傳感器的應(yīng)用實驗教案

1、第四節(jié)傳感器的應(yīng)用實驗教案1 課時 新授課教學(xué)目標1.知識與技能：(1)知道二極管的單向?qū)щ娦院桶l(fā)光二極管的發(fā)光特性。(2)知道晶體三極管的放大特性。(3)掌握邏輯電路的基本知識和基本應(yīng)用。2 .過程與方法：通過實驗的方法，讓學(xué)生在組裝和調(diào)試中，更為深入地認識傳感器的應(yīng)用。3 .情感、態(tài)度與價值觀培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，倡導(dǎo)以創(chuàng)新為主，實踐為重的素質(zhì)教育理念。教學(xué)重點：傳感器的應(yīng)用實例。教學(xué)難點：由門電路控制的傳感器的工作原理。教學(xué)方法：PPT課件，演示實驗，講授教學(xué)用具：斯密特觸發(fā)器或非門電路，二極管，三極管，蜂鳴器，滑線變阻器， 熱敏電阻，光敏電阻。教學(xué)過程一、引入新課上節(jié)課我們學(xué)習(xí)了溫度傳感

2、器、光傳感器及其工作原理。請大家回憶一下 我們學(xué)了哪些具體的溫度、光傳感器？學(xué)生思考后回答：電飯鍋，測溫儀，鼠標器，火災(zāi)報警器這節(jié)課我們將結(jié)合簡單邏輯電路中的知識學(xué)習(xí)由門電路以及傳感器控制 的電路問題。二、進行新課在我們學(xué)習(xí)這些知識之前，先要學(xué)習(xí)一些相關(guān)的元件的作用功能， 及其工作 原理。(一)普通二極管和發(fā)光二極管固態(tài)電子器件中的半導(dǎo)體兩端器件。起源于 19世紀末發(fā)現(xiàn)的點接觸二極 管效應(yīng)，發(fā)展于20世紀30年代，主要特征是具有單向?qū)щ娦?，即整流特性。?用不同的半導(dǎo)體材料、摻雜分布、幾何結(jié)構(gòu)，可制成不同類型的二極管，用來產(chǎn) 生、控制、接收、變換、放大信號和進行能量轉(zhuǎn)換。例如穩(wěn)壓二極管可在電源

3、電 路中提供固定偏壓和進行過壓保護； 雪崩二極管作為固體微波功率源，用于小型 固體發(fā)射機中的發(fā)射源；半導(dǎo)體光電二極管能實現(xiàn)光 -電能量的轉(zhuǎn)換，可用來探 測光輻射信號；半導(dǎo)體發(fā)光二極管能實現(xiàn)電-光能量的轉(zhuǎn)換，可用作指示燈、文 字-數(shù)字顯示、光耦合器件、光通信系統(tǒng)光源等；肖特基二極管可用于微波電路 中的混頻、檢波、調(diào)制、超高速開關(guān)、倍頻和低噪聲參量放大等。按用途分：檢波二極管、整流二極管、穩(wěn)壓二極管、開關(guān)管、光電管。按結(jié)構(gòu)分：點接觸型 二極管、面接觸型二極管發(fā)光二極管簡稱為LED由錢（G0）與神（AS）、磷（P）的化合物制成的二 極管，當電子與空穴復(fù)合時能輻射出可見光， 因而可以用來制成發(fā)光二極管

4、，在 電路及儀器中作為指示燈，或者組成文字或數(shù)字顯示。磷神化錢二極管發(fā)紅光， 磷化鐵二極管發(fā)綠光，碳化硅二極管發(fā)黃光。它是半導(dǎo)體二極管的一種，可以把 電能轉(zhuǎn)化成光能；常簡寫為 LED發(fā)光二極管與普通二極管一樣是由一個 PN結(jié) 組成，也具有單向?qū)щ娦?。當給發(fā)光二極管加上正向電壓后，從 P區(qū)注入到N 區(qū)的空穴和由N區(qū)注入到P區(qū)的電子，在PN結(jié)附近數(shù)微米內(nèi)分別與 N區(qū)的電子 和P區(qū)的空穴復(fù)合，產(chǎn)生自發(fā)輻射的熒光。不同的半導(dǎo)體材料中電子和空穴所處 的能量狀態(tài)不同。當電子和空穴復(fù)合時釋放出的能量多少不同， 釋放出的能量越 多，則發(fā)出的光的波長越短。常用的是發(fā)紅光、綠光或黃光的二極管。A .惠舅二梃看的

