Peranti Optoelektronik

Abortion Debate: Attorneys Present Roe v. Wade Supreme Court Pro-Life / Pro-Choice Arguments (1971) (Jun 2019).

$config[ads_text] not found
Anonim

Peranti Optoelektronik

Peranti dan Litar Semikonduktor Diskret


soalan 1

Dalam litar ini, motor elektrik sepatutnya menghidupkan setiap kali photocell kadmium sulfida menjadi gelap:

Malangnya, motor itu enggan menghidupkan tidak kira betapa sedikit cahaya menyerang fotosfer. Dalam usaha untuk menyelesaikan masalah litar, seorang juruteknik mengukur voltan di antara pengumpul dan terminal pemancar transistor dengan fotosfer yang diliputi oleh sekeping pita gelap, dan mengukur voltan bateri penuh. Juruteknik juga mengukur voltan antara pengumpul dan terminal asas transistor, dan mengukur voltan bateri penuh. Pada ketika itu, juruteknik menyerahkan dan menyerahkan masalah kepada anda.

Berdasarkan maklumat ini, apakah yang anda syak adalah salah dalam litar ini, dan bagaimana mungkin anda menentukan lokasi sebenar kesalahan "# 1"> Menerangkan jawapan Sembunyikan jawapan

Bateri, dan sambungannya ke seluruh litar, berada dalam keadaan baik. Juga, kita tahu bahawa motor tidak gagal dibuka. Dalam semua kemungkinan, transistor tidak "diberitahu" untuk menghidupkan.

Nota:

Ia sama pentingnya dengan pelajar anda untuk mengenal pasti apa yang tidak disalah tafsir dalam sistem kerana mereka dapat mengenal pasti apa yang salah. Menggantikan komponen yang tidak bersalah adalah mahal dan membazir!

Bahagian penting menjawab pertanyaan ini adalah apa yang photocell dilakukan apabila cahaya menyerangnya. Jelas sekali, ia mengalami perubahan dalam rintangan elektrik, tetapi dengan cara itu? Ini adalah sesuatu yang pelajar anda perlu tentukan sebelum mereka berjaya menyelesaikan masalah sistem. Sekiranya mereka tidak faham apa yang sepatutnya dilakukan oleh sistem, mereka akan menjadi tidak berdaya dalam menafsirkan apa yang sedang dilakukannya.

Soalan 2

Jangan hanya duduk di sana! Bina sesuatu !!

Belajar menganalisis litar memerlukan banyak kajian dan amalan. Lazimnya, pelajar mengamalkan dengan bekerja melalui banyak masalah sampel dan menyemak jawapan mereka terhadap yang disediakan oleh buku teks atau pengajar. Walaupun ini bagus, ada cara yang lebih baik.

Anda akan belajar lebih banyak dengan sebenarnya membina dan menganalisis litar sebenar, membiarkan peralatan ujian anda memberikan "jawaban" daripada buku atau orang lain. Untuk latihan pembinaan litar yang berjaya, ikuti langkah berikut:

  1. Berhati-hati mengukur dan merekod semua nilai komponen sebelum pembinaan litar, memilih nilai resistor yang cukup tinggi untuk merosakkan komponen aktif.
  2. Lukis gambarajah skematik untuk litar untuk dianalisis.
  3. Berhati-hati membina litar ini pada papan roti atau medium mudah lain.
  4. Periksa ketepatan pembinaan litar, mengikuti setiap wayar ke setiap titik sambungan, dan mengesahkan unsur-unsur ini satu demi satu pada rajah.
  5. Matematik menganalisis litar, menyelesaikan semua voltan dan nilai semasa.
  6. Berhati-hati mengukur semua voltan dan arus, untuk mengesahkan ketepatan analisis anda.
  7. Sekiranya terdapat sebarang kesilapan besar (lebih daripada beberapa peratus), semak dengan teliti memeriksa pembinaan litar anda terhadap gambarajah, kemudian berhati-hati mengira semula nilai-nilai dan mengukur semula.

