傳感器的應用實(shí)驗教案
傳感器的應用實(shí)驗教案
傳感器的應用實(shí)驗學(xué)案：
【學(xué)習目標】
1、知道二極管的單向導電性和發(fā)光二極管的發(fā)光特性。
2、知道晶體三極管的放大特性。
3、掌握邏輯電路的基本知識和基本應用。
【學(xué)習重點(diǎn)】：傳感器的應用實(shí)例。
【 學(xué)習難點(diǎn)】：由門(mén)電路控制的傳感器的工作原理。
【教學(xué)過(guò)程】
一、問(wèn)題引入
上節課我們學(xué)習了溫度傳感器、光傳感器及其工作原理。請大家回憶一下我們學(xué)了哪些具體的溫度、光傳感器？
二、學(xué)習新課
閱讀下列學(xué)習資料總結二極管的特點(diǎn)和作用：
（一）、普通二極管和發(fā)光二極管
固態(tài)電子器件中的半導體兩端器件。起源于19世紀末發(fā)現的點(diǎn)接觸二極管效應，發(fā)展于20世紀30年代，主要特征是具有單向導電性，即整流特性。利用不同的半導體材料、摻雜分布、幾何結構，可制成不同類(lèi)型的二極管，用來(lái)產(chǎn)生、控制、接收、變換、放大信號和進(jìn)行能量轉換。例如穩壓二極管可在電源電路中提供固定偏壓和進(jìn)行過(guò)壓保護；雪崩二極管作為固體微波功率源，用于小型固體發(fā)射機中的發(fā) 射源；半導體光電二極管能實(shí)現光-電能量的轉換，可用來(lái)探測光輻射信號；半導體發(fā)光二極管能實(shí)現電-光能量的轉換，可用作指示燈、文字-數字顯示、光耦合器件、光通信系統光源等；肖特基二極管可用于微波電路中的混頻、檢波、調制、超高速開(kāi)關(guān)、倍頻和低噪聲參量放大等。 按用途分：檢波二極管、整流二極管、穩壓二極管、開(kāi)關(guān)管、光電管。按結構分：點(diǎn)接觸型二極管、面接觸型二極管
發(fā)光二極管簡(jiǎn)稱(chēng)為L(cháng)ED。由鎵（Ga）與砷（AS）、磷（P）的化合物制成的二極管，當電子與空穴復合時(shí)能輻射出可見(jiàn)光，因而可以用來(lái)制成發(fā)光二極管，在電路及儀器中作為指示燈，或者組成文字或數字顯示。磷砷化鎵二極管發(fā)紅光，磷化鎵二極管發(fā)綠光，碳化硅二極管發(fā)黃光。它是半導體二極管的一種，可以把電能轉化成光能；常簡(jiǎn)寫(xiě)為L(cháng)ED。發(fā)光二極管與普通二極管一樣是由一個(gè)PN結組成，也具有單向導電性。當給發(fā)光二極管加上正向電壓后，從P區注入到N區的空穴和由N區注入到P區的電子，在PN結附近數微米內分別與N區的電子和P區的空穴復合，產(chǎn)生自發(fā)輻射的熒光。不同的半導體材料中電子和空穴所處的能量狀態(tài)不同。當電子和空穴復合時(shí)釋放出的能量多少不同，釋放出的能量越多，則發(fā)出的光的波長(cháng)越短。常用的是發(fā)紅光、綠光或黃光的二極管。
閱讀下列學(xué)習資料總結三極管的特點(diǎn)和作用：
（二）、晶體三極管
晶體三極管，是半導體基本元器件之一，具有電流放大作用，是電子電路的核心元件。三極管是在一塊半導體基片上制作兩個(gè)相距很近的PN結，兩個(gè)PN結把正塊半導體分 成三部分，中間部分是基區，兩側部分是發(fā)射區和集電區，排列方式有 PNP和NPN兩種，如圖從三個(gè)區引出相應的電極，分別為基極b發(fā)射極e和集電極c。
發(fā)射區和基區之間的PN結叫發(fā)射結，集電區和基區之間的 PN結叫集電極�；鶇^很薄，而發(fā)射區較厚，雜質(zhì)濃度大，PNP型三極管發(fā)射區"發(fā)射"的是空穴，其移動(dòng)方向與電流方向一致，故發(fā)射極箭頭向里；NPN型三極管發(fā)射區"發(fā)射"的是 自由電子，其移動(dòng)方向與電流方向相反，故發(fā)射極箭頭向外。發(fā)射極箭頭向外。發(fā)射極箭頭指向也是PN結在正向電壓下的導通方向。 硅晶體三極管和鍺晶體三極管都有PNP型和NPN型兩種類(lèi)型。
晶體三極管具有電流放大作用，其實(shí)質(zhì)是三極管能以基極電流微小的變化量來(lái)控 制集電極電流較大的變化量。這是三極管最基本的和最重要的特性。我們將 ΔIc/ΔIb的比值稱(chēng)為晶體三極管的電流放大倍數，用符號“β”表示。電流放大倍數對于某一只三極管來(lái)說(shuō)是一個(gè)定值，但隨著(zhù)三極管工作時(shí)基極電流的變化也會(huì )有一定的改變。
（三）邏輯電路
邏輯電路是以二進(jìn)制為原理、實(shí)現數字信號邏輯運算和操作的電路。分組合邏輯電路和時(shí)序邏輯電路。前者的邏輯功能與時(shí)間無(wú)關(guān)，即不具記憶和存儲功能，后者的操作按時(shí)間程序進(jìn)行。由于只分高、低電平，抗干擾力強，精度和保密性佳。廣泛應用于計算機、數字控制、通信、自動(dòng)化和儀表等方面。這里我們主要說(shuō)邏輯門(mén)電路。
邏輯門(mén)電路符號圖包括與門(mén)，或門(mén)，非門(mén)，
1．與邏輯
對于與門(mén)電路，只要一個(gè)輸入端輸入為0，則輸出端一定是 ，只有當所有輸入端輸入都同為 時(shí)，輸出才是1.
