辽宁省大连市高中物理-第6章-传感器-6.3-传感器的应用实验-新人教版选修3-2.ppt

导导 入入 新新 课课上节课我们学习了温度传感器、光上节课我们学习了温度传感器、光传感器及其工作原理。请大家回忆传感器及其工作原理。请大家回忆一下我们学了哪些具体的温度、光一下我们学了哪些具体的温度、光传感器？传感器？天花板上的火灾天花板上的火灾报警器报警器电饭锅电饭锅鼠标器鼠标器非接触式红外测温仪非接触式红外测温仪 这节课我们将结合简单逻这节课我们将结合简单逻辑电路中的知识学习由门电路辑电路中的知识学习由门电路以及传感器控制的电路问题。以及传感器控制的电路问题。第三节第三节 传感器的应用实验传感器的应用实验 （1 1）知识与技能）知识与技能 知道二极管的单向导电性和发光二极管知道二极管的单向导电性和发光二极管的发光特性。的发光特性。知道晶体三极管的放大特性。知道晶体三极管的放大特性。掌握逻辑电路的基本知识和基本应用。掌握逻辑电路的基本知识和基本应用。教教 学学 目目 标标 （2 2）过程与方法）过程与方法 通过实验的方法，让学生在组装和调试通过实验的方法，让学生在组装和调试中，更为深入地认识传感器的应用。中，更为深入地认识传感器的应用。掌握逻辑电路的基本知识和基本应用。掌握逻辑电路的基本知识和基本应用。（3 3）情感态度与价值观）情感态度与价值观 培养学生的学习兴趣，倡导以创新为培养学生的学习兴趣，倡导以创新为主，实践为重的素质教育理念。主，实践为重的素质教育理念。教学重点：教学重点：传感器的应用实例。传感器的应用实例。教学难点：教学难点：由门电路控制的传感器的工作原理。由门电路控制的传感器的工作原理。教学重、难点教学重、难点本本 节节 导导 航航1.1.实验实验1 1 光控开关光控开关2.2.实验实验2 2 温度报警器温度报警器 1.1.实验实验1 1 光控开关光控开关晶体管晶体管普通二极管普通二极管 具有具有_导电性，在电子电路导电性，在电子电路中有多种运用，在用多用电表欧姆档测量中有多种运用，在用多用电表欧姆档测量二极管的正向导通电阻时，黑表笔应接二二极管的正向导通电阻时，黑表笔应接二极管的极管的_极，若发现阻值较大，则与极，若发现阻值较大，则与黑表笔接触的是二极管的黑表笔接触的是二极管的_极。极。单向单向正正负负发光二极管发光二极管 除了具有单向导电性外，导电时还能除了具有单向导电性外，导电时还能发光，用磷镓或磷砷化镓等半导体材料制发光，用磷镓或磷砷化镓等半导体材料制成，直接将成，直接将_能转化为能转化为_能。能。电电光光发光二极管的电路图发光二极管的电路图形符号形符号晶体三极管晶体三极管 （）晶体三极管能够把微弱的信号（）晶体三极管能够把微弱的信号_。常用的三极管是用。常用的三极管是用_和和_制成的，它有三个极，分别为制成的，它有三个极，分别为_，_，_。放大放大硅硅锗锗发射极发射极e e基极基极b b集电极集电极c c （）传感器输出的电流或电压很（）传感器输出的电流或电压很_，用一个三极管可以放大几十倍，用一个三极管可以放大几十倍以至上百倍。三极管的放大作用表现为以至上百倍。三极管的放大作用表现为_的电流对的电流对_的电流起了的电流起了控制作用。控制作用。微弱微弱基极基极b b集电极集电极c c 三极管是在一块半导体基片上制作两个三极管是在一块半导体基片上制作两个相距很近的相距很近的PNPN结，两个结，两个PNPN结把正块半导体分结把正块半导体分成三部分，中间部分是基区，两侧部分是发成三部分，中间部分是基区，两侧部分是发射区和集电区，排列方式有射区和集电区，排列方式有 PNPPNP和和NPNNPN两种，两种，如图从三个区引出相应的电极，分别为基极如图从三个区引出相应的电极，分别为基极b b发射极发射极e e和集电极和集电极c c。发射区和基区之间的发射区和基区之间的PNPN结叫发射结，集电区结叫发射结，集电区和基区之间的和基区之间的 PNPN结叫集电极。