Apabila pelajar pertama kali belajar tentang peranti semikonduktor, dan kemungkinan besar akan merosakkannya dengan membuat sambungan yang tidak betul dalam litar mereka, saya cadangkan mereka bereksperimen dengan komponen watt besar yang besar (1N4001 dioda membetulkan, TO-220 atau TO-3 transistor kuasa kes, dan sebagainya), dan menggunakan sumber kuasa bateri sel kering dan bukannya bekalan kuasa benchtop. Ini mengurangkan kemungkinan kerosakan komponen.

Seperti biasa, elakkan nilai resistor yang sangat tinggi dan sangat rendah, untuk mengelakkan kesilapan pengukuran yang disebabkan oleh "beban" meter (di hujung tinggi) dan untuk mengelakkan burnout burnout (pada akhir rendah). Saya cadangkan perintang antara 1 kΩ dan 100 kΩ.

Salah satu cara anda boleh menjimatkan masa dan mengurangkan kemungkinan kesilapan adalah dengan memulakan litar yang sangat mudah dan menambahkan secara tambahan komponen untuk meningkatkan kerumitannya selepas setiap analisis, dan bukannya membina litar baru untuk setiap masalah amalan. Satu lagi teknik penjimatan masa adalah untuk menggunakan semula komponen yang sama dalam pelbagai konfigurasi litar yang berbeza. Dengan cara ini, anda tidak perlu mengukur sebarang nilai komponen lebih daripada satu kali.

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Biarkan elektron itu sendiri memberi anda jawapan kepada "masalah praktik" anda sendiri!

Nota:

Telah menjadi pengalaman saya bahawa pelajar memerlukan banyak latihan dengan analisis litar untuk menjadi mahir. Untuk tujuan ini, para pengajar biasanya memberikan pelajar mereka dengan banyak masalah amalan untuk bekerja, dan memberi jawapan kepada pelajar untuk memeriksa kerja mereka. Walaupun pendekatan ini menjadikan pelajar mahir dalam teori litar, ia gagal mendidik mereka sepenuhnya.

Pelajar tidak hanya memerlukan amalan matematik. Mereka juga memerlukan litar bangunan amalan sebenar dan menggunakan peralatan ujian. Oleh itu, saya cadangkan pendekatan alternatif berikut: pelajar perlu membina "masalah amalan" mereka sendiri dengan komponen sebenar, dan cuba meramal secara matematik pelbagai nilai voltan dan semasa. Dengan cara ini, teori matematik "menjadi hidup, " dan pelajar memperoleh kecekapan praktikal yang tidak mereka dapat semata-mata dengan menyelesaikan persamaan.

Satu lagi sebab untuk mengikuti kaedah amalan ini adalah untuk mengajar pelajar kaedah saintifik : proses menguji hipotesis (dalam kes ini, ramalan matematik) dengan melakukan eksperimen yang sebenar. Pelajar juga akan membangunkan kemahiran penyelesaian masalah yang sebenar kerana mereka kadang-kadang membuat kesalahan pembinaan litar.

Luangkan sedikit masa bersama kelas anda untuk mengkaji semula beberapa "peraturan" untuk membina litar sebelum mereka mula. Bincangkan isu-isu ini dengan pelajar anda dengan cara Socratic yang sama yang anda biasanya akan membincangkan soalan-soalan lembaran kerja, dan bukan sekadar memberitahu mereka apa yang patut dan tidak patut dilakukan. Saya tidak pernah terkejut melihat betapa lemahnya pelajar memahami arahan apabila dibentangkan dalam format kuliah tipikal (instruktur monolog)!

Nota kepada pengajar yang mungkin mengadu tentang masa "sia-sia" yang diperlukan untuk membolehkan pelajar membina litar sebenar dan bukan hanya menganalisis litar teori secara matematik:

Apakah tujuan pelajar mengambil kursus anda?

Jika pelajar anda akan bekerja dengan litar sebenar, maka mereka perlu belajar di litar sebenar apabila mungkin. Sekiranya matlamat anda adalah untuk mendidik ahli fizik teori, maka teruskan dengan analisis abstrak, dengan segala cara! Tetapi kebanyakan kita merancang untuk pelajar kita melakukan sesuatu di dunia nyata dengan pendidikan yang kita berikan kepada mereka. Masa "terbuang" menghabiskan litar sebenar bangunan akan membayar dividen yang besar apabila tiba masanya untuk menerapkan pengetahuan mereka kepada masalah praktikal.

