричних кола. Професори нуклеарне физике, биологије, геологије и хемије би само волели да своје студенте примене напредну математику на праве експерименте, не представљају опасности по безбедност и коштају мање од уџбеника. Не могу, али можете. Искористите погодност која је инхерентна вашој науци, и узмите оне своје ученике који практикују своју математику на пуно стварних кола!

Питање 3

Карактеристично обојен сјај из електричног свјетла из плина је резултат енергије коју емитују електрони у атома гаса јер падају из високих "узбуђених" стања назад у њихове природне ("земаљске") стања. Као опште правило понашања електрона, они морају да апсорбују енергију из вањског извора како би скочили на виши ниво, и ослобађају ту енергију након враћања на првобитни ниво.

С обзиром на постојање овог феномена, шта сумњате да би се могло појавити унутар ПН спојнице јер врши електричну струју?

Открити одговор Сакриј одговор

ПН спојнице емитују енергију карактеристичне таласне дужине при провођењу струје. За неке врсте ПН крижања, таласне дужине су у видљивом опсегу светлости.

Питање за праћење: коју практичну примену можете замислити за овај феномен?

Напомене:

Практична примена ове појаве требало би да буде очигледна, и веома је уобичајена у савременој електронској опреми. Разговарајте са ученицима о енергетској ефикасности ове емисије светлости у поређењу са жарном лампом.

Питање 4

Шта одређује боју ЛЕД-а?

Открити одговор Сакриј одговор

Тип полупроводничких материјала који користе ПН споју одређују боју емитоване светлости.

Проблем изазова: описати однос између ЛЕД боје и типичног напона напријед, у смислу фреквенције фотона, енергије и полупречника.

Напомене:

Замолите ученике да идентификују неке уобичајене ЛЕД материјале и боје, и наравно наводе своје изворе као и оне. Питање изазова може се лако одговорити експериментисањем са различитим ЛЕД бојама, иако ће објашњење засновано на физичком процесу донијети нека додатна истраживања. Овакав експеримент је веома једноставан за спровођење у класи, заједно.

Ако време дозвољава, можда бисте желели да наведете допринос Алберта Ајнштајна овом аспекту физике: његову формулацију за енергију коју носи фотон ( квант ) свјетлости:

Е = хф

Где,

Е = енергија коју носи фотон, у Јоулесу

х = Планцкова константа, 6, 63 × 10 -34 Ј · с

ф = Фреквенција светлости, у Хертз ((1 / с))

Типичне фреквенције за боје видљиве светлости варирају од 4 × 10 14 Хз за црвену, до 7, 5 × 10 14 Хз за љубичицу.

Питање 5

Какав је типични пад напона напона за диоде која емитује светлост? Каква је типична струја за ЛЕД?

Открити одговор Сакриј одговор

ЛЕД напона струје је 20 мА. Напријед напон варира у боји.

Напомене:

Обавезно питајте ученике где су добили своје информације и шта су неки од падова напона напријед за различите ЛЕД боје.

Питање 6

Објасните принцип рада фотонапонске ћелије, иначе познате као "соларна ћелија". Шта се дешава у овим уређајима за претварање сунчеве светлости директно у електричну енергију?

Открити одговор Сакриј одговор

Енергија фотона (светлих "честица") удара у ПН полупроводничку спојницу ствара парове електронских рупа, а затим се крећу у правцу да их електрично поље трошења истиче.

Питање изазова: од ког је значаја распон брежуљка ПН спој до ефикасности ћелије?

Напомене:

Постоји прилично мало детаља које би се могле додати на рачун дат у одговору. Питајте своје ученике да дају неки од ових детаља! Постоји много ресурса за учење како функционишу фотонапонске ћелије, тако да ваши ученици не би требали имати проблема с проналажењем информација сами.

Питање 7

Шта се догађа када спољашње свјетло удари у ПН спој ЛЕД? Дизајнирајте и оперите експеримент да бисте потврдили своју хипотезу.

Открити одговор Сакриј одговор

Да ли сте заиста мислили да ћу открити одговор на ово питање?

Напомене:

Ово чини одличан експеримент у класи и показује корисну особину ЛЕД-а о којима многи не знају.

Питање 8

Фотодиоде могу радити у "фотоволтаичном" режиму или у "фотокондуктивном" режиму. Опишите разлику између ова два начина, цртајте шематски дијаграми који показују како би се фотодиод у сваком моду користио.

Открити одговор Сакриј одговор

Напомене:

Питајте своје ученике да ли се у сваком од ових режима може користити редовна ЛЕД диода као фотодиода. Како би они поставили експеримент да би тестирали способност ЛЕД-а да делује као фотодија у сваком режиму "ворксхеет панел панел-дефаулт" итемсцопе>

Питање 9

Опишите функцију фототранзистора . Које типичне апликације имају фототранзистори у колима? Шта је шематски симбол за фототрансистор, и како је то правилно пристрасно?

Открити одговор Сакриј одговор

Фототранзистори се користе као сензори светлости, а такође и као електрично изоловани прекидачки елементи када су освијетљене помоћу ЛЕД диода.

Напомене:

Питајте своје ученике шта ће бити тачка у осветљавању фототранзистора са ЛЕД-ом. Зашто не само одвојити ЛЕД и једноставно користити нормалан транзистор да би један електрични сигнал могао да контролише други "ворксхеет панел панел-дефаулт" итемсцопе>

Питање 10

Фотодиоде, фототранзистори и светлеће диоде играју важне улоге у оптичким комуникационим мрежама, при чему се дигитални сигнали (он / офф) преносе на велике удаљености као импулси светлосне енергије, а не напон или струја.

Зашто су ЛЕД диоде у великој мери префериране преко других електрооптичких уређаја као што су жаруље са жаруљем или сијалице са гасним пражњењем? Шта ЛЕД лампица може учинити малом електричном лампом?

Открити одговор Сакриј одговор

Уређаји који емитују светлост засновани на полупроводници могу да се укључују и искључују пуно, много брже од жаришних или гасних уређаја.

Напомене:

У дигиталним комуникационим мрежама брзина је битан квалитет. Питајте своје ученике зашто је то тако, и повезивањем, зашто се извори свјетлости засновани на полупроводници скоро искључиво користе у оптичким мрежама.

  • ← Претходни радни лист

  • Индек листова

  • Следећи радни лист →