辽宁省大连市高中物理 第6章 传感器 6.3 传感器的应用实验课件 新人教版选修32.ppt

导入新课 上节课我们学习了温度传感器 光传感器及其工作原理 请大家回忆一下我们学了哪些具体的温度 光传感器 天花板上的火灾报警器 电饭锅 鼠标器 非接触式红外测温仪 这节课我们将结合简单逻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 第三节传感器的应用实验 1 知识与技能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 教学目标 2 过程与方法通过实验的方法 让学生在组装和调试中 更为深入地认识传感器的应用 掌握逻辑电路的基本知识和基本应用 3 情感态度与价值观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 教学重点 传感器的应用实例 教学难点 由门电路控制的传感器的工作原理 教学重 难点 本节导航 1 实验1光控开关2 实验2温度报警器 1 实验1光控开关 晶体管 普通二极管具有 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二极管的正向导通电阻时 黑表笔应接二极管的 极 若发现阻值较大 则与黑表笔接触的是二极管的 极 单向 正 负 发光二极管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成 直接将 能转化为 能 电 光 发光二极管的电路图形符号 晶体三极管 晶体三极管能够把微弱的信号 常用的三极管是用 和 制成的 它有三个极 分别为 放大 硅 锗 发射极e 基极b 集电极c 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以至上百倍 三极管的放大作用表现为 的电流对 的电流起了控制作用 微弱 基极b 集电极c 三极管是在一块半导体基片上制作两个相距很近的pn结 两个pn结把正块半导体分成三部分 中间部分是基区 两侧部分是发射区和集电区 排列方式有pnp和npn两种 如图从三个区引出相应的电极 分别为基极b发射极e和集电极c 发射区和基区之间的pn结叫发射结 集电区和基区之间的pn结叫集电极 基区很薄 而发射区较厚 杂质浓度大 pnp型三极管发射区 发射 的是空穴 其移动方向与电流方向一致 故发射极箭头向里 npn型三极管发射区 发射 的是自由电子 其移动方向与电流方向相反 故发射极箭头向外 发射极箭头向外 发射极箭头指向也是pn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pnp型和npn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 逻辑电路 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0 只有当所有输入端输入都同为1时 输出才是1 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1 反之 只有当所有输入端都为0时 输出端才是0 非门电路 对于非门电路 当输入为0时 输出总是1 当输入为1时 输出反而是0 非门电路也称反相器 判断下列是什么门电路的真值表 有何特点 与门 或门 非门 什么是电平 电平 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 电平指的是某个端点与 地 之间的电压 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 斯密特触发器是具有特殊功能的非门 斯密特触发器 斯密特触发器是特殊的非门电路 当加在它的输入端a的电压逐渐上升到某个值1 6v时 输出端y会突然从高电平调到低电平0 25v 而当输入端a的电压下降到另一个值的时候0 8v y会从低电平跳到高电平3 4v 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需要的 输入1 6v 高电平 输出0 25v 低电平 输入0 8v 低电平 输出3 4v 高电平 斯密特触发器的特点 实验1 模仿路灯光控实验 电路组成 斯密特触发器 光敏电阻 发光二极管led模仿路灯 滑线变阻器 定值电阻 电路 工作原理 天明时 rg变小 流过r1的电流变大 a端输入电压降低到0 8v y会从低电平跳到高电平3 4v led上的电压低于正向导通电压1 8v led不会发光 当天色暗到一定程度时 rg变大 输入端a的电压升高到某一个值1 6v时 输出端y突然从高电平跳到低电平0 25v 此时加在led上的正向电压大于导通电压1 8v 二极管led发光 思考 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 特别提醒 要想在天暗时路灯才会亮 应该把r1的阻值调大一些 这样要使斯密特触发器的输入端a电压达到某个值1 6v 就需要rg的阻值达到更大 即天色更暗 在图乙中 用白炽灯模仿路灯 为何要用到继电器 乙 由于集成电路允许通过的电流较小 要用白炽灯泡模仿路灯 就要使用继电器来启闭工作电路 电磁继电器的工作原理 当线圈a中通电时 铁芯中产生磁场 吸引衔铁b向下运动 从而带动动触点d向下与e接触 将工作电路接通 当线圈a中电流为零时 电磁铁失去磁性 衔铁b在弹簧作用下拉起 带动触点d与e分离 自动切断工作电路 工作原理图 j是什么 ja是什么 继电器线圈未通电时处于断开状态的静触点 称为 常开触点 2 实验2温度报警器 结构组成 斯密特触发器 热敏电阻 蜂鸣器 变阻器 定值电阻 工作原理 常温下 调整r1的阻值使斯密特触发器的输入端a处于低电平 则输出端y处于高电平 无电流通过蜂鸣器 蜂鸣器不发声 当温度升高时 热敏电阻rt阻值减小 斯密特触发器输入端a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 蜂鸣器通电 从而发出报警声 r1的阻值不同 则报警器温度不同 特别提示 要使热敏电阻在感测到更高的温度时才报警 应该减小r1的阻值 r1阻值越小 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 课堂小结 1 二极管的特点和作用 单向导电性 发光二极管不但能单向导电性 还能发光 2 三极管的特点 能放大微弱的电流 3 斯密特触发器的特点和作用 触发器其实由6个非门电路组成 4 斯密特触发器的应用 光控电路 温度报警器 课堂练习 1 如图是利用光敏电阻自动计数的示意图 其中a是发光仪器 b是接收光信号的仪器 b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 解答 当传送带上没有物品挡住由a射向b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 当传送带上有物品挡住由a射向b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 实现自动计数的功能 2 烟雾散射式火灾报警器内装有发光二极管led 光电三极管和不透明的挡板 平常光电三极管收不到led发出的光 呈现 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 与传感器连接的电路检测出这种变化 就会发出警报 高 小 3 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 解答 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 教材习题答案 1 解答 1 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 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 2 解答 当非门的输入端a为高电平时 其输出端y则为低电平 于是发光二极管得到足够的电压而导通 发光 而当非们的输入端a为低电平时 其输出端y则为高电平 发光二极管两端的电压小于其导通电压 就不发光了 3 解答 本题有不同的设计方案 同学自由发挥