光信号传输电路观察研究与改进

课程名称：《电子电路实验先导课》

实验题目：光信号传输电路观察研究与改进

课程简要信息

《电子电路实验先导课》是我校电子电路实验教学中心针对通信工程、电子信息工程、测控技术与仪器、自动化等专业大一新生，专门开设的实验教学先修课程。课程共有16学时学时，主要内容是实验仪器原理介绍及操作训练，电路实验方法培训等。

实验内容与任务（限500字）

1. 项目以测量光敏电阻在不同光强下阻值的变化，来观察光敏电阻的工作特性；

2. 利用光敏电阻的阻值随光强变化的特性，设计一个普通LED光信号传输电路，并测量分析该电路的实际效果（如传输距离、信号是否失真等）；

3. 根据上述电路的测试数据提出改进电路的方法，采用抗干扰性能更好的红外线来传输信号，用红外发射管替代LED，用红外接收管替代光敏电阻，测量分析信号传输的实际效果；

4. 进一步完善电路。

实验过程及要求（限300字）

1. 学习了解普通可见光、红外光线的传输特性，查阅资料了解可见光和红外光传输信号的方法；

2. 查阅资料理解光敏电阻的工作原理，了解其结构特点及应用背景；

3. 测试利用光敏电阻搭建的光信号传输电路，分析电路输出信号的上升时间和下降时间，并研究其形成原因；

4. 用红外发射管和红外接收管分别代替LED及替光敏电阻，搭建红外光信号传输电路；

5. 测试改进电路的传输效果，与光敏电阻光信号传输电路进行比对，分析效果提升的原因；

6. 为进一步提升信号的完整性和传输响应，在红外接收管后级加上一个施密特触发器电路；

7. 测试电路输出信号，与上述两个电路的传输效果进行比较分析，总结改进电路改善信号完整性和传输响应的原因；

8. 撰写设计总结报告，以小组研讨的形式讨论总结该实验项目的心得，分享电路实验的方法技巧等。

相关知识及背景（限150字）

本实验项目以引导大一学生开展电子电路实验为目的，引入一个简单的光信号传输电路，通过一步步改进电路提升信号传输效果为手段，教授学生电路实验的基本方法和技能。要求学生具备基本物理常识、电路定理等知识，具备查阅数据手册、操作基本实验设备等能力。

教学目标与目的（限100字）

通过实际电路的搭建、测试培养大一学生基本的系统概念、实验思维和器件资料查阅等能力；通过引导学生分析实验结果，思考改进电路的方法，培养学生分析问题、解决问题的能力；本实验项目以二到三人为一个小组开展相关工作，突出强调小组团队合作解决问题的重要性，进一步提升团队协作的能力。

教学设计与引导

本实验项目面对的是大学一年级的新生，是一个前导性的内容。学生基本没有电路实验的经验，因此实验项目的目的并不在于实现的难度、复杂度等，而是让学生经历完整的实验设计、电路搭建、电路调试测试、结果分析总结等步骤，培养学生基本实验思维、系统概念、仪器使用、团队协作等能力。在实验教学中，应在以下几个方面加强对学生的引导：

1. 电路实验的基本方法，实验准备工作。

2. 可见光和红外光的基本特性，用可见光和红外光进行信号传输的条件。

3. 学习查阅器件数据手册的基本方法，掌握根据器件参数计算电路元件参数。

4. 介绍运算放大器uA741，引导学生查看其数据手册，理解运算放大器的工作原理和基本分析计算方法，掌握利用741搭建比例放大器和跟随器。

5. 介绍电压比较器LM311，引导学生查看其数据手册，理解电压比较器的工作原理和基本分析方法，掌握利用电压比较器搭建施密特触发器。

6. 常规的测试结果分析、比较方法，改进电路的目的和方法。

7. 小组团队协作的运作要求，成员分工等。

实验原理及方案

1. 系统结构

2. 光敏电阻测量

3. uA741搭建跟随器

4. LED可见光信号传输电路

5. 改进电路

实验一开始要求学生先搭建光敏电阻的测试电路，测量观察光敏电阻在外部光照度变化时的阻值变化情况。讲解利用uA741运放搭建跟随器的原理，掌握基本应用。

在此基础上搭建第一个光信号传输电路，利用LED灯光和光敏电阻来传输信号，用示波器测量接收的信号并进行比较分析，判别该电路的实际效果。

根据分析结果提出改进方案，利用红外发射接收管分别替代LED和光敏电阻，重新搭建电路并测试信号传输效果。

根据信号的完整性及响应进一步改进传输电路，在红外接收管后级接一个施密特触发器改善输出信号。

教学实施进程

本实验项目面对的是大学一年级的新生，是电子电路实验前导性的内容。学生在此之前基本没有电路实验的经验，因此在教学设计上要让学生经历完整的实验设计、电路搭建、电路调试测试、结果分析总结等步骤，培养学生基本实验思维、系统概念、仪器使用、团队协作等能力。在实验教学中，教师要注意教授电路实验的思维，正确的实验方法和步骤，尤其是电路差错的方法。学生要学习实验设计、仪器操作、数据记录分析等技能。具体实施进程如下：

课堂讲解─>发放元件─>搭建光敏电阻测试电路─>搭建LED光信号传输电路─>测试分析电路传输效果─>提出改进思路─>搭建改进电路─>测试分析电路传输效果─>再次提出改进意见─>搭建电路─>测试电路传输效果─>比较分析三个电路的传输效果─>总结讨论。

实验报告要求

实验报告需要反映以下工作：

1. 实验需求分析

2. 实现方案论证

3. 理论推导计算

4. 电路设计与参数选择

5. 电路测试方法

6. 实验数据记录

7. 数据处理分析

8. 实验结果总结

考核要求与方法（限300字）

1. 实物验收：功能与性能指标的完成程度，完成时间。

2. 实验质量：面包板电路搭建的质量。

3. 实验技能：实验准备、步骤，仪器操作技能等。

4. 实验数据：测试数据，比较分析。

5. 实验报告：实验报告的规范性与完整性。

项目特色或创新（可空缺，限150字）

项目的特色在于：以光信号传输电路为载体，引导大一学生进入电子电路实验学习，通过电路搭建─>测试数据─>分析结果─>改进电路─>测试数据─>比较分析等环节，培养学生电路实验思维、系统概念，提升学生实验创新能力。

参赛选手信息表