河南省焦作市沁阳一中高中物理 第六章第三节 实验传感器的应用学案 新人教版选修32(1).doc

河南省焦作市沁阳一中高中物理 第六章第三节 实验传感器的应用学案 新人教版选修3-2【学习目标】、知道二极管的单向导电性和发光二极管的发光特性.、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.、综合实验培养动手能力，体会物理知识实际中的应用.【学习重点】：1、了解斯密特触发器的工作特点，能够分析光控电路的工作原理。2、温度报警器的电路工作原理。【学习难点】：由门电路控制的传感器的工作原理。【学习方法】： 实验法、观察法、讨论法。自主学习：一、实验原理及知识准备 阅读下列学习资料并总结出其特点和作用：（一）、普通二极管和发光二极管固态电子器件中的半导体两端器件。起源于19世纪末发现的点接触二极管效应，发展于20世纪30年代，主要特征是具有单向导电性，即整流特性。利用不同的半导体材料、掺杂分布、几何结构，可制成不同类型的二极管，用来产生、控制、接收、变换、放大信号和进行能量转换。例如稳压二极管可在电源电路中提供固定偏压和进行过压保护；雪崩二极管作为固体微波功率源，用于小型固体发射机中的发射源；半导体光电二极管能实现光-电能量的转换，可用来探测光辐射信号；用作指示灯、文字-数字显示、光耦合器件、光通信系统光源等；肖特基二极管可用于微波电路中的混频、检波、调制、超高速开关、倍频和低噪声参量放大等。 按用途分：检波二极管、整流二极管、稳压二极管、开关管、光电管。按结构分：点接触型二极管、面接触型二极管发光二极管简称为led。由镓（ga）与砷（as）、磷（p）的化合物制成的二极管，当电子与空穴复合时能辐射出可见光，因而可以用来制成发光二极管，在电路及仪器中作为指示灯，或者组成文字或数字显示。磷砷化镓二极管发红光，磷化镓二极管发绿光，碳化硅二极管发黄光。发光二极管与普通二极管一样是由一个pn结组成，也具有单向导电性。当给发光二极管加上正向电压后，就能产生自发辐射的荧光。常用的是发红光、绿光或黄光的二极管。 、普通二极管和发光二极管 （）二极管具有导电性。 （）发光二极管除了具有单向导电性外，导电时还能。普通的发光二极管是用磷化镓和磷砷化镓等半导体材料制成，能直接将电能转化为 能。该类发光二极管的正向导通电压大于1.8v. （3）二极管有二根引脚，较长的是 极。发光二极管只有加上一定的 向电压，才能导通发光，工作电流只有几毫安，最大不得超过10ma。过大的电流会损坏二极管，在使用时必须 合适的限流电阻。（二）逻辑电路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。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、自动化和仪表等方面。这里我们主要说逻辑门电路。2、逻辑门电路包括与门，或门，非门。 （1）与逻辑对于与门电路，只要一个输入端输入为0，则输出端一定是 ，只有当所有输入端输入都同为 时，输出才是1. 符号图 （2）或逻辑对于或门电路，只要一个输入端输入为1，则输出一定是 ，反之，只有当所有输入端都为 时，输出端才是0. 符号图 （3）非门电路对于非门电路，当输入为0时，输出总是 ，当输入为1时，输出反而是 ，非门电路也称反相器。符号图 3、斯密特电路：斯密特触发器是特殊的 电路，当加在它的输入端a的电压逐渐上升到某个值 v时，输出端y会突然从高电平调到低电平 v，而当输入端a的电压下降到另一个值的时候 v，y会从低电平跳到高电平 v。斯密特触发器可以将连续变化的模拟信号转换为 的 信号，以实现开关功能。而这正是进行光控所需要的。 合作探究二、实验1、光控开关问题1、电路组成： 触发器， 电阻rg，发光二极管led模仿路灯，滑线变阻器r1，定值电阻r2，电路如图所示。