基区很薄，而发射结叫集电极。基区很薄，而发射区较厚，杂质浓度大，区较厚，杂质浓度大，PNPPNP型型三极管发射区三极管发射区“发射发射”的是空穴，其移动方向与电流方向一致，故发的是空穴，其移动方向与电流方向一致，故发射极箭头向里。射极箭头向里。NPNNPN型型三极管发射区三极管发射区 发射发射 的是自由电子，的是自由电子，其移动方向与电流方向相反，故发射极箭头向其移动方向与电流方向相反，故发射极箭头向外。发射极箭头向外。发射极箭头指向也是外。发射极箭头向外。发射极箭头指向也是PNPN结在正向电压下的导通方向。硅晶体三极管和结在正向电压下的导通方向。硅晶体三极管和锗晶体三极管都有锗晶体三极管都有PNPPNP型和型和NPNNPN型两种类型。型两种类型。逻辑电路是以二进制为原理、实现数字信号逻辑电路是以二进制为原理、实现数字信号逻辑运算和操作的电路。分组合逻辑电路和时序逻辑运算和操作的电路。分组合逻辑电路和时序逻辑电路。前者的逻辑功能与时间无关，即不具逻辑电路。前者的逻辑功能与时间无关，即不具记忆和存储功能，后者的操作按时间程序进行。记忆和存储功能，后者的操作按时间程序进行。由于只分高、低电平，抗干扰力强，精度和保密由于只分高、低电平，抗干扰力强，精度和保密性佳。广泛应用于计算机、数字控制、通信、自性佳。广泛应用于计算机、数字控制、通信、自动化和仪表等方面。这里我们主要说逻辑门电路。动化和仪表等方面。这里我们主要说逻辑门电路。逻辑电路逻辑电路与逻辑与逻辑 对于与门电路，只要一个输入端输入为对于与门电路，只要一个输入端输入为0 0，则输出端一定是则输出端一定是0 0，只有当所有输入端输入都同，只有当所有输入端输入都同为为1 1时，输出才是时，输出才是1 1。或逻辑或逻辑 对于或门电路，只要一个输入端输入为对于或门电路，只要一个输入端输入为1 1，则输出一定是则输出一定是1 1，反之，只有当所有输入端都为，反之，只有当所有输入端都为0 0时，输出端才是时，输出端才是0 0。非门电路非门电路 对于非门电路，当输入为对于非门电路，当输入为0 0时，输出总是时，输出总是1 1，当输入为，当输入为1 1时，输出反而是时，输出反而是0 0，非门电路也称，非门电路也称反相器。反相器。判断下列是什么门电路的真值表？有何特点？判断下列是什么门电路的真值表？有何特点？与门与门或门或门非门非门符号：符号：A AY Y1 1符号符号A AY YB B1 1A AY YB B&什么是电平？什么是电平？电平：电平：在电子技术中，习惯上常用在电子技术中，习惯上常用“电平电平”来描述逻辑电路的输入端和输出端的状态。来描述逻辑电路的输入端和输出端的状态。其实，电平指的是某个端点与其实，电平指的是某个端点与“地地”之间的之间的电压，或者说，如果以接地端的电势为零，电压，或者说，如果以接地端的电势为零，那么电平表示的是某个端点的电势。那么电平表示的是某个端点的电势。斯密特触发器是具有特殊功能的非门。斯密特触发器是具有特殊功能的非门。斯密特触发器斯密特触发器74LS1474LS14集成斯密特触发器集成斯密特触发器引脚图引脚图 斯密特触发器是特殊的非门电路，当加斯密特触发器是特殊的非门电路，当加在它的输入端在它的输入端A A的电压逐渐上升到某个值的电压逐渐上升到某个值1.6V1.6V时，输出端时，输出端Y Y会突然从高电平调到低电平会突然从高电平调到低电平0.25V0.25V，而当输入端，而当输入端A A的电压下降到另一个值的电压下降到另一个值的时候的时候0.8V0.8V，Y Y会从低电平跳到高电平会从低电平跳到高电平3.4V3.4V。斯密特触发器可以将连续变化的模拟信号转斯密特触发器可以将连续变化的模拟信号转换为突变的数字信号。而这正是进行光控所换为突变的数字信号。而这正是进行光控所需要的。需要的。