5、電H庭審料?？偨Y(jié)：（1）二極管具有單向?qū)щ娦裕?）發(fā)光二極管除了具有單向?qū)щ娦酝?，?dǎo)電時還能發(fā)光，普通發(fā) 光二極管使用磷化錢或磷神化錢等半導(dǎo)體材料制成，直接將電 能轉(zhuǎn)化為光能，該類發(fā)光二極管的正向?qū)妷捍笥?.8V。（二）晶體三極管晶體三極管，是半導(dǎo)體基本元器件之一，具有電流放大作用，是電子電路的 核心元件。三極管是在一塊半導(dǎo)體基片上制作兩個相距很近的PN結(jié)，兩個PN結(jié)把正塊半導(dǎo)體分成三部分，中間部分是基區(qū)，兩側(cè)部分是發(fā)射區(qū)和集電區(qū)，排 列方式有PNP和NPN兩種，如圖從三個區(qū)引出相應(yīng)的電極，分別為基極 b發(fā)射 極e和集電極c。發(fā)射區(qū)和基區(qū)之間的PN結(jié)叫發(fā)射結(jié)，集電區(qū)和基區(qū)之間的PN結(jié)叫集電

6、極。 基區(qū)很薄，而發(fā)射區(qū)較厚，雜質(zhì)濃度大，PNFffl三極管發(fā)射區(qū)”發(fā)射”的是空穴，其移動方向與電流方向一致，故發(fā)射極箭頭向里；NPN®三極管發(fā)射區(qū)”發(fā)射”的是自由電子，其移動方向與電流方向相反，故發(fā)射極箭頭向外。發(fā)射極箭頭向外。 發(fā)射極箭頭指向也是PN結(jié)在正向電壓下的導(dǎo)通方向。硅晶體三極管和錯晶體三 極管都有PNF®和NPN®兩種類型。晶體三極管具有電流放大作用，其實質(zhì)是三極管能以基極電流微小的變化量來控制集電極電流較大的變化量。 這是三極管最基本的和最重要的特性。 我們將 AIc/ AIb的比值稱為晶體三極管的電流放大倍數(shù)，用符號“ B ”表示。電流放 大倍數(shù)

7、對于某一只三極管來說是一個定值， 但隨著三極管工作時基極電流的變化 也會有一定的改變。cI ebkvbee總結(jié)：(1)三極管具有電流放大作用。(2)晶體三極管能夠?qū)⑽⑷醯男盘柗糯?，晶體三極管的三個極分別 是發(fā)射極e,基極b和集電極c。(3)傳感器輸出的電流和電壓很小，用一個三極管可以放大幾十倍 或幾百倍，三極管的放大作用表現(xiàn)為基極 b的電流對集電極c 的電流起了控制作用。(三)邏輯電路邏輯電路是以二進制為原理、實現(xiàn)數(shù)字信號邏輯運算和操作的電路。分 組合邏輯電路和時序邏輯電路。前者的邏輯功能與時間無關(guān)，即不具記憶和存 儲功能，后者的操作按時間程序進行。由于只分高、低電平，抗干擾力強，精 度和保密

8、性佳。廣泛應(yīng)用于計算機、數(shù)字控制、通信、自動化和儀表等方面。這里我們主要說邏輯門電路。邏輯門電路符號圖包括與門，或門，非門，1 .與邏輯對于與門電路，只要一個輸入端輸入為0,則輸出端一定是0,只有當所 有輸入端輸入都同為1時，輸出才是1.2 .或邏輯對于或門電路，只要一個輸入端輸入為 1,則輸出一定是1,反之，只 有當所有輸入端都為0時，輸出端才是0.3 .非門電路對于非門電路，當輸入為0時，輸出總是1,當輸入為1時，輸出反而 是0,非門電路也稱反相器。4 .斯密特電路：斯密特觸發(fā)器是特殊的非門電路，當加在它的輸入端A的電壓逐漸上升到某個值1.6V時，輸出端Y會突然從高電平調(diào)到低電平 0.25

9、V,而當輸入端A的電壓下降到另一個值的時候 0.8V, Y會從低電平跳至IJ高電平3.4V斯密特觸發(fā)器可以將連續(xù)變化的模擬信號轉(zhuǎn)換為突變的數(shù)字信號。而這正是進行光控所需要的（四）、應(yīng)用實例1、光控開關(guān)電路組成：斯密特觸發(fā)器，光敏電阻，發(fā)光二極管LED模仿路燈，滑線變阻器，定值電阻，電路如圖所示。工作原理：天明時，R變小，流過R的電R R-AEMhnLEDU RG+5流變大，A端輸入電壓降低到0.8V, Y會從低電平跳到高電平3.4V, LED上的電 壓低于正向?qū)妷?.8V, LED不會發(fā)光，當天色暗到一定程度時， R變大，輸 入端A的電壓升高到某一個值1.6V時，輸出端Y突然從高電平跳到低