Tambahan pula, apabila pelajar membina masalah amalan mereka sendiri mengajar mereka bagaimana untuk melakukan penyelidikan utama, dengan itu memperkasa mereka untuk meneruskan pendidikan elektrik / elektronik mereka secara autonomi.

Dalam kebanyakan sains, eksperimen realistik jauh lebih sukar dan mahal untuk ditubuhkan daripada litar elektrik. Fizik nuklear, biologi, geologi, dan profesor kimia hanya akan suka untuk mempunyai pelajar mereka menggunakan matematik lanjutan untuk eksperimen sebenar yang tidak membahayakan keselamatan dan kos kurang daripada buku teks. Mereka tidak boleh, tetapi anda boleh. Mengeksploitasi kemudahan yang ada dalam sains anda, dan dapatkan pelajar-pelajar anda yang mengamalkan matematik mereka pada banyak litar sebenar!

Soalan 3

Cahaya berwarna bersifat khas dari cahaya elektrik pelepasan gas adalah hasil daripada tenaga yang dipancarkan oleh elektron dalam atom gas kerana ia jatuh dari keadaan "bersemangat" tahap tinggi kembali ke keadaan semula jadi mereka ("tanah"). Sebagai peraturan am kelakuan elektron, mereka mesti menyerap tenaga daripada sumber luaran untuk melompat ke tahap yang lebih tinggi, dan mereka melepaskan tenaga tersebut apabila kembali ke peringkat asal mereka.

Memandangkan kewujudan fenomena ini, apa yang anda mengesyaki mungkin berlaku di dalam persimpangan PN kerana ia menjalankan arus elektrik?

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Simpang PN memancarkan tenaga panjang gelombang ciri semasa mengendalikan arus. Untuk sesetengah jenis persimpangan PN, panjang gelombang berada dalam jarak cahaya yang kelihatan.

Soalan susulan: apakah aplikasi praktikal yang boleh anda fikirkan untuk fenomena ini?

Nota:

Penggunaan praktikal fenomena ini harus jelas, dan ia sangat biasa dalam peralatan elektronik moden. Bincangkan dengan pelajar anda kecekapan tenaga pelepasan cahaya ini berbanding dengan lampu pijar.

Soalan 4

Apa yang menentukan warna LED?

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Jenis bahan semikonduktor yang digunakan untuk membuat persimpangan PN menentukan warna cahaya yang dipancarkan.

Soalan cabaran: menerangkan hubungan antara warna LED dan voltan ke hadapan yang tipikal, dari segi kekerapan foton, tenaga, dan jurang band semikonduktor.

Nota:

Tanyakan kepada pelajar anda untuk mengenal pasti beberapa bahan dan warna LED biasa, dan tentu saja memetik sumber mereka seperti yang mereka lakukan. Soalan cabaran mungkin dijawab dengan mudah melalui percubaan dengan warna LED yang berbeza, walaupun penjelasan berasaskan fizik akan mengambil sedikit penyelidikan tambahan. Percubaan semacam ini sangat mudah dilakukan di kelas, bersama-sama.

Jika masa membenarkan, anda mungkin ingin menyebut sumbangan Albert Einstein kepada aspek fizik ini: perumusannya untuk tenaga yang dibawa oleh foton ( kuantum ) cahaya:

E = hf

Di mana,

E = Tenaga yang dibawa oleh foton, dalam Joules

h = Pemalar Planck, 6.63 × 10 -34 J · s

f = Kekerapan cahaya, dalam Hertz ((1 / s))

Frekuensi tipikal untuk warna cahaya kelihatan berkisar dari 4 × 10 14 Hz untuk merah, hingga 7.5 × 10 14 Hz untuk ungu.

Soalan 5

Apakah penurunan voltan ke hadapan biasa untuk diod pemancar cahaya? Apakah arus ke hadapan yang biasa untuk LED?

