遼寧省大連市高中物理 第6章 傳感器 6.3 傳感器的應(yīng)用實(shí)驗(yàn)課件 新人教版選修32.ppt

導(dǎo)入新課 上節(jié)課我們學(xué)習(xí)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 天花板上的火災(zāi)報(bào)警器 電飯鍋 鼠標(biāo)器 非接觸式紅外測溫儀 這節(jié)課我們將結(jié)合簡單邏輯電路中的知識學(xué)習(xí)由門電路以及傳感器控制的電路問題 第三節(jié)傳感器的應(yīng)用實(shí)驗(yàn) 1 知識與技能知道二極管的單向?qū)щ娦院桶l(fā)光二極管的發(fā)光特性 知道晶體三極管的放大特性 掌握邏輯電路的基本知識和基本應(yīng)用 教學(xué)目標(biāo) 2 過程與方法通過實(shí)驗(yàn)的方法 讓學(xué)生在組裝和調(diào)試中 更為深入地認(rèn)識傳感器的應(yīng)用 掌握邏輯電路的基本知識和基本應(yīng)用 3 情感態(tài)度與價(jià)值觀培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣 倡導(dǎo)以創(chuàng)新為主 實(shí)踐為重的素質(zhì)教育理念 教學(xué)重點(diǎn) 傳感器的應(yīng)用實(shí)例 教學(xué)難點(diǎn) 由門電路控制的傳感器的工作原理 教學(xué)重 難點(diǎn) 本節(jié)導(dǎo)航 1 實(shí)驗(yàn)1光控開關(guān)2 實(shí)驗(yàn)2溫度報(bào)警器 1 實(shí)驗(yàn)1光控開關(guān) 晶體管 普通二極管具有 導(dǎo)電性 在電子電路中有多種運(yùn)用 在用多用電表歐姆檔測量二極管的正向?qū)娮钑r(shí) 黑表筆應(yīng)接二極管的 極 若發(fā)現(xiàn)阻值較大 則與黑表筆接觸的是二極管的 極 單向 正 負(fù) 發(fā)光二極管除了具有單向?qū)щ娦酝?導(dǎo)電時(shí)還能發(fā)光 用磷鎵或磷砷化鎵等半導(dǎo)體材料制成 直接將 能轉(zhuǎn)化為 能 電 光 發(fā)光二極管的電路圖形符號 晶體三極管 晶體三極管能夠把微弱的信號 常用的三極管是用 和 制成的 它有三個極 分別為 放大 硅 鍺 發(fā)射極e 基極b 集電極c 傳感器輸出的電流或電壓很 用一個三極管可以放大幾十倍以至上百倍 三極管的放大作用表現(xiàn)為 的電流對 的電流起了控制作用 微弱 基極b 集電極c 三極管是在一塊半導(dǎo)體基片上制作兩個相距很近的pn結(jié) 兩個pn結(jié)把正塊半導(dǎo)體分成三部分 中間部分是基區(qū) 兩側(cè)部分是發(fā)射區(qū)和集電區(qū) 排列方式有pnp和npn兩種 如圖從三個區(qū)引出相應(yīng)的電極 分別為基極b發(fā)射極e和集電極c 發(fā)射區(qū)和基區(qū)之間的pn結(jié)叫發(fā)射結(jié) 集電區(qū)和基區(qū)之間的pn結(jié)叫集電極 基區(qū)很薄 而發(fā)射區(qū)較厚 雜質(zhì)濃度大 pnp型三極管發(fā)射區(qū) 發(fā)射 的是空穴 其移動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(qū) 發(fā)射 的是自由電子 其移動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(jié)在正向電壓下的導(dǎo)通方向 硅晶體三極管和鍺晶體三極管都有pnp型和npn型兩種類型 邏輯電路是以二進(jìn)制為原理 