77简单的逻辑电路传感器的应用

1、第七课时 简单的逻辑电路 传感器的应用 考点剖析 教学要求】 1通过门电路 , 初步了解逻辑电路的基本原理以 及在自动控制中的应用。 2初步了解集成电路的基本作用。 【知识再现】 一、简单的逻辑电路 1 门电路的概念 在日常生活中任一事物的发生、发展都遵循 着一定的规律性，或者说存在着一定的因果关系。 这种一定的规律性或因果关系就是逻辑。 在数字电子技术中尤其侧重双值逻辑问题，双 值逻辑关系在日常生活中比比皆是，如真与假 有 与无是与非、好与坏、高与低、上与下等。与之 相对应 在逻辑运算中 二进制运算总是取 “0与”“1” 两个值来反映这两种可能性。 一般用两个不同电位的脉冲来代表 “0和”

2、“1。” 因而人们就可以借助电路来完成这种逻辑运算 。 能完成逻辑运算的电路叫逻辑电路。由于这种电路 又像一扇 “门”那样依一定的条件 “开与关 ” 门电路 就像一扇门，当具备开门条件时，输出端就有一个 信号输出；反之，门关闭，就有另一个信号输出。 因而又称门电路，通常也叫开关电路。 2门电路的种类 （1）与门电路：当决定一件事情 （ 果） 的各个（两个） 条件（ 因）全部具备这一件事情就会发生，这种因 果关系，我们称之为“与”逻辑关系 如：安全恒温器。在 “ 与 ” 门的两个输入端分 别接上一个水位传感器和水 温传感器 , 只有当水充满水 如：一个并联电路中电灯在干路上 ,而不是在 支路上

3、,当任何一个支路上的 开关接合的时候电路都会使 得电灯亮 （也就是当其中任何 一个条件满足时， 事情才会成 立 . 在日常生活中或逻辑关系也是常见的，例如 有的摩托车采用遥控点火和手动点火两种方式起 动就是采用的 “或”门电路 （3）非门电路 ：输出状态和输入状态呈相反的逻辑关 系，叫做“非”逻辑。 如：如图所示电路中， ， 开关 A 闭合与灯 L 亮的关 系就是非逻辑关系。 因为开 关A （条件）闭合灯 L（结果）就熄灭，开关 A 断开，灯 L 就亮。非门电路也称为反相器。斯密特 触发器是具有特殊功能的非门。 二、 传感器的应用 1实验目的：初步了解传感器的应用 2实验原理： 传感器是将它感

4、受到的物理量 （ 如光、 热、力等）转换成便于测量的量 （ 一般是电学量 ）热 电传感器主要利用热敏电阻将热信号转变成电信 号，光电传感器是利用光敏电阻将光信号转变成电 信号 热敏电阻是由半导体材料制成的，常态时其阻 值约为 10 k ，其电阻率随温度的变化而迅速变化， 温度升高时，其电阻率显著减小 光敏电阻也是由半导体材料制成的，其电阻率 在光照射下显著减小在没有光照射下其阻值可以 达到几十 M ，在一般室内照射下，电阻可以降到 几 k利用多用电表的欧姆挡测量不同温度下热 敏电阻的阻值以及不同光照条件下光敏电阻的阻 值，就可以了解热敏电阻随温度的变化规律以及光 敏电阻随光照的变化规律 箱 ,

5、 水箱中的温度低于某一温度时 , 与 门的 3实验器材：（略） 4 实验步骤：（略） 输出端给电热水器开关输入一个导通信号 , 电热 水器的加热开关才会接通电源 , 对水箱中的水进 重点突破 行加热 知识点一 门电路的选择 按不同要求，应用相应的传感器和门电路。 （2）或门电路： 当决定一件事情 （ 果）的各个条件 （ 因） 中，只要具备一个或者一个以上的条件这一件事 情就会发生。这种因果关系我们称之为“或逻辑 关系”。 【应用 1】大多楼道灯具有这样的功能：天黑时， 出现声音它就开启，而在白天，即使有声音它也没 有反应。 （1）控制电路中接入了哪几种传感器？ （2）这几种传感器来的信号，应通

