Работа 4.2. Диаграмма направленности излучения светодиода

Реклама
Работа 4.2. Диаграмма направленности излучения светодиода
Постановка задачи.
В последнее время идет бурное внедрение в быт и технику нового источника света –
полупроводникового диода. Помимо таких его привлекательных характеристик как
энергосбережение и низкое напряжение, при котором он начинает излучать видимый свет,
у него имеется существенное отличие от традиционной лампы накаливания –
направленность излучения. Эту характеристику приходится учитывать при
конструировании реальных осветителей для бытовых целей, карманных светодиодных
фонариков и т.п.
Используя
 датчик напряжения 25 В или датчик тока 250 мА
 датчик освещенности
 датчик угла поворота
 белый светодиод
 источник постоянного тока на основе USB порта (5В)
 резистор 200 Ом
 соединительные провода
 штативы
получите диаграмму направленности белого светодиода. На основании диаграммы
предложите способ расположения 6 светодиодов таким образом, чтобы осветитель на их
основе освещал объект так, чтобы колебания интенсивности в световом пучке составляли
не более 20%. Рассчитайте какого размера пятно может дать такой фонарик на расстоянии
1 м.
Рекомендации по проведению исследования:
1. Для получения диаграммы направленности требуется датчик освещенности поместить
на разных лучах исходящих из центра светодиода на одинаково расстоянии от светодиода
(рис.1а). При этом плоскость чувствительного элемента датчика освещенности должна
располагаться перпендикулярно этому лучу. Или, наоборот, вращать светодиод вокруг
оси, не двигая датчик освещенности (рис.1б).
Датчик
освещенности


светодиод
светодиод
а)
Датчик
освещенности
б)
Рис.1
Установка на рис.2 реализует второй способ. В ней датчик освещенности со
стержнем, вворачиваемым в корпус датчика, неподвижно закреплен в штативы с
помощью муфты.
Рис.2
Затем подготавливается вращающаяся площадка, на которой будет укреплен светодиод.
Для этого датчик угла поворота 0 - 270 предварительно освобождается от винтовой
насадки (вывинчивается насадка и снимается втулка с вращающегося стержня,
выходящего из корпуса датчика). Вращающийся
стержень закрепляется на
горизонтальном стержне с помощью муфты так, что корпус датчика может вращаться
сохраняя одну из своих плоскостей горизонтальной (рис.3). Затем на него устанавливается
платформа со светодиодом и закрепляется с помощью резинового жгута так, чтобы
светящийся элемент светодиода оказался ровно над осью вращающегося стержня (рис.3б).
Только в этом случае при вращении корпуса датчика угла будет реализована геометрия
расположения конуса света, показанная на рис.1б.
а)
1.
б)
Рис.3
Затем к платформе со светодиодом подводится напряжение от источника
постоянного тока на основе USB-порта (рис.1 и 3). Для получения яркого пучка света
можно подключить светодиод к источнику напряжения, питающийся от USB – порта
компьютера, последовательно с резистором 200 – 360 Ом (рис.2).
ВНИМАНИЕ! Ток через светодиод не должен превышать 25 мА, иначе он будет быстро
выведен из строя.
2.
Включение светодиода позволяет отрегулировать высоту датчика освещенности на
стержне (рис.3а) так, чтобы самое яркое пятно света от светодиода попадало на центр
чувствительного элемента датчика.
3.
Зависимость от угла  энергии E, излучаемой источником света в малый угол 
вблизи этого угла, и называют диаграммой направленности. Графически эту
зависимость можно отображать двумя способами: в виде графика E() (рис.4а) и виде
диаграммы на которой распределение энергии E, излучаемой в определенном
направлении  в малый угол , отображается в виде огибающей отрезков, идущих
из центра источника (рис. 4б). Длина каждого отрезка пропорциональна отношению
E/Emax, где Emax энергия, излучаемая в угол  при =max. На рисунке 3б
max=0 , а при =30 E/Emax0,4. Угол, при котором интенсивность излучения при
данном расстоянии от источника спадает в 2 раза, называют «углом полуспада
интенсивности» 1/2 (на рисунке 4 1/228).

E/Emax

а)
E/Emax
б)
Рис.4
Показанная на рис.2 и рис.3 установка позволяет с помощью датчика угла поворота и
датчика освещенности получить зависимость E() в одном опыте. Рекомендуется на
обоих датчиках установить одинаковое время оцифровки данных с датчиков (например 10
мс) с помощью кнопок
в меню окна регистрации каждого датчика. Только в этом
случае при сохранении данных в txt-файл таблицы от разных датчиков E(t) и (t) будут
содержать одинаковое число строк. Перенос этих таблиц в редактор таблиц (MS Excel или
OpenOffice) позволит легко получить график E() (рис.4а).
Можно не переносить полученные таблицы в редактор таблиц целиком, а сделать
выборку отдельных значений E и  , сформировав более короткую таблицу. Для этого
после регистрации сигнала с двух датчиков желтый маркер устанавливается в желаемое
место кривой, полученной с одного датчика (на второй кривой маркер устанавливается
автоматически в точку, соответствующую тому же моменту регистрации). Затем
нажимается кнопка «+» на каждом из двух рабочих полей, соответствующих разным
датчикам. Затем маркер переставляется в новое место и вновь нажимается кнопка «+» на
поле с кривой с каждого из датчиков. Сформированные таблицы «t,E» и «t,»
сохраняются в виде двух txt-файлов (кнопка
), а затем обрабатываются в редакторе
таблиц.
Построение диаграммы второго вида (рис.4б) легко выполняется с помощью
транспортира и линейки, если не используются компьютерные программы.
Скачать