基于手机phyphox下esp32的自制电压传感器

基于手机phyphox下esp32的自制电压传感器

一、简介

人教版高中物理教材（2019年版）中有大量“拓展学习”栏目。 该栏目不仅可以拓展学生的视野，还可以加强学生对知识的灵活理解。 本节在教学中进行讲解和实践。 对学生很重要。 例如必修3第60页的“延伸学习”-----研究某晶体二极管的伏安特性曲线，可以加强学生对线性和非线性元件的理解。 笔者最近也正好在讲授这部分知识，结合自己做的电压传感器，突然产生了尝试做这个实验的想法。

2. 实验准备

我应该使用哪种二极管？ 教材中使用了某种晶体二极管，所以我查看了我的实验设备。 我手头上有一包5毫米的红色发光二极管。 实验过程中，还可以利用发光二极管，通过其发出的光来观察其工作情况。 充分感知实验的全过程。 于是借助小灯泡伏安特性曲线的实验平台，将小灯泡更换为5mm的发光二极管。

为了安全实验，减少盲目性，对发光二极管进行简单的学习和了解。 发光二极管常见的有两种：一种是3mm，另一种是5mm，一般称为LED，发光二极管分为不同颜色，砷镓二极管发红光，磷化镓二极管发绿光，碳化硅二极管二极管发出黄光，氮化镓二极管发出蓝光。

三、实验装置及操作

简单学习后，正式进入实验阶段。首先将5mm发光二极管正向接入电路，如下图

打开电路中的电源，打开手机终端，采集数据。 前几次，笔者疑惑为什么没有看到任何数据变化，也没有生成图像？ 断开电源，重置实验设备、传感器、手机，然后还是没有图像，奇怪！ 后来我硬着头皮继续做，不断增加二极管两极的电压，图像终于出现了。 原来，随着一开始电压的升高，电流数据一直为零，一直记录着，但不显示。

4 实验数据与分析

弄清楚原因后，我重新做了很多次，最后选了几张在正向电压下比较满意的图片分享给大家。

整个实验操作的注意事项：在使用直接生成的图像时，滑动变阻器一定要慢，电压尽量逐渐升高。 实验中，由于我的滑动变阻器的触点接触不良，导致数据不太稳定。 我改用画点连线的方法来生成图像，改进后的图像如下。

对于发光二极管的亮度和电压变化，用手机拍照，记录图片如下。

当电压为0V至1.5V时，LED灯不发光。 1.5V后，发光二极管有亮点。 电压增加一点后，亮度明显增加。 1.6V到1.7V效果最好，2.0V以上亮度如果太大，发光二极管被烧坏的可能性增大，2.4V后就烧坏第一个二极管。

调换发光二极管的正负极，反向连接到电路中，发现随着电压从0V升高到2.89V，电路中的电流始终为零，LED始终不亮，电流表的电流始终为零。 实际拍照和记录图片如下。

说明发光二极管在反向电压下不能发光。 （作者在反接时没有加上它的反向击穿电压，但可以看出反向击穿电压大于正常工作电压）。

5 实验结论

因此，发光二极管接入电路时，要注意其正负极、正极导通。 当电压达到额定值时，发光二极管就会发光。 以5mm二极管为例，其发光电压为1.6-1.8V，2.4V以上电压可能会烧坏它； 反接时，无电流流过，当电压等于正向导通电压时，发光二极管无法导通发光。

何武刚名师工作室是经陕西省教育厅、陕西省人力资源和社会保障厅批准许可的陕西省中小学名师工作室之一。 工作室以省市学术带头人和教学专家为骨干，研究教学理论，注重教学实践，开发校本课程，提高教学效果，积极发挥示范引领作用，辐射带动，努力奋斗建设一支优秀中学物理教师队伍。

作词：何武刚

编辑：何武刚