導入新課 上節課我們學習了溫度傳感器 光傳感器及其工作原理 請大家回憶一下我們學了哪些具體的溫度 光傳感器 天花板上的火災報警器 電飯鍋 鼠標器 非接觸式紅外測溫儀 這節課我們將結合簡單邏輯電路中的知識學習由門電路以及傳感器控制的電路問題 第三節傳感器的應用實驗 1 知識與技能知道二極管的單向導電性和發光二極管的發光特性 知道晶體三極管的放大特性 掌握邏輯電路的基本知識和基本應用 教學目標 2 過程與方法通過實驗的方法 讓學生在組裝和調試中 更為深入地認識傳感器的應用 掌握邏輯電路的基本知識和基本應用 3 情感態度與價值觀培養學生的學習興趣 倡導以創新為主 實踐為重的素質教育理念 教學重點 傳感器的應用實例 教學難點 由門電路控制的傳感器的工作原理 教學重 難點 本節導航 1 實驗1光控開關2 實驗2溫度報警器 1 實驗1光控開關 晶體管 普通二極管具有 導電性 在電子電路中有多種運用 在用多用電表歐姆檔測量二極管的正向導通電阻時 黑表筆應接二極管的 極 若發現阻值較大 則與黑表筆接觸的是二極管的 極 單向 正 負 發光二極管除了具有單向導電性外 導電時還能發光 用磷鎵或磷砷化鎵等半導體材料制成 直接將 能轉化為 能 電 光 發光二極管的電路圖形符號 晶體三極管 晶體三極管能夠把微弱的信號 常用的三極管是用 和 制成的 它有三個極 分別為 放大 硅 鍺 發射極e 基極b 集電極c 傳感器輸出的電流或電壓很 用一個三極管可以放大幾十倍以至上百倍 三極管的放大作用表現為 的電流對 的電流起了控制作用 微弱 基極b 集電極c 三極管是在一塊半導體基片上制作兩個相距很近的pn結 兩個pn結把正塊半導體分成三部分 中間部分是基區 兩側部分是發射區和集電區 排列方式有pnp和npn兩種 如圖從三個區引出相應的電極 分別為基極b發射極e和集電極c 發射區和基區之間的pn結叫發射結 集電區和基區之間的pn結叫集電極 基區很薄 而發射區較厚 雜質濃度大 pnp型三極管發射區 發射 的是空穴 其移動方向與電流方向一致 故發射極箭頭向里 npn型三極管發射區 發射 的是自由電子 其移動方向與電流方向相反 故發射極箭頭向外 發射極箭頭向外 發射極箭頭指向也是pn結在正向電壓下的導通方向 硅晶體三極管和鍺晶體三極管都有pnp型和npn型兩種類型 邏輯電路是以二進制為原理 實現數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 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 精度和保密性佳 廣泛應用于計算機 數字控制 通信 自動化和儀表等方面 這里我們主要說邏輯門電路 邏輯電路 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 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 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 判斷下列是什么門電路的真值表 有何特點 與門 或門 非門 什么是電平 電平 在電子技術中 習慣上常用 電平 來描述邏輯電路的輸入端和輸出端的狀態 其實 電平指的是某個端點與 地 之間的電壓 或者說 如果以接地端的電勢為零 那么電平表示的是某個端點的電勢 斯密特觸發器是具有特殊功能的非門 斯密特觸發器 斯密特觸發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會突然從高電平調到低電平0 25v 而當輸入端a的電壓下降到另一個值的時候0 8v y會從低電平跳到高電平3 4v 斯密特觸發器可以將連續變化的模擬信號轉換為突變的數字信號 而這正是進行光控所需要的 輸入1 6v 高電平 輸出0 25v 低電平 輸入0 8v 低電平 輸出3 4v 高電平 斯密特觸發器的特點 實驗1 模仿路燈光控實驗 電路組成 斯密特觸發器 光敏電阻 