10、電平0.25V, 此時加在LED上的正向電壓大于導(dǎo)通電壓 1.8V,二極管LED發(fā)光。特別提醒：要想在天暗時路燈才會亮，應(yīng)該把 R的阻值調(diào)大一些，這樣要使斯密特觸發(fā)器的輸入端 A電壓達到某個值1.6V,就需要R的阻值達到更大， 即天色更暗。拓展：如果電路不用發(fā)光二極管來模擬，直接用在電路中，就必須用到電磁 繼電器。如下圖。+5 R2.銜快電磁鐵X (X器（熱敏電阻式報警器）C斯密特觸發(fā)器，熱敏電阻，蜂鳴器, 圖所示。工作原理：常溫下，調(diào)整Ri的阻值使斯 密特觸發(fā)器的輸入端A處于低電平，則輸出端 Y處于高電平，無電流通過蜂鳴器，蜂鳴器不 發(fā)聲，當溫度升高時，熱敏電阻 Rt阻值減小， 斯密特觸發(fā)器

11、輸入端A電勢升高，當達到某一 值（高電平），其輸出端由高電平調(diào)到低電平， 蜂鳴器通電，從而發(fā)出報警聲，R的阻值不同,則報警器溫度不同特別提示：要使熱敏電阻在感測到更高的溫度時才報警， 應(yīng)該減小R的阻值, R阻值越小，要使斯密特觸發(fā)器輸入達到高電平，則熱敏電阻阻值要求越小，即 溫度越高。典型例題：1 .與門的輸入端輸入信號為何時，輸出端輸出“1”（）A.0 0B.0 1C.1 0D.1 1答案：D2 .或門的輸入端輸入信號為何時，輸出端輸出“ 0”（）A.0 0B.1 0C.0 1D.1 1答案：A3 .聯(lián)合國安理會每個常任理事國都擁有否決權(quán)，假設(shè)設(shè)計一個表決器，常任理事 國投反對票時輸入“ 0

12、”，投贊成或棄權(quán)時輸入“1”，提案通過為“1”，通不過為 “0”，則這個表決器應(yīng)具有哪種邏輯關(guān)系（）A.與門 B. 非門 C. 或門 D. 與非門 答案：A4 .圖是一個復(fù)合門電路，由一個x門電路與一個非門組成.若整個電路成為一個 與門，則x電路應(yīng)是（）A.與門 B. 或門 C. 與非門 D. 或非門答案：C5 .“第4題”中的整個電路若成為一個或門，則 x電路應(yīng)是（）答案：D6 .如圖是一個三輸入端復(fù)合門電路，當 C端輸入“1”時，A B端輸入為何時輸出端Y輸出“1”（）A.0 0B.0 1C.1 0D.1 1答案：D7 .如圖所示，一個三輸入端復(fù)合門電路，當輸入為10 1 時，輸出為.（填

13、 “0” 或 “1”）答案：18 .與非門可以改裝成一個非門，方法為只用一個輸入端如 A端，而另一個輸入端 B端輸入穩(wěn)定信號，則為把與非門改裝成非門，B端應(yīng)始終輸入.（填“0” 或 “1”）答案：19、某些非電學(xué)量的測量是可以通過一些相應(yīng)的裝置轉(zhuǎn)化為電學(xué)量來測量的，一電容的兩個極板放置在光滑的水平平臺上， 極板的面積為S,極板間的距離為d, 電容器的電容公式為C=ES/d（E是常數(shù)但未知）.極板1周定不動，與周圍絕緣，極板2接地，且可以在水平平臺上滑動，并始終與極板1保持平行，極板2的兩 個側(cè)邊與勁度系數(shù)為k、自然長度為L的兩個完全相同的彈簧相連，兩彈簧的另 一端固定，彈簧L與電容垂直，如圖（1）所示.圖（2）是這一裝置的應(yīng)用示意 圖，先將電容器充電至電壓U后即與電源斷開，再在極板2的右側(cè)的整個表面上 施以均勻向左的待測壓強p,使兩極板之間的距離發(fā)生微小的變化，測得此時電 容器兩極板間的電壓改變量為 AU.設(shè)作用在電容板上的靜電力不致引起彈簧可 測量的形變，試求：待測壓強 p.答案【課堂總結(jié)】本節(jié)課主要學(xué)習(xí)了以下幾個問題:1、二