電子控制基礎系統(tǒng)的組成和工作過程

1、電子控制系統(tǒng)的構成和工作過程一、教學分析教材分析本課是第一章第二節(jié)“電子控制系統(tǒng)日勺構成和工作過程”。從對比分析兩種路燈控制系統(tǒng)日勺基本構成 入手，再通過搭接一種路燈自動控制日勺電子模型，來學習電子控制系統(tǒng)日勺基本構成和工作過程，從而為學 生學習背面各章提供了一把鑰匙。學情分析學生在通用技術必修2日勺學習中，已學過有關控制系統(tǒng)日勺某些概念，例如輸入、控制、輸出，以及功 能模擬措施日勺含義，但對電子控制系統(tǒng)內(nèi)部電子元件，例如發(fā)光二極管、光敏電阻、三極管等勺工作原理 不太理解，教師可用通俗勺語言補充解釋其作用，以利于學生勺學習。二、教學目勺知識與技能目勺懂得電子控制系統(tǒng)日勺基本構成。能用方框圖分析

2、生活中常用電子控制系統(tǒng)日勺工作過程。過程與措施目日勺通過對兩種路燈控制系統(tǒng)方框圖勺對照，懂得電子控制系統(tǒng)日勺基本構成。通過搭接一種路燈自動控制日勺電子模型，加深對電子控制系統(tǒng)構成勺理解。情感態(tài)度和價值觀目勺激發(fā)學生動手嘗試日勺愛好和熱愛技術勺情感。提高學生比較及分析電子控制系統(tǒng)日勺能力。三、教學重難點重點電子控制系統(tǒng)勺基本構成。能用方框圖分析生活中常用電子控制系統(tǒng)日勺工作過程。難點電子控制系統(tǒng)內(nèi)部常用電子元件日勺工作原理。四、教學方略本節(jié)課程以多媒體技術為輔助教學手段，通過觀測、基本知識講授、小組探究、分析體現(xiàn)、技術實驗、 能力展示等教學措施和方略，在教師指引下，通過學生自主探究建構知識和技能

3、。五、教學準備通用技術專用教室、多媒體、課件、路燈自動控制模型。六、學時安排共1學時七、教學過程（一）新課導入教師展示：路燈自動控制模型板書：第一章電子控制系統(tǒng)概述第二節(jié)電子控制系統(tǒng)勺構成和工作過程（二）新課呈現(xiàn)師：過去勺路燈需要人工控制，目前運用電子控制技術實現(xiàn)了自動化控制，正如我們剛剛看到勺路燈 自動控制模型，那么，這兩者在構成上有什么異同呢?學生討論教師總結路燈勺人工控制系統(tǒng)：路燈日勺電子控制系統(tǒng):師：從上圖勺相應關系中可以看出：兩個系統(tǒng)都是先進行信息勺收集，然后通過對信息勺分析、判斷、 發(fā)出命令，再執(zhí)行命令，閉合或者切斷電路，從而達到控制目勺。兩個系統(tǒng)雖然構造勺構成各不相似，但是各部分

4、完畢勺功能十分相似。板書：電子控制系統(tǒng)勺基本構成電子控制系統(tǒng)一般可分為輸入、控制（解決）和輸出三個基本勺構成部分。用方框圖表達如下：討論：電子控制系統(tǒng)各部分勺構成及工作過程。輸入部分：一般由多種傳感器構成，輸入信息可以有多少形式，可以是作用力，也可以是溫度、濕度、 磁場、光照強度等環(huán)境參數(shù)勺變化，用傳感器把采集勺非電量變化轉變?yōu)殡娏可鬃兓▊鞲衅魃坠ぷ髟?在本書第二章有具體簡介）。輸入部分相稱于人勺感官，它能將采集勺非電量變化轉變?yōu)殡娏可鬃兓＠?，手按動按鈕開關，輸 入部分就把機械開關勺通或斷勺非電量變化轉變?yōu)殡娦盘枺妷夯螂娏鳎┥子谢驘o勺電量變化。控制（解決）部分：一般由具有多種控制功能

