选修3-2第六章传感6.4传感器的应用实验.ppt

1、2020/8/5，1，选修3-2，第6章，传感器，6.4，传感器的应用实验，2020/8/5，2，教学目标，了解二极管的单边电导率和发光二极管的发光特性，了解晶体管的放大特性，掌握逻辑电路的基础知识和应用，通过综合实验培养动手能力，在实践中实现物理知识。2.温度报警器的电路工作原理。【教学难点】:门电路控制传感器的工作原理。2020/8/5，3，教学方法:实验方法，观察方法，讨论方法，2020/8/5，4，1晶体二极管，1)普通二极管的基本结构：二极管是由一个PN结组成的半导体器件，即一个PN结加上一个或两个电极引线制成一个管芯，用管壳封装。P型区域的引出线称为正极或阳极，N型区域的引出线称为

2、负极或阴极，如图1所示。如图1，2020/8/5，5，2)晶体二极管的特性是什么，a)主要特性是单向导电性，即整流特性。b)通过使用不同的半导体材料、掺杂分布和几何结构，可以制造不同类型的二极管，用于产生、控制、接收、转换、放大信号和进行能量转换。c)当施加直流电压时，正向特性初始部分的直流电压太小，无法克服PN结中电场的阻挡效应，正向电流几乎为零，这称为死区。这种不能接通二极管的直流电压称为死区电压。当直流电压大于死区电压时，PN结中的电场被克服，二极管导通，电流随着电压的增加而迅速上升。在正常使用的电流范围内，二极管导通时，其端电压几乎保持不变。这个电压被称为二极管的直流电压。d)当施加的

3、反向电压不超过一定范围时，通过二极管的电流是由少数载流子的漂移运动形成的反向电流。因为反向电流非常小，所以二极管处于关断状态。2020/8/5，6，3)用万用表判断二极管的正负极，普通二极管的彩色端标记一极为负极；2020/8/5，7，1)指针通用判断法：将万用表设在R1K位置，将红色和黑色探头分别连接到二极管的两个电极上，两个方向测得的阻抗相差很大。当测得的电阻较小时，黑色探针连接到二极管的阳极。(注：使用万用表电阻测试时，仪表中电池的正极连接到电池的负极上)，2020/8/5，8，2)数字万用表的判断方法：也可以用电阻1K档测量，当电阻小时，二极管的负极应连接到黑色探头上，因为数字通用黑色

4、探头与电池的负极相连。2020/8/5/9，实验：二极管的伏安特性曲线，2020/8/5/10，主要参数：反向恢复时间是反映开关管特性的参数。开关二极管的开关时间是开关时间和反向恢复时间的总和。开关时间是指开关二极管从关断到导通所需的时间，开关时间非常短，通常可以忽略不计。反向恢复时间是从指导到截止时间的时间，反向恢复时间比开放时间长得多。通常，硅开关二极管的反向恢复时间小于3ns10ns反向击穿电压，这意味着开关二极管两端的反向电压超过规定值，这使得二极管可能击穿。最大反向工作电压是指施加在开关管两端的反向电压不能超过规定的允许值。正向电流是指当开关二极管在正向工作电压下工作时，允许通过开关

5、管的正向电流。2020/8/5，11，2)发光二极管，简称发光二极管。由镓(Ga)、砷(AS)和磷(P)的化合物制成的二极管在电子和空穴复合时可以发出可见光，因此它们可以用作发光二极管、电路和仪器中的指示灯，或者用作文本或数字显示器。磷化镓二极管发出红光常用的是红色、绿色或黄色发光二极管。2020/8/5/12，原理上，它是一种半导体二极管，能将电能转换成光能。像普通二极管一样，发光二极管由PN结组成，并且具有单向导电性。当向发光二极管施加直流电压时，从磷区注入到氮区的空穴和从氮区注入到磷区的电子分别在靠近PN结的几微米内与氮区的电子和磷区的空穴复合，导致荧光的自发发射。不同半导体材料中电子和

6、空穴的能态是不同的。当电子和空穴复合时，释放的能量是不同的。释放的能量越多，发出的光的波长就越短。常用的是红色、绿色或黄色发光二极管。2020/8/5/13，判断发光二极管的正负极，发光二极管的长腿为正，短腿为负。如果脚的长度相同，发光二极管内部的大点是负极，小点是正极。一些发光二极管具有小平面，并且小平面附近的引线是负电极。2020/8/5/14，万用表：红笔接，黑笔接-；测量发光二极管时，不能测量低势垒，但可以使用RX10K齿轮，两个探针接触二极管的两级。如果电阻小，黑色探针连接到正极，电阻大，而黑色探针连接到负极。一般来说，应该串联一个470电阻降压电阻，以防止当发光二极管连接到TTL组

7、件时损坏设备。2020/8/5，15，2晶体管，全称应该是半导体晶体管，也叫双极晶体管，晶体管，是一种控制电流的半导体器件，它的功能是把微弱的信号放大成幅度较大的电信号，它也用作非接触开关。晶体管是半导体的基本元件之一，具有电流放大功能，是电子电路的核心元件。三极管是在半导体衬底上制作的，两个PN结彼此非常接近。两个PN结将整个半导体分成三个部分，中间部分是基极区，两侧是发射极区和集电极区。排列方式为PNP和NPN。2020/8/5，16，放大电路，三极管的主要功能是电流放大，放大电路，IE=Ib Ic，1=Ic/Ib，1-称为DC放大系数，三极管有三个极点：基极，集电极，发射极，集电极电流I

8、c的变化与基极电流Ib的变化之比：=Ic/Ib型-，2020/8/5，17，3门，1)用于实现基本逻辑运算和复合逻辑运算的单元电路称为门电路。2)常用门电路的逻辑功能是与门、或门、非门、与非门、或非门、与或非门和异或门。3)“门”是一种电路，它规定只有当每个输入信号满足一定的逻辑关系时，信号才能输出。通常有三种门电路：与门、或门和非门(反相器)。从逻辑关系来看，门电路的输入或输出只有两种状态，没有信号用“0”表示，有些信号用“1”表示。也可以规定低电平为“0”，高电平为“1”，这叫做正逻辑。相反，如果高电平为“0”，低电平为“1”，则称为负逻辑2020/8/5，18，门真值表2020/8/5，

9、19，或门真值表2020/8/5，20，非门真值表2020。该器件可以像普通与非门一样工作，也可以用作施密特触发器。2020/8/5/22，施密特触发器的特性。当输入端作为非门并联连接时，它们的输入和输出特性如下：当输入电压V1上升到VT电平时，触发器翻转并输出负跳变；经过一段时间后，当输入电压降至VT电平时，输出不会返回初始状态，但当输入V1继续降至VT电平时，输出只会翻转到高电平(正跳变)。这种现象被称为滞后特性，VTVT=VT。VT被称为施密特触发器的滞后电压。VT与集成电路的电源电压有关。当电源电压增加时，电压值略有增加，一般电压值约为3V。由于施密特触发器具有电压的迟滞特性，所以常用于整形脉冲波形，使波形的上升沿或下降沿变陡；它也可用于电压幅度鉴别。2020/8/5，23，5光开关，原理图2-38显示了一种光开关电路，可用于一些走廊、路灯等公共场所。通过光敏电阻，它会在天黑时自动开灯，天亮时关闭。在电路中，VS1是晶闸管，R1是光敏电阻。当灯亮时，光敏电阻R1的电阻小，经220伏交流电压的VD1整流后的单向脉冲DC电压经RP1和R1分压后小，