6、过哪几种门电 路后，再进入执行电路？ 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 导示 : （1） 接入了两种传感器：光传感器（通常用 跳到低电平，蜂鸣器通电，从而发出报警声， 1 的是光敏电阻） ；声传感器（通常用的是微型驻极 的阻值不同，则报警温度不同 要使热敏电阻在感测到更高的 体话筒） （2） 因为点亮楼道灯需要同时具备两个条件， 即足够 暗的光照和足够大的声音，所以要使用与门 温度时才报警，应减小 1的阻值， 1 阻值越小， 要使斯密特触发器输入端达到高电平，则热敏电阻 阻值要求越

7、小，即温度越高。 知识点三 物理量的转化测量 知识点二 斯密特触发器 传感器是将非电学量转化为电学量，然后进行 斯密特触发器是非门电路，它的应用较广泛。 【应用 2】可以用型号为 74LS14 的非门集成电路， 发光二极管 LED 和限流电阻 R=330 来组成一个 显示或进行自动控制，或进行放大处理 逻辑电平检测器，电 路如图所示。图中的 S 为斯密特触发器， 斯密特触发器是具有特殊功能的非门。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。 导示 : 当被测点为高电平时， 斯密特触发器输入端 为高电平，则输出端为 低电平，故

8、LED 发光；当 被测点为低电平时，即为 【应用 2】 在探究课上，赵明和李青两位同学分 别设计了如甲、乙两图所示的电子秤。所用器材相 同，电源电动势为 E，内阻不计。可变电阻长为 L， 电阻为 R。弹簧导电，劲度系数为 k，其电阻不计。 连接甲图中的电压表的导线可自由伸缩。不测量时 指针 P 均在 a 处（如图中虚线所示） 。使电压表的 示数与所称的重力对应便成为电子秤。 （1）不称重 时，甲、乙两图中的电压表示数分别是多大？（2） 分别写出对应于甲、 乙两种设计所称重力 G 与电压 表的示数 u 以及 E、 k、L 的关系式。（ 3）比较甲、 乙两个电路，哪一个比较好？为什么？（4）设想

9、两种设计的电子秤测重力时可能出现的问题（只要 提出问题，不必解答）？ 低电平，则输出端为高电平， LED 不发光。 【应用 3】 温度报警器电路如图所示，请说明其 工作原理。 导示 :常温下，调整 1 的阻值使斯密特触发器的 导示 : 从图上可以看出， 随着重力的增加，弹簧就 输入端处于低电平，则输出端处于高电平，无 要缩短，带着指针下移，电路发生变化，电压表读 数也相应变化，从电压表的读数就可以知道重力的 大小。甲图的电压表是测量 ap 电阻之间的电压 U1。 U 1： E=x 1： L ， G 1=kx 1。乙图的电压表是测量 bp 电阻之间的电压 U2。U2：E=（L-x2）：L，G2=

10、kx 2。 所以各小题参考答案： （1）甲： 0，乙：E。（ 2）甲： G=kL/E ，乙： G=kL （E-U ） /E。（ 3）甲好，重力 与电压表示数成正比，表的刻度均匀。 （4 ）重力太 后，随着温度的升高，其电阻率先变小后增大，那 么它的功率先变大，后变小，温度保持在在 t1 至 t2 的某一值不变，这时候电路处于稳定状态，如果温 度再升高，电阻率变大，导致电流变小，温度就会 降下来；如果温度降低，电阻率减小，导致电流变 大，温度就会升上去，所以本题正确答案为A、C 。 成功体验 1（08 淮阴月考） 如 小读不出；重力太大超出量程。 自动控制、 自动测量在生活中越 来越普遍了。紧密