输入输入1.6V(1.6V(高电平高电平)，输出，输出0.25V(0.25V(低电平低电平)。输入输入0.8V(0.8V(低电平低电平)，输出，输出3.4V(3.4V(高电平高电平)。斯密特触发器的特点斯密特触发器的特点实验实验1：模仿路灯光控实验：模仿路灯光控实验 电路组成：电路组成：斯密特触发器，光敏电阻，斯密特触发器，光敏电阻，发光二极管发光二极管LEDLED模仿路灯，滑线变阻器，定值模仿路灯，滑线变阻器，定值电阻，电路。电阻，电路。LEDR2R1RGAY+5V 工作原理：工作原理：天明时，天明时，RGRG变小，流过变小，流过R1R1的的电流变大，电流变大，A A端输入电压降低到端输入电压降低到0.8V0.8V，Y Y会从低会从低电平跳到高电平电平跳到高电平3.4V3.4V，LEDLED上的电压低于正向导上的电压低于正向导通电压通电压1.8V1.8V，LEDLED不会发光，当天色暗到一定程不会发光，当天色暗到一定程度时，度时，RGRG变大，输入端变大，输入端A A的电压升高到某一个值的电压升高到某一个值1.6V1.6V时，输出端时，输出端Y Y突然从高电平跳到低电平突然从高电平跳到低电平0.25V0.25V，此时加在，此时加在LEDLED上的正向电压大于导通电上的正向电压大于导通电压压1.8V1.8V，二极管，二极管LEDLED发光。发光。思考：思考：要想在天更暗时路灯才会亮，应该要想在天更暗时路灯才会亮，应该把把R1R1的阻值调大些还是调小些？为什么？的阻值调大些还是调小些？为什么？特别提醒：特别提醒：要想在天暗时路灯才会亮，应要想在天暗时路灯才会亮，应该把该把R1R1的阻值调大一些，这样要使斯密特触发的阻值调大一些，这样要使斯密特触发器的输入端器的输入端A A电压达到某个值电压达到某个值1.6V1.6V，就需要，就需要RGRG的的阻值达到更大，即天色更暗。阻值达到更大，即天色更暗。在图乙中在图乙中,用白炽灯模仿路灯用白炽灯模仿路灯,为何要用到继电器？为何要用到继电器？乙 由由于于集集成成电电路路允允许许通通过过的的电电流流较较小小，要要用用白白炽炽灯灯泡泡模模仿仿路路灯灯，就就要要使使用用继继电电器器来来启启闭工作电路。闭工作电路。电磁继电器的工作原理电磁继电器的工作原理 当线圈当线圈 A A中通电时，铁芯中产生磁场，吸引中通电时，铁芯中产生磁场，吸引衔铁衔铁B B向下运动，从而带动动触点向下运动，从而带动动触点D D向下与向下与E E接触，接触，将工作电路接通，当线圈将工作电路接通，当线圈A A中电流为零时，电磁铁中电流为零时，电磁铁失去磁性，衔铁失去磁性，衔铁B B在弹簧作用下拉起，带动触点在弹簧作用下拉起，带动触点D D与与E E分离，自动切断工作电路。分离，自动切断工作电路。工作原理图工作原理图J J是什么？是什么？JaJa是什么？是什么？继继电电器器线线圈圈未未通通电电时时处处于于断断开开状状态态的的静静触点，称为触点，称为“常开触点常开触点”。R1RGAY+5V高压工作电路高压工作电路220V220V 2.2.实验实验2 2 温度报警器温度报警器结构组成结构组成 斯密特触发器，热敏电阻，蜂鸣器，变斯密特触发器，热敏电阻，蜂鸣器，变阻器，定值电阻。阻器，定值电阻。工作原理工作原理 常温下，调整常温下，调整R1R1的阻值使斯密特触发器的阻值使斯密特触发器的输入端的输入端A A处于低电平，则输出端处于低电平，则输出端Y Y处于高电处于高电平，无电流通过蜂鸣器，蜂鸣器不发声，当平，无电流通过蜂鸣器，蜂鸣器不发声，当温度升高时，热敏电阻温度升高时，热敏电阻RTRT阻值减小，斯密特阻值减小，斯密特触发器输入端触发器输入端A A电势升高，当达到某一值（高电势升高，当达到某一值（高电平），其输出端由高电平调到低电平，蜂电平），其输出端由高电平调到低电平，蜂鸣器通电，从而发出报警声，鸣器通电，从而发出报警声，R1R1的阻值不同，的阻值不同，则报警器温度不同。