问题2、电路图分析 （1）图中的接地符号表示电路的 ，并非与大地连接。5v电源的负极是与 连接的。 （2）在电子技术中，习惯上常用“电平”来描述逻辑电路的输入端和输出端的状态，其实，电平指的就是某个端点与“地”之间的 。或者说，如果以接地端的电势为0，那么电平表示的就是某个端点的 。（3）因为控制门电路的逻辑状态的物理量是输入端的 ，而不是电流或电阻，所以要将电阻r1与光敏电阻rg组成串联分压电路，反光敏电阻因光照面发生的 的变化，转换为 的变化，加到非门的输入端a。（4）控制灯光亮与灭需要的是一种跳变的开关量，面光敏电阻输出的是 变化的模拟量，所以要用 把模拟信号转换为数字信号。（5）r2是发光二极管的限流电阻，使通过它的电流不超过 ma。问题3、试分析其工作原理。问题4、要想在天更暗时路灯才会亮，应该把r1的阻值调大些还是调小些？为什么？问题5、用白炽灯模仿路灯，为何要用到继电器？并联二极管起什么作用？问题6、如图所示电磁继电器工作电路，图中虚线框内即为电磁继电器，d为动触点，e为静触点试分析电磁继电器的工作原理问题7、试说明控制电路的工作原理。三、实验2、温度报警器问题8、温度报警器的工作电路如图所示，的变化是如何引起a端电压变化的？问题9、试分析其工作原理。问题10、怎样使热敏电阻在感测到更高的温度时才报警？四、针对训练：1、可以用型号为74ls14的非门集成电路，发光二极管和限流电阻来组成一个逻辑电平检测器，电路如图所示。使用时，将检测器的输入端接到被测点。请分析：当被测点为高电平时，led是否发光？低电平时呢？说出道理。2、与门的输入端输入信号为何时，输出端输出“1”（ ）a.0 0 b.0 1 c.1 0 d.1 13、或门的输入端输入信号为何时，输出端输出“0”（ ）a.0 0 b.1 0 c.0 1 d.1 14、联合国安理会每个常任理事国都拥有否决权，假设设计一个表决器，常任理事国投反对票时输入“0”，投赞成或弃权时输入“1”，提案通过为“1”，通不过为“0”，则这个表决器应具有哪种逻辑关系（ ）a.与门 b.非门 c.或门 d.与非门5、图是一个复合门电路，由一个x门电路与一个非门组成.若整个电路成为一个与门，则x电路应是（ ）a.与门 b.或门 c.与非门 d.或非门6、“第5题”中的整个电路若成为一个或门，则x电路应是（ ）7、如图是一个三输入端复合门电路，当c端输入“1”时，a、b端输入为何时输出端y输出“1”（ ）a.0 0 b.0 1 c.1 0 d.1 18、如图所示，一个三输入端复合门电路，当输入为1 0 1时，输出为_.（填“0”或“1”）9、与非门可以改装成一个非门，方法为只用一个输入端如a端，而另一个输入端b端输入稳定信号，则为把与非门改装成非门，b端应始终输入_.（填“0”或“1”）五、学习总结、点评本节课主要学习了以下几个问题：1、光控开关2、温度报警器器传感器的应用实验 六、课余作业1、课下阅读教材附录，了解“一些元器件的原理和使用要点”。2、思考并回答“问题与练习”。参考答案典型例题：例1、解析：白天，光强度较大，光敏电阻g电阻值较小，加在斯密特触发器端的电压较低，则输出端输出高电平，发光二极管led不导通；当天色暗到一定程度时，g的阻值增大到一定值，斯密特触发器的输入端的电压上升到某个值(1.6v)，输出端突然从高电平跳到低电平，则发光二极管led导通发光(相当于路灯亮了)，这样就达到了使路灯天明熄灭，天暗自动开启的目的。例2、解析：常温下，调整1的阻值使斯密特触发器的输入端处于低电平，则输出端处于高电平，无电流通过蜂鸣器，蜂鸣器不发声；当温度高时，热敏电阻t阻值减小,斯密特触发器输入端电势升高，当达到某一值(高电平)，其输出端由高电平跳到低电平，蜂鸣器通电，从而发出报警声，1的阻值不同，则报警温度不同。针对训练：1.