傳感器的應(yīng)用實(shí)驗(yàn)教案
傳感器的應(yīng)用實(shí)驗(yàn)教案
傳感器的應(yīng)用實(shí)驗(yàn)學(xué)案：
【學(xué)習(xí)目標(biāo)】
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(shí)和基本應(yīng)用。
【學(xué)習(xí)重點(diǎn)】：傳感器的應(yīng)用實(shí)例。
【 學(xué)習(xí)難點(diǎn)】：由門電路控制的傳感器的工作原理。
【教學(xué)過(guò)程】
一、問題引入
上節(jié)課我們學(xué)習(xí)了溫度傳感器、光傳感器及其工作原理。請(qǐng)大家回憶一下我們學(xué)了哪些具體的溫度、光傳感器？
二、學(xué)習(xí)新課
閱讀下列學(xué)習(xí)資料總結(jié)二極管的特點(diǎn)和作用：
（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(jì)末發(fā)現(xiàn)的點(diǎn)接觸二極管效應(yīng)，發(fā)展于20世紀(jì)30年代，主要特征是具有單向?qū)щ娦裕凑魈匦�。利用不同的半�?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(lái)產(chǎn)生、控制、接收、變換、放大信號(hào)和進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換。例如穩(wěn)壓二極管可在電源電路中提供固定偏壓和進(jìn)行過(guò)壓保護(hù)；雪崩二極管作為固體微波功率源，用于小型固體發(fā)射機(jī)中的發(fā) 射源；半導(dǎo)體光電二極管能實(shí)現(xiàn)光-電能量的轉(zhuǎn)換，可用來(lái)探測(cè)光輻射信號(hào)；半導(dǎo)體發(fā)光二極管能實(shí)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(diǎn)接觸型二極管、面接觸型二極管
發(fā)光二極管簡(jiǎn)稱為L(zhǎng)ED。由鎵（Ga）與砷（AS）、磷（P）的化合物制成的二極管，當(dāng)電子與空穴復(fù)合時(shí)能輻射出可見光，因而可以用來(lái)制成發(fā)光二極管，在電路及儀器中作為指示燈，或者組成文字或數(shù)字顯示。磷砷化鎵二極管發(fā)紅光，磷化鎵二極管發(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(jiǎn)寫為L(zhǎng)ED。發(fā)光二極管與普通二極管一樣是由一個(gè)PN結(jié)組成，也具有單向?qū)щ娦浴．?dāng)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(dāng)電子和空穴復(fù)合時(shí)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(zhǎng)越短。常用的是發(fā)紅光、綠光或黃光的二極管。
閱讀下列學(xué)習(xí)資料總結(jié)三極管的特點(diǎn)和作用：
（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(gè)相距很近的PN結(jié)，兩個(gè)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(gè)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)叫集電極。基區(qū)很薄，而發(fā)射區(qū)較厚，雜質(zhì)濃度大，PNP型三極管發(fā)射區(qū)"發(fā)射"的是空穴，其移動(dòng)方向與電流方向一致，故發(fā)射極箭頭向里；NPN型三極管發(fā)射區(qū)"發(fā)射"的是 自由電子，其移動(dòng)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。 硅晶體三極管和鍺晶體三極管都有PNP型和NPN型兩種類型。
晶體三極管具有電流放大作用，其實(shí)質(zhì)是三極管能以基極電流微小的變化量來(lái)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 ΔIc/ΔIb的比值稱為晶體三極管的電流放大倍數(shù)，用符號(hào)“β”表示。電流放大倍數(shù)對(duì)于某一只三極管來(lái)說(shuō)是一個(gè)定值，但隨著三極管工作時(shí)基極電流的變化也會(huì)有一定的改變。
（三）邏輯電路
邏輯電路是以二進(jìn)制為原理、實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)邏輯運(yùn)算和操作的電路。分組合邏輯電路和時(shí)序邏輯電路。前者的邏輯功能與時(shí)間無(wú)關(guān)，即不具記憶和存儲(chǔ)功能，后者的操作按時(shí)間程序進(jìn)行。由于只分高、低電平，抗干擾力強(qiáng)，精度和保密性佳。廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)、數(shù)字控制、通信、自動(dòng)化和儀表等方面。這里我們主要說(shuō)邏輯門電路。
邏輯門電路符號(hào)圖包括與門，或門，非門，
1．與邏輯
對(duì)于與門電路，只要一個(gè)輸入端輸入為0，則輸出端一定是 ，只有當(dāng)所有輸入端輸入都同為 時(shí)，輸出才是1.
2．或邏輯
對(duì)于或門電路，只要一個(gè)輸入端輸入為1，則輸出一定是 ，反之，只有當(dāng)所有輸入端都為 時(shí)，輸出端才是0.