则报警器温度不同。特别提示特别提示 要使热敏电阻在感测到更高的温度时要使热敏电阻在感测到更高的温度时才报警，应该减小才报警，应该减小R1R1的阻值，的阻值，R1R1阻值越小，阻值越小，要使斯密特触发器输入达到高电平，则热要使斯密特触发器输入达到高电平，则热敏电阻阻值要求越小，即温度越高敏电阻阻值要求越小，即温度越高 。课课 堂堂 小小 结结 1.1.二极管的特点和作用二极管的特点和作用:单向导电性单向导电性,发发光二极管不但能单向导电性光二极管不但能单向导电性,还能发光。还能发光。2.2.三极管的特点三极管的特点:能放大微弱的电流。能放大微弱的电流。3.3.斯密特触发器的特点和作用斯密特触发器的特点和作用:触发器触发器其实由其实由6 6个非门电路组成。个非门电路组成。4.4.斯密特触发器的应用斯密特触发器的应用:光控电路光控电路,温度温度报警器。报警器。课课 堂堂 练练 习习 1.1.如图是利用光敏电阻自动计数的示如图是利用光敏电阻自动计数的示意图，其中意图，其中A A是发光仪器，是发光仪器，B B是接收光信号是接收光信号的仪器，的仪器，B B中的主要元件是光电传感器中的主要元件是光电传感器光敏电阻。试简要叙述自动计数的原理。光敏电阻。试简要叙述自动计数的原理。解答：解答：当传送带上没有物品挡住由当传送带上没有物品挡住由A A射射向向B B的光信号时，光敏电阻的阻值变小，供的光信号时，光敏电阻的阻值变小，供给信号处理系统的电压变低；当传送带上有给信号处理系统的电压变低；当传送带上有物品挡住由物品挡住由A A射向射向B B的信号时，光敏电阻的阻的信号时，光敏电阻的阻值变大，供给信号处理系统的电压变高。这值变大，供给信号处理系统的电压变高。这种高低交替变化的信号经过信号处理系统的种高低交替变化的信号经过信号处理系统的处理，就会自动将其转化为相应的数字，实处理，就会自动将其转化为相应的数字，实现自动计数的功能。现自动计数的功能。2.2.烟雾散射式火灾报警器内装有发光二极烟雾散射式火灾报警器内装有发光二极管管LEDLED、光电三极管和不透明的挡板。平常光、光电三极管和不透明的挡板。平常光电三极管收不到电三极管收不到LEDLED发出的光，呈现发出的光，呈现_电阻状态。当有烟雾时因其对光的散射作用，电阻状态。当有烟雾时因其对光的散射作用，使部分光线照射到光电三极管上，其电阻变使部分光线照射到光电三极管上，其电阻变_。与传感器连接的电路检测出这种与传感器连接的电路检测出这种变化，就会发出警报。变化，就会发出警报。高高 小小 3.3.在电熨斗中装有双金属片温度传感器，在电熨斗中装有双金属片温度传感器，请简要叙述一下电熨斗如何自动控制温度。请简要叙述一下电熨斗如何自动控制温度。解答：解答：双金属片的膨胀系数不同，上层双金属片的膨胀系数不同，上层金属的膨胀系数大于下层的金属。当温度变金属的膨胀系数大于下层的金属。当温度变化时，由于双金属片的膨胀系数不同从而控化时，由于双金属片的膨胀系数不同从而控制电路的通断，以达到控制温度的目的。制电路的通断，以达到控制温度的目的。教材习题答案教材习题答案 1.1.解答：解答：（1 1）门关闭时，干簧管内两个簧）门关闭时，干簧管内两个簧片被磁化而吸合，使触发器（非门）的输入端为片被磁化而吸合，使触发器（非门）的输入端为低电平，则器输出端为高电平，与电源的电压很低电平，则器输出端为高电平，与电源的电压很接近。于是蜂鸣器两端的电压很小，不会发声。接近。于是蜂鸣器两端的电压很小，不会发声。若盗贼将门打开，水磁体就远离干簧管，因而两若盗贼将门打开，水磁体就远离干簧管，因而两个簧片分离，使触发器（非门）的输入端变为高个簧片分离，使触发器（非门）的输入端变为高电平，则其输出端变为低电平，于是蜂鸣器两端电平，则其输出端变为低电平，于是蜂鸣器两端达到了工作电压就发出叫声报警达到了工作电压就发出叫声报警