11、联系生活是新课标的精神之一， 也是亮点之一。本题巧妙地将电阻与长度的关系与 弹簧弹力与长度的关系紧密联系在一起，从而设计 出电子秤。这种联系的观点在创新过程中必不可 少。 图所示是由基本逻 辑电路构成的一个 公路路灯自动控制 电路，图中虚线框内 M 是一 只感应元件， 虚线框 N 中使用的是门电路。则（ 知识点二 传感器特性示例 【应用 3】家用电热灭蚊器中 电热部分的主要部件是 PTC 元 件，PTC 元件是由酞酸钡等半导 体材料制成的电阻器，其电阻率 与温度的关系如图所示，由于这 种特性， PTC 元件具有发热、控 温两重功能，对此以下说法中正确的是（ A 通电后其功率先增大后减小 B 通

12、电后其功率先减小后增大 C当其产生的热 量与散发的热量相等时， 温度保持在 t1至 t2 的某一 值不变 D当其产生的热量与散发的热量相等时，温度保 持在 t1或 t2 不变 导示 : 根据 PTC 元件的电阻率随温度变化的曲线， 可知在常温下，它的电阻是相当小的，通入电流以 A M 为光敏电阻， N 为与门电路 B M 为光敏电阻， N 为非门电路 C M 为热敏电阻， N 为非门电路 D M 为热敏电阻， N 为或门电路 2 如图是火警报警器 电路的示意图， 其中 R3为用半导体热敏材料制成的传感器， 半导体热敏材料的电阻率随温度的升高而 增大，值班室的显示器为电路中的电流表， 这种 电源

13、两 极之间 接一报 警器， 当传感 器 R3 所 在处出 现火情时， 电压 U 的变化情况（ AI变大， U变小 CI 变小， U 变小 3如图所示的电路图是一个 应用“非”门构成一个简易火 警报警电路， 则图中 X 框、Y 显示器的电流 I，报警器两端的 ） B I 变小， U 变大 D I 变大， U 变大 框中应是 （ ） A X 为热敏电阻， Y 为可变电阻 B X 为可变电阻， Y 为热敏电阻 C X 为热敏电阻， Y 为开关 D X、 Y 均为热敏电阻 4如图所示， R1、 R2为定值电阻， L 为小灯泡， R3为光敏电阻， 当照射光强 度增大时，（ ） A 电压表的示数增大 B

14、R2中电流减小 C小灯泡的功率增大 D电路的路端电压增大 5（ 07扬州市模） 某位移传感器的工作原理如图甲 所示， 物体 M 在导轨上平移时， 带动滑动变阻器的 金属杆 P，通过理想电压表显示的数据来反映物体 的位移 x。设电源电动势为 E ，内阻不计，滑动变 阻器的长度为 L，物体 M 以 O 点为平衡位置做简谐 运动 （取向右为正方向 ），振幅为 L/2， 物体经过 O 点时 P 恰好位于滑动变阻器的中点。 若电压表的示 数 U 随时间 t 的变化关系如图乙所示，则下列说法 中正确的是（ ） A 在 t1 时刻 M 具有正方向最大速度 B在 t2时刻 M 的速度为零 C在 t1时刻到 t

15、2 时刻时间内， M 的加速度先减小 后增大 D在 t1 时刻到 t2 时刻时间内， M的 加速度先增大后 减小 增大， R2两端电压要增大， I 增大。故选 D 。 3 Y 为热敏电阻，温度高时电阻小， A 点电势低， 经过非门电路电势变高，电铃响；改变可变电阻阻 值可设定报警温度。故选 B 。 4当光强度增大时， R3 阻值减小，外电路电阻随 R3 的减小而减小， R1 两端电压因干路电流增大而增 大，同时内电压增大，故电路路端电压减小，而电 压表的示数增大， A 项正确， D 项错误；由路端 电压减小，而 R1 两端电压增大知， R2 两端电压必 减小，则 R2 中电流减小，故 B 项正确；结合干路 电流增大知流过小灯泡的电流必增大，则小灯泡的 功率增大故选 ABC 。 5A D 6达到动态平衡时有 qvB=qE=qU/hB=U/vh I=nevS=nevhd vh=I/ned B=Udne/I 6有一个未知的匀强磁场，用如下方法测其磁感