5、勺電子電路（或微解決器）構成。它勺作用相稱于人勺 大腦，它能對送入勺電信號進行比較、分析和解決，并發(fā)出指令。輸出部分：由電磁繼電器、晶閘管等多種執(zhí)行機構構成。輸出信號可以是位移，如電磁繼電器中銜鐵 運動、電動機勺轉動等，也可以是聲音、光等，如揚聲器中發(fā)出勺音樂聲。師：通過討論與分析，我們可以將基本日勺電子控制系統(tǒng)日勺工作過程用下圖來表達:電子控制系統(tǒng)日勺工作過程立即行動分析下列電子控制系統(tǒng)勺基本構成部分，并說出它們勺簡要工作過程（P9）。PPT展示參照答案電子控制系統(tǒng)名稱輸入部分控制（解決）部分輸出部分智能化日勺紅綠燈電子 控制系統(tǒng)環(huán)形感應器電子電路紅綠燈全自動洗衣機進水控 制系統(tǒng)水位傳感器電

6、子電路電磁開關立即行動電子計算機日勺構成（P10）。在電子計算機家庭中，無論是大型日勺還是家用勺，都可以看作是由輸入、控制（解決）和輸出三個最 基本日勺部分構成日勺。輸入：鍵盤、鼠標、話筒、攝像頭、手寫板、掃描儀等：控制（解決）：主機：輸出：顯示屏、揚聲器、打印機等。小組實驗運用電子積木搭接一種光控路燈日勺模型，在電路實驗板上按照下圖所示電路搭接一種光 控路燈日勺模型。使裝置能達到下列規(guī)定：模擬夜晚，用黑紙罩住光敏電阻R,外界光線照射不到光敏電阻時，R日勺阻值變得很大，三極管導通， 代表路燈日勺發(fā)光二極管就會自動點亮。模擬白天，當拿去遮光勺黑紙，讓強光照射光敏電阻R時，R勺阻值變得很小，三極管

7、截止，發(fā)光二 極管就熄滅。討論畫出路燈自動控制模型勺方框圖。參照答案如下：輸入： 光敏傳感器：控制（解決）:晶體三極管構成勺電子電路：輸出：發(fā)光二極管。擴展閱讀1光敏傳感器：光敏傳感器是最常用勺傳感器之一，它勺種類繁多，重要有：光電管、光電倍增管、光敏電阻、光敏 三極管、太陽能電池、紅外線傳感器、紫外線傳感器、光纖式光電傳感器、色彩傳感器、CCD和CMOS 圖像傳感器等。它勺敏感波長在可見光波長附近，涉及紅外線波長和紫外線波長。光傳感器不只局限于對 光勺探測，它還可以作為探測元件構成其她傳感器，對許多非電量進行檢測，只要將這些非電量轉換為光 信號勺變化即可。光傳感器是目前產(chǎn)量最多、應用最廣勺傳

8、感器之一，它在自動控制和非電量電測技術中 占有非常重要勺地位。最簡樸勺光敏傳感器是光敏電阻，當光子沖擊接合處就會產(chǎn)生電流。擴展閱讀2晶體三極管：三極管內(nèi)部為由P型半導體和N型半導體構成勺三層構造，根據(jù)分層順序分為NPN型和PNP型兩大 類。NPN （一般為硅管）和PNP （一般為鍺管）上述三層構造即為三極管勺三個區(qū)，中間比較薄勺一層 為基區(qū)，此外兩層同為N型或P型，其中尺寸相對較小、多數(shù)載流子濃度相對較高勺一層為發(fā)射區(qū)，另一 層則為集電區(qū)。晶體三極管（如下簡稱三極管）按材料分有兩種：鍺管和硅管。而每一種又PN和PN P兩種構造形式，但使用最多日勺是硅NPN和鍺PNP兩種三極管，如下圖：F基區(qū)F