實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號邏輯運(yùn)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(qiáng) 精度和保密性佳 廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī) 數(shù)字控制 通信 自動化和儀表等方面 這里我們主要說邏輯門電路 邏輯電路 與邏輯 對于與門電路 只要一個輸入端輸入為0 則輸出端一定是0 只有當(dāng)所有輸入端輸入都同為1時(shí) 輸出才是1 或邏輯 對于或門電路 只要一個輸入端輸入為1 則輸出一定是1 反之 只有當(dāng)所有輸入端都為0時(shí) 輸出端才是0 非門電路 對于非門電路 當(dāng)輸入為0時(shí) 輸出總是1 當(dāng)輸入為1時(shí) 輸出反而是0 非門電路也稱反相器 判斷下列是什么門電路的真值表 有何特點(diǎn) 與門 或門 非門 什么是電平 電平 在電子技術(shù)中 習(xí)慣上常用 電平 來描述邏輯電路的輸入端和輸出端的狀態(tài) 其實(shí) 電平指的是某個端點(diǎn)與 地 之間的電壓 或者說 如果以接地端的電勢為零 那么電平表示的是某個端點(diǎn)的電勢 斯密特觸發(fā)器是具有特殊功能的非門 斯密特觸發(fā)器 斯密特觸發(fā)器是特殊的非門電路 當(dāng)加在它的輸入端a的電壓逐漸上升到某個值1 6v時(shí) 輸出端y會突然從高電平調(diào)到低電平0 25v 而當(dāng)輸入端a的電壓下降到另一個值的時(shí)候0 8v y會從低電平跳到高電平3 4v 斯密特觸發(fā)器可以將連續(xù)變化的模擬信號轉(zhuǎn)換為突變的數(shù)字信號 而這正是進(jìn)行光控所需要的 輸入1 6v 高電平 輸出0 25v 低電平 輸入0 8v 低電平 輸出3 4v 高電平 斯密特觸發(fā)器的特點(diǎn) 實(shí)驗(yàn)1 模仿路燈光控實(shí)驗(yàn) 電路組成 斯密特觸發(fā)器 光敏電阻 發(fā)光二極管led模仿路燈 滑線變阻器 定值電阻 電路 工作原理 天明時(shí) rg變小 流過r1的電流變大 a端輸入電壓降低到0 8v y會從低電平跳到高電平3 4v led上的電壓低于正向?qū)妷? 8v led不會發(fā)光 當(dāng)天色暗到一定程度時(shí) rg變大 輸入端a的電壓升高到某一個值1 6v時(shí) 輸出端y突然從高電平跳到低電平0 25v 此時(shí)加在led上的正向電壓大于導(dǎo)通電壓1 8v 二極管led發(fā)光 思考 要想在天更暗時(shí)路燈才會亮 應(yīng)該把r1的阻值調(diào)大些還是調(diào)小些 為什么 特別提醒 要想在天暗時(shí)路燈才會亮 應(yīng)該把r1的阻值調(diào)大一些 這樣要使斯密特觸發(fā)器的輸入端a電壓達(dá)到某個值1 6v 就需要rg的阻值達(dá)到更大 即天色更暗 在圖乙中 用白熾燈模仿路燈 為何要用到繼電器 乙 由于集成電路允許通過的電流較小 要用白熾燈泡模仿路燈 就要使用繼電器來啟閉工作電路 電磁繼電器的工作原理 當(dāng)線圈a中通電時(shí) 鐵芯中產(chǎn)生磁場 吸引銜鐵b向下運(yùn)動 從而帶動動觸點(diǎn)d向下與e接觸 將工作電路接通 當(dāng)線圈a中電流為零時(shí) 電磁鐵失去磁性 銜鐵b在彈簧作用下拉起 帶動觸點(diǎn)d與e分離 自動切斷工作電路 工作原理圖 j是什么 ja是什么 繼電器線圈未通電時(shí)處于斷開狀態(tài)的靜觸點(diǎn) 稱為 常開觸點(diǎn) 2 