發光二極管led模仿路燈 滑線變阻器 定值電阻 電路 工作原理 天明時 rg變小 流過r1的電流變大 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上的電壓低于正向導通電壓1 8v led不會發光 當天色暗到一定程度時 rg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電平0 25v 此時加在led上的正向電壓大于導通電壓1 8v 二極管led發光 思考 要想在天更暗時路燈才會亮 應該把r1的阻值調大些還是調小些 為什么 特別提醒 要想在天暗時路燈才會亮 應該把r1的阻值調大一些 這樣要使斯密特觸發器的輸入端a電壓達到某個值1 6v 就需要rg的阻值達到更大 即天色更暗 在圖乙中 用白熾燈模仿路燈 為何要用到繼電器 乙 由于集成電路允許通過的電流較小 要用白熾燈泡模仿路燈 就要使用繼電器來啟閉工作電路 電磁繼電器的工作原理 當線圈a中通電時 鐵芯中產生磁場 吸引銜鐵b向下運動 從而帶動動觸點d向下與e接觸 將工作電路接通 當線圈a中電流為零時 電磁鐵失去磁性 銜鐵b在彈簧作用下拉起 帶動觸點d與e分離 自動切斷工作電路 工作原理圖 j是什么 ja是什么 繼電器線圈未通電時處于斷開狀態的靜觸點 稱為 常開觸點 2 實驗2溫度報警器 結構組成 斯密特觸發器 熱敏電阻 蜂鳴器 變阻器 定值電阻 工作原理 常溫下 調整r1的阻值使斯密特觸發器的輸入端a處于低電平 則輸出端y處于高電平 無電流通過蜂鳴器 蜂鳴器不發聲 當溫度升高時 熱敏電阻rt阻值減小 斯密特觸發器輸入端a電勢升高 當達到某一值 高電平 其輸出端由高電平調到低電平 蜂鳴器通電 從而發出報警聲 r1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 應該減小r1的阻值 r1阻值越小 要使斯密特觸發器輸入達到高電平 則熱敏電阻阻值要求越小 即溫度越高 課堂小結 1 二極管的特點和作用 單向導電性 發光二極管不但能單向導電性 還能發光 2 三極管的特點 能放大微弱的電流 3 斯密特觸發器的特點和作用 觸發器其實由6個非門電路組成 4 斯密特觸發器的應用 光控電路 溫度報警器 課堂練習 1 如圖是利用光敏電阻自動計數的示意圖 其中a是發光儀器 b是接收光信號的儀器 b中的主要元件是光電傳感器 光敏電阻 試簡要敘述自動計數的原理 解答 當傳送帶上沒有物品擋住由a射向b的光信號時 光敏電阻的阻值變小 供給信號處理系統的電壓變低 當傳送帶上有物品擋住由a射向b的信號時 光敏電阻的阻值變大 供給信號處理系統的電壓變高 這種高低交替變化的信號經過信號處理系統的處理 就會自動將其轉化為相應的數字 實現自動計數的功能 2 煙霧散射式火災報警器內裝有發光二極管led 光電三極管和不透明的擋板 平常光電三極管收不到led發出的光 呈現 電阻狀態 當有煙霧時因其對光的散射作用 使部分光線照射到光電三極管上 其電阻變 與傳感器連接的電路檢測出這種變化 就會發出警報 高 小 3 在電熨斗中裝有雙金屬片溫度傳感器 請簡要敘述一下電熨斗如何自動控制溫度 解答 雙金屬片的膨脹系數不同 上層金屬的膨脹系數大于下層的金屬 當溫度變化時 由于雙金屬片的膨脹系數不同從而控制電路的通斷 以達到控制溫度的目的 教材習題答案 1 解答 1 門關閉時 干簧管內兩個簧片被磁化而吸合 使觸發器 非門 的輸入端為低電平 則器輸出端為高電平 與電源的電壓很接近 于是蜂鳴器兩端的電壓很小 不會發聲 若盜賊將門打開 水磁體就遠離干簧管 因而兩個簧片分離 使觸發器 非門 的輸入端變為高電平 則其輸出端變為低電平 于是蜂鳴器兩端達到了工作電壓就發出叫聲報警 2 解答 當非門的輸入端a為高電平時 其輸出端y則為低電平 于是發光二極管得到足夠的電壓而導通 發光 而當非們的輸入端a為低電平時 其輸出端y則為高電平 發光二極管兩端的電壓小于其導通電壓 就不發光了 3 解答 本題有不同的設計方案 同學自由發揮