3.非門電路
對(duì)于非門電路，當(dāng)輸入為0時(shí)，輸出總是 ，當(dāng)輸入為1時(shí)，輸出反而是 ，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 電路，當(dāng)加在它的輸入端A的電壓逐漸上升到某個(gè)值 V時(shí)，輸出端會(huì)突然從高電平調(diào)到低電平 V，而當(dāng)輸入端A的電壓下降到另一個(gè)值的時(shí)候 V，會(huì)從低電平跳到高電平 V。斯密特觸發(fā)器可以將連續(xù)變化的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為 的 信號(hào)。而這正是進(jìn)行光控所需要的。
（四）、應(yīng)用實(shí)例
1、光控開關(guān)
電路組成： 觸發(fā)器， 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：
注意：要想在天暗時(shí)路燈才會(huì)亮，應(yīng)該把R1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(dá)到某個(gè)值1.6V，就需要RG的阻值達(dá)到更大，即天色更暗。
拓展：如果電路不用發(fā)光二極管來(lái)模擬，直接用在電路中，就必須用到電磁繼電器。如下圖。
2．溫度報(bào)警器（熱敏電阻式報(bào)警器）
結(jié)構(gòu)組成：斯密特觸發(fā)器， 電阻，蜂鳴器，變阻器，定值電阻，如圖所示。
工作原理：
注意：要使熱敏電阻在感測(cè)到更高的溫度時(shí)才報(bào)警，應(yīng)該減小R1的阻值，R1阻值越小，要使斯密特觸發(fā)器輸入達(dá)到高電平，則熱敏電阻阻值要求越小，即溫度越高。
五、課堂練習(xí)
1.與門的輸入端輸入信號(hào)為何時(shí)，輸出端輸出“1”（ ）
A.0 0 B.0 1 C.1 0 D.1 1
2.或門的輸入端輸入信號(hào)為何時(shí)，輸出端輸出“0”（ ）
A.0 0 B.1 0 C.0 1 D.1 1
3.聯(lián)合國(guó)安理會(huì)每個(gè)常任理事國(guó)都擁有否決權(quán)，假設(shè)設(shè)計(jì)一個(gè)表決器，常任理事國(guó)投反對(duì)票時(shí)輸入“0”，投贊成或棄權(quán)時(shí)輸入“1”，提案通過(guò)為“1”，通不過(guò)為“0”，則這個(gè)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
4.圖是一個(gè)復(fù)合門電路，由一個(gè)x門電路與一個(gè)非門組成.若整個(gè)電路成為一個(gè)與門，則x電路應(yīng)是（ ）
A.與門 B.或門 C .與非門 D.或非門
5.“第4題”中的整個(gè)電路若成為一個(gè)或門，則x電路應(yīng)是（ ）
6.如圖是一個(gè)三輸入端復(fù)合門電路，當(dāng)C端輸入“1”時(shí)，A、B端輸入為何時(shí)輸出端輸出“1”（ ）
A.0 0 B.0 1 C.1 0 D.1 1
7.如圖所示，一個(gè)三輸入端復(fù)合門電路，當(dāng)輸入為1 0 1時(shí)，輸出為___________.（填“0”或“1”）
8.與非門可以改裝成一個(gè)非門，方法為只用一個(gè)輸入端如A端，而另一個(gè)輸入端B端輸入穩(wěn)定 信號(hào)，則為把與非門改裝成非門，B端應(yīng)始終輸入___________.（填“0”或“1”）
9、某些非電學(xué)量的測(cè)量是可以通過(guò)一些相應(yīng)的裝置轉(zhuǎn)化為電學(xué)量來(lái)測(cè)量的，一電容的兩個(gè)極板放置在 光滑的水平平臺(tái)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固定不動(dòng)，與周圍絕緣，極板2接地，且可以在水平平臺(tái)上滑動(dòng)，并始終與極板1保持平行，極板2的兩個(gè)側(cè)邊與勁度系數(shù)為、自然長(zhǎng)度為L(zhǎng)的兩個(gè)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(gè)表面上施以均勻向左的待測(cè)壓強(qiáng)p，使兩極板之間的距離發(fā)生微小的變化，測(cè)得此時(shí)電容器兩極板間的電壓改變量為ΔU.設(shè)作用在電容板上的靜電力不致引起彈簧可測(cè)量的形變，試求：待測(cè)壓強(qiáng)p.
六、學(xué)習(xí)小結(jié)
本節(jié)課主要學(xué)習(xí)了以下幾個(gè)問題：
1、二極管的特點(diǎn)和作用：
2、三極管的特點(diǎn)和作用：
3、斯密特觸發(fā)器的特點(diǎn)和作用：
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