實(shí)驗(yàn)2溫度報(bào)警器 結(jié)構(gòu)組成 斯密特觸發(fā)器 熱敏電阻 蜂鳴器 變阻器 定值電阻 工作原理 常溫下 調(diào)整r1的阻值使斯密特觸發(fā)器的輸入端a處于低電平 則輸出端y處于高電平 無電流通過蜂鳴器 蜂鳴器不發(fā)聲 當(dāng)溫度升高時(shí) 熱敏電阻rt阻值減小 斯密特觸發(fā)器輸入端a電勢升高 當(dāng)達(dá)到某一值 高電平 其輸出端由高電平調(diào)到低電平 蜂鳴器通電 從而發(fā)出報(bào)警聲 r1的阻值不同 則報(bào)警器溫度不同 特別提示 要使熱敏電阻在感測到更高的溫度時(shí)才報(bào)警 應(yīng)該減小r1的阻值 r1阻值越小 要使斯密特觸發(fā)器輸入達(dá)到高電平 則熱敏電阻阻值要求越小 即溫度越高 課堂小結(jié) 1 二極管的特點(diǎn)和作用 單向?qū)щ娦?發(fā)光二極管不但能單向?qū)щ娦?還能發(fā)光 2 三極管的特點(diǎn) 能放大微弱的電流 3 斯密特觸發(fā)器的特點(diǎn)和作用 觸發(fā)器其實(shí)由6個非門電路組成 4 斯密特觸發(fā)器的應(yīng)用 光控電路 溫度報(bào)警器 課堂練習(xí) 1 如圖是利用光敏電阻自動計(jì)數(shù)的示意圖 其中a是發(fā)光儀器 b是接收光信號的儀器 b中的主要元件是光電傳感器 光敏電阻 試簡要敘述自動計(jì)數(shù)的原理 解答 當(dāng)傳送帶上沒有物品擋住由a射向b的光信號時(shí) 光敏電阻的阻值變小 供給信號處理系統(tǒng)的電壓變低 當(dāng)傳送帶上有物品擋住由a射向b的信號時(shí) 光敏電阻的阻值變大 供給信號處理系統(tǒng)的電壓變高 這種高低交替變化的信號經(jīng)過信號處理系統(tǒng)的處理 就會自動將其轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的數(shù)字 實(shí)現(xiàn)自動計(jì)數(shù)的功能 2 煙霧散射式火災(zāi)報(bào)警器內(nèi)裝有發(fā)光二極管led 光電三極管和不透明的擋板 平常光電三極管收不到led發(fā)出的光 呈現(xiàn) 電阻狀態(tài) 當(dāng)有煙霧時(shí)因其對光的散射作用 使部分光線照射到光電三極管上 其電阻變 與傳感器連接的電路檢測出這種變化 就會發(fā)出警報(bào) 高 小 3 在電熨斗中裝有雙金屬片溫度傳感器 請簡要敘述一下電熨斗如何自動控制溫度 解答 雙金屬片的膨脹系數(shù)不同 上層金屬的膨脹系數(shù)大于下層的金屬 當(dāng)溫度變化時(shí) 由于雙金屬片的膨脹系數(shù)不同從而控制電路的通斷 以達(dá)到控制溫度的目的 教材習(xí)題答案 1 解答 1 門關(guān)閉時(shí) 干簧管內(nèi)兩個簧片被磁化而吸合 使觸發(fā)器 非門 的輸入端為低電平 則器輸出端為高電平 與電源的電壓很接近 于是蜂鳴器兩端的電壓很小 不會發(fā)聲 若盜賊將門打開 水磁體就遠(yuǎn)離干簧管 因而兩個簧片分離 使觸發(fā)器 非門 的輸入端變?yōu)楦唠娖?則其輸出端變?yōu)榈碗娖?于是蜂鳴器兩端達(dá)到了工作電壓就發(fā)出叫聲報(bào)警 2 解答 當(dāng)非門的輸入端a為高電平時(shí) 其輸出端y則為低電平 于是發(fā)光二極管得到足夠的電壓而導(dǎo)通 發(fā)光 而當(dāng)非們的輸入端a為低電平時(shí) 其輸出端y則為高電平 發(fā)光二極管兩端的電壓小于其導(dǎo)通電壓 就不發(fā)光了 3 解答 本題有不同的設(shè)計(jì)方案 同學(xué)自由發(fā)揮