2．或邏輯
對于或門(mén)電路，只要一個(gè)輸入端輸入為1，則輸出一定是 ，反之，只有當所有輸入端都為 時(shí)，輸出端才是0.
3.非門(mén)電路
對于非門(mén)電路，當輸入為0時(shí)，輸出總是 ，當輸入為1時(shí)，輸出反而是 ，非門(mén)電路也稱(chēng)反相器。
4.斯密特電路：
斯密特觸發(fā)器是特殊的 電路，當加在它的輸入端A的電壓逐漸上升到某個(gè)值 V時(shí)，輸出端會(huì )突然從高電平調到低電平 V，而當輸入端A的電壓下降到另一個(gè)值的時(shí)候 V，會(huì )從低電平跳到高電平 V。斯密特觸發(fā)器可以將連續變化的模擬信號轉換為 的 信號。而這正是進(jìn)行光控所需要的。
（四）、應用實(shí)例
1、光控開(kāi)關(guān)
電路組成： 觸發(fā)器， 電阻，發(fā)光二極管LED模仿路燈，滑線(xiàn)變阻器，定值電阻，電路如圖所示。
工作原理：
注意：要想在天暗時(shí)路燈才會(huì )亮，應該把R1的阻值調大一些 ，這樣要使斯密特觸發(fā)器的輸入端A電壓達到某個(gè)值1.6V，就需要RG的阻值達到更大，即天色更暗。
拓展：如果電路不用發(fā)光二極管來(lái)模擬，直接用在電路中，就必須用到電磁繼電器。如下圖。
2．溫度報警器（熱敏電阻式報警器）
結構組成：斯密特觸發(fā)器， 電阻，蜂鳴器，變阻器，定值電阻，如圖所示。
工作原理：
注意：要使熱敏電阻在感測到更高的溫度時(shí)才報警，應該減小R1的阻值，R1阻值越小，要使斯密特觸發(fā)器輸入達到高電平，則熱敏電阻阻值要求越小，即溫度越高。
五、課堂練習
1.與門(mén)的輸入端輸入信號為何時(shí)，輸出端輸出“1”（ ）
A.0 0 B.0 1 C.1 0 D.1 1
2.或門(mén)的輸入端輸入信號為何時(shí)，輸出端輸出“0”（ ）
A.0 0 B.1 0 C.0 1 D.1 1
3.聯(lián)合國安理會(huì )每個(gè)常任理事國都擁有否決權，假設設計一個(gè)表決器，常任理事國投反對票時(shí)輸入“0”，投贊成或棄權時(shí)輸入“1”，提案通過(guò)為“1”，通不過(guò)為“0”，則這個(gè)表決器應具有哪種邏輯關(guān)系（ ）
A.與門(mén) B.非門(mén) C.或門(mén) D.與非門(mén)
4.圖是一個(gè)復合門(mén)電路，由一個(gè)x門(mén)電路與一個(gè)非門(mén)組成.若整個(gè)電路成為一個(gè)與門(mén)，則x電路應是（ ）
A.與門(mén) B.或門(mén) C .與非門(mén) D.或非門(mén)
5.“第4題”中的整個(gè)電路若成為一個(gè)或門(mén)，則x電路應是（ ）
6.如圖是一個(gè)三輸入端復合門(mén)電路，當C端輸入“1”時(shí)，A、B端輸入為何時(shí)輸出端輸出“1”（ ）
A.0 0 B.0 1 C.1 0 D.1 1
7.如圖所示，一個(gè)三輸入端復合門(mén)電路，當輸入為1 0 1時(shí)，輸出為_(kāi)__________.（填“0”或“1”）
8.與非門(mén)可以改裝成一個(gè)非門(mén)，方法為只用一個(gè)輸入端如A端，而另一個(gè)輸入端B端輸入穩定 信號，則為把與非門(mén)改裝成非門(mén)，B端應始終輸入___________.（填“0”或“1”）
9、某些非電學(xué)量的測量是可以通過(guò)一些相應的裝置轉化為電學(xué)量來(lái)測量的，一電容的兩個(gè)極板放置在 光滑的水平平臺上，極板的面積為S，極板間的距離為d，電容器的電容公式為C=ES/d（E是常數但未知）.極板1固定不動(dòng)，與周?chē)^緣，極板2接地，且可以在水平平臺上滑動(dòng)，并始終與極板1保持平行，極板2的兩個(gè)側邊與勁度系數為、自然長(cháng)度為L(cháng)的兩個(gè)完全相同的彈簧相連，兩彈簧的另一端固定，彈簧L與電容垂直，如圖（1）所示.圖（2）是這一裝置的應用示意圖，先將電容器充電至電壓U后即與電源斷開(kāi)，再在極板2的右側的整個(gè)表面上施以均勻向左的待測壓強p，使兩極板之間的距離發(fā)生微小的變化，測得此時(shí)電容器兩極板間的電壓改變量為ΔU.設作用在電容板上的靜電力不致引起彈簧可測量的形變，試求：待測壓強p.
六、學(xué)習小結
本節課主要學(xué)習了以下幾個(gè)問(wèn)題：
1、二極管的特點(diǎn)和作用：
2、三極管的特點(diǎn)和作用：
3、斯密特觸發(fā)器的特點(diǎn)和作用：
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