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Semasa arus LED adalah 20 mA. Voltan hadapan berbeza dengan warna.

Nota:

Pastikan untuk bertanya kepada pelajar di mana mereka mendapat maklumat mereka, dan apa yang jatuh di hadapan voltan adalah untuk LED warna yang berbeza.

Soalan 6

Jelaskan prinsip operasi sel fotovoltaik, atau dikenali sebagai "sel suria." Apa yang berlaku dalam peranti ini untuk menukar cahaya matahari secara terus ke dalam elektrik?

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Tenaga photon (cahaya "zarah") yang menarik persimpangan PN semikonduktor mencipta pasangan lubang elektron, yang kemudian bergerak ke arah arah medan elektrik di kawasan kekurangan itu.

Soalan cabaran: apakah maksudnya jurang band simpang PN kepada kecekapan sel?

Nota:

Terdapat sedikit detail yang dapat ditambahkan ke akaun yang diberikan dalam jawapannya. Tanyakan kepada pelajar anda untuk membekalkan beberapa perincian ini! Terdapat banyak sumber untuk belajar bagaimana sel photovoltaic berfungsi, jadi pelajar anda tidak sepatutnya menghadapi masalah mencari maklumat itu sendiri.

Soalan 7

Apa yang berlaku apabila cahaya luaran menyerang persimpangan PN dari LED? Merancang dan mengendalikan eksperimen untuk mengesahkan hipotesis anda.

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Adakah anda benar-benar berfikir saya akan mendedahkan jawapan kepada soalan ini?

Nota:

Ini menjadikan percubaan dalam kelas yang sangat baik, dan menunjukkan sifat LED yang tidak diketahui ramai.

Soalan 8

Fotodiod boleh dikendalikan dalam mod "fotovoltaik" atau dalam mod "photoconductive". Huraikan perbezaan antara kedua-dua mod ini, gambarkan skema skematik yang menunjukkan bagaimana sebuah fotodiod akan digunakan dalam setiap mod.

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Nota:

Tanya pelajar anda sama ada LED biasa boleh digunakan sebagai fotodiod dalam setiap mod ini. Bagaimana mereka akan membuat eksperimen untuk menguji keupayaan LED untuk bertindak sebagai fotodiod dalam setiap "panel panel lalai panel kerja" mod "

Soalan 9

Terangkan fungsi phototransistor . Apakah aplikasi yang biasa dilakukan phototransistors dalam litar? Apakah simbol skematik untuk phototransistor, dan bagaimanakah ia betul-betul berat sebelah?

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Phototransistor digunakan sebagai sensor cahaya, dan juga sebagai elemen beralih elektrik elektrik apabila diterangi oleh LED.

Nota:

Tanya pelajar anda tentang apa yang akan ada dalam menerangi phototransistor dengan LED. Mengapa tidak hanya mengetepikan dengan LED dan hanya menggunakan transistor biasa untuk membolehkan satu isyarat elektrik untuk mengawal yang lain "panel kerja panel lalai panel" lalai>

Soalan 10

Photodiod, phototransistors, dan diod pemancar cahaya memainkan peranan penting dalam rangkaian komunikasi optik, di mana isyarat digital (hidup / mati) disampaikan dalam jarak jauh sebagai tenaga denyut cahaya daripada voltan atau arus.

Mengapa LED sangat disukai berbanding peranti elektro-optik lain seperti lampu pijar atau mentol pelepasan gas? Apa yang boleh dilakukan oleh lampu LED bahawa lampu elektrik kecil tidak boleh?

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Alat pemancaran cahaya berasaskan semikonduktor mampu menghidupkan dan mematikan banyak, jauh lebih cepat daripada peranti pelepasan gas atau pijar.

Nota:

Dalam rangkaian komunikasi digital, kelajuan adalah kualiti yang penting. Tanya pelajar anda mengapa ini begitu, dan dengan persatuan, mengapa sumber cahaya berasaskan semikonduktor hampir digunakan secara eksklusif dalam rangkaian optik.

  • ← Lembaran Kerja Sebelumnya

  • Indeks Lembaran Kerja

  • Lembaran kerja seterusnya →