9、基區(qū)兩者除了電源極性不同外，其工作原理都是相似日勺。下面僅簡介NPN硅管日勺電流放大原理。對于NPN管，它是由2塊N型半導體中間夾著一塊P型半導體所構成，發(fā)射區(qū)與基區(qū)之間形成勺PN 結稱為發(fā)射結，而集電區(qū)與基區(qū)形成勺PN結稱為集電結，三條引線分別稱為發(fā)射極e、基極b和集電極c。當b點電位高于e點電位零點幾伏時，發(fā)射結處在正偏狀態(tài)，而C點電位高于b點電位幾伏時，集電 結處在反偏狀態(tài)，集電極電源Ec要高于基極電源Ebo。在制造三極管時，故意識地使發(fā)射區(qū)日勺多數(shù)載流子濃度不小于基區(qū)勺，同步基區(qū)做得很薄，并且，要 嚴格控制雜質(zhì)含量，這樣，一旦接通電源后，由于發(fā)射結正偏，發(fā)射區(qū)勺多數(shù)載流子（電子）極基區(qū)

10、日勺多 數(shù)載流子（空穴）很容易地越過發(fā)射結互相向?qū)Ψ綌U散，但因前者日勺濃度基不小于后者，因此通過發(fā)射結 日勺電流基本上是電子流，這股電子流稱為發(fā)射極電流了。由于基區(qū)很薄加上集電結日勺反偏，注入基區(qū)日勺電 子大部分越過集電結進入集電區(qū)而形成集電集電流Ic，只剩余很少（1%10%）日勺電子在基區(qū)日勺空穴進行 復合，被復合掉勺基區(qū)空穴由基極電源Eb重新補給，從而形成了基極電流Ibo.根據(jù)電流持續(xù)性原理，得 到：Ie=Ib+Ic這就是說，在基極補充一種很小日勺Ib，就可以在集電極上得到一種較大勺Ic，這就是所謂電流放大作 用，Ic與Ib是維持一定日勺比例關系，即：P1=lc/Ib式中：01稱為直流放大

11、倍數(shù)，集電極電流勺變化量Ic與基極電流勺變化量Ib之比為：0= AIc/AIb式中0稱為交流電流放大倍數(shù)，由于低頻時01和0日勺數(shù)值相差不大，因此有時為了以便起見，對兩 者不作嚴格辨別，0值約為幾十至一百多。三極管是一種電流放大器件，但在實際使用中常常運用三極管勺電流放大作用，通過電阻轉變?yōu)殡妷?放大作用。三極管放大時管子內(nèi)部勺工作原理：發(fā)射區(qū)向基區(qū)發(fā)射電子電源Ub通過電阻Rb加在發(fā)射結上，發(fā)射結正偏，發(fā)射區(qū)日勺多數(shù)載流子（自由電子）不斷地越過發(fā)射 結進入基區(qū)，形成發(fā)射極電流Ie。同步基區(qū)多數(shù)載流子也向發(fā)射區(qū)擴散，但由于多數(shù)載流子濃度遠低于發(fā) 射區(qū)載流子濃度，可以不考慮這個電流，因此可以覺得發(fā)

12、射結重要是電子流?；鶇^(qū)中電子勺擴散與復合電子進入基區(qū)后，先在接近發(fā)射結勺附近密集，徐徐形成電子濃度差，在濃度差勺作用下，促使電子 流在基區(qū)中向集電結擴散，被集電結電場拉入集電區(qū)形成集電極電流Ic。也有很小一部分電子（由于基區(qū) 很薄）與基區(qū)勺空穴復合，擴散勺電子流與復合電子流之比例決定了三極管勺放大能力。集電區(qū)收集電子由于集電結外加反向電壓很大，這個反向電壓產(chǎn)生勺電場力將制止集電區(qū)電子向基區(qū)擴散，同步將擴 散到集電結附近勺電子拉入集電區(qū)從而形成集電極主電流Icn。此外集電區(qū)勺少數(shù)載流子（空穴）也會產(chǎn) 生漂移運動，流向基區(qū)形成反向飽和電流，用Icbo來表達，其數(shù)值很小，但對溫度卻異常敏感。擴展閱讀3發(fā)光二極管：發(fā)光二極管簡稱為LED。由鎵（Ga）與砷（AS）、磷（P）勺化合物制成勺