高中物理人教版2第六章传感器3实验传感器的应用 一等奖

4传感器的应用实验

整体设计

教学分析

传感器在实际应用中，大多情况是用来完成一定控制任务的，本节使用常见的少量电子元器件，组装实用的光控开关和温度报警电路。目的是使学生动手体会传感器的应用，培养组装和调试电子电路的能力。本实验可行性强，电路简单，容易操作，元件可以反复使用。实验使用的元器件符合现在市场发展水平，教学理念先进，用集成数字电路实现控制功能。能够帮助学生了解现在电子行业的发展层次，加强理论联系实际，树立学以致用的教育理念。

教学目标

1．识别各种晶体管、逻辑集成电路块、集成电路实验板，知道各种元器件的性能和引脚关系。

2．了解光控开关电路及控制原理，会组装光控开关。

3．了解温度报警器及控制原理，会组装温度报警器。

4．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。

5．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。

教学重点难点

1．传感器的应用实例。

2．由门电路控制的传感器的工作原理。

教学方法与手段

PPT课件；演示实验；讲授。

课前准备

教学媒体

斯密特触发器或非门电路，二极管，三极管，蜂鸣器，滑线变阻器，热敏电阻，光敏电阻。

知识准备

介绍发光二极管、74LS14集成电路块、集成电路实验板(面包板)等元件的功能和作用，以及如何识别这些元件的外部引脚。

教学过程

导入新课

[事件1]

教学任务：创设情景，导入新课。

问题展示：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。

思考并回答：电饭锅、测温仪、鼠标器、火灾报警器。

导入新课

随着人们生活水平的提高，传感器在工农业生产中的应用越来越广泛，如走廊里的声、光控开关，温度报警器，孵小鸡用的恒温箱，路灯的自动控制，银行门口的自动门等，都用到了传感器。传感器的工作离不开电子电路，传感器只是把非电学量转换成电学量，对电学量的放大、处理均是通过电子元件组成的电路来完成的。

这节课我们就来动手组装光控开关或温度报警器。

推进新课

[事件2]

教学任务：相关元件的作用功能及其工作原理。

师生活动：

在我们学习这些知识之前，先要学习一些相关的元件的作用、功能及其工作原理。

1.发光二极管

发光二极管

发光二极管简称为LED，如下图所示。发光二极管与普通二极管一样是由一个PN结组成，也具有单向导电性。当给发光二极管加上正向电压后，从P区注入N区的空穴和由N区注入P区的电子，在PN结附近数微米内分别与N区的电子和P区的空穴复合，产生自发辐射的荧光。不同的半导体材料中电子和空穴所处的能量状态不同。当电子和空穴复合时释放出的能量多少不同，释放出的能量越多，则发出的光的波长越短。常用的是发红光、绿光或黄光的二极管。

[演示]

实验

检测发光二极管

按照图1连接电路使发光二极管工作，电源为3 V的电池组，串联的限流电阻R可取220 Ω或270 Ω，接通开关，二极管就会发光，这时通过它的电流约为几毫安。如果将电源改为V，二极管就不发光了，因为这类发光二极管正向导通电压大于V。

发光二极管的工作电路用欧姆表检测发光二极管

观察与描述：学生观察实验，逐一描述实验现象，其他学生补充和修正。

思考：正向导通电压是多少？实验中为何要串联一电阻R?

学生预测：正向导通电压大于V，普通发光二极管工作电流只需要几毫安，最大不得超过10 mA。过大的电流会损坏发光二极管，因此，在使用时必须串联合适的限流电阻R。

总结：(1)二极管具有单向导电性。

(2)发光二极管除了具有单向导电性外，导电时还能发光，普通发光二极管使用磷化镓或磷砷化镓等半导体材料制成，直接将电能转化为光能，该类发光二极管工作电流只需要几毫安，最大不得超过10 mA，正向导通电压大于V。

随堂练习1：①普通二极管具有导电性，在电子电路中有多种运用，在用多用电表欧姆挡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。

②发光二极管除了具有单向导电性外，导电时还能发光，用磷化镓或磷砷化镓等半导体材料制成，直接将能转化为能。

答案：①单向阳阴②电光

2．晶体三极管

晶体三极管是电子电路的核心元件，具有电流放大作用。其实质是三极管能以基极电流微小的变化量来控制集电极电流较大的变化。

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结把整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，如下图所示，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。

总结：(1)三极管具有电流放大作用。

(2)晶体三极管能够将微弱的信号放大，三极管的三个极分别是发射极e，基极b和集电极c。

(3)传感器输出的电流和电压很小，用一个三极管可以放大几十倍或几百倍，三极管的放大作用表现为基极b 的电流对集电极c的电流起了控制作用。

随堂练习2：①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、、。

②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。

2．逻辑电路

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。逻辑门电路包括与门，或门，非门。

(1)与门：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。

(2)或门：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。

(3)非门：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。

(4)斯密特电路

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V时，输出端Y会突然从高电平调到低电平V，而当输入端A的电压下降到另一个值V的时候，Y会从低电平跳到高电平V。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。对于斯密特触发器的性能描述，可用下图所示的图象来描述。

随堂练习3：试判断下列各是什么门电路的真值表？各有何特点？

输入输出

A B Y

0 0 0

0 1 0

(与)__门

(或)__门