选修3-263传感器的应用实验导学案

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§6.3传感器的应用实验课型：实验课
【学习目标】
１、知道二极管的单向导电性和发光二极管的发光特性.
２、知道晶体三极管的放大特性.
３、掌握逻辑电路的基本知识和基本应用.
４、综合实验培养动手能力，体会物理知识实际中的应用.
【学习重点】：
1、了解斯密特触发器的工作特点，能够分析光控电路的工作原理。

2、温度报警器的电路工作原理。

【学习难点】：由门电路控制的传感器的工作原理。

【学习方法】：实验法、观察法、讨论法。

自主学习：
一、实验原理及知识准备阅读下列学习资料并总结出其特点和作用：
（一）、普通二极管和发光二极管
固态电子器件中的半导体两端器件。

起源于19世纪末发现的点接触二极管效应，发展于20世纪30年代，主要特征是具有单向导电性，即整流特性。

利用不同的半导体材料、掺杂分布、几何结构，可制成不同类型的二极管，用来产生、控制、接收、变换、放大信号和进行能量转换。

例如稳压二极管可在电源电路中提供固定偏压和进行过压保护；雪崩二极管作为固体微波功率源，用于小型固体发射机中的发射源；半导体光电二极管能实现光-电能量的转换，可用来探测光辐射信号；用作指示灯、文字-数字显示、光耦合器件、光通信系统光源等；肖特基二极管可用于微波电路中的混频、检波、调制、超高速开关、倍频和低噪声参量放大等。

按用途分：检波二极管、整流二极管、稳压二极管、开关管、光电管。

按结构分：点接触型二极管、面接触型二极管
发光二极管简称为LED。

由镓（Ga）与砷（AS）、磷（P）的化合物制成的二极管，当电子与空穴复合时能辐射出可见光，因而可以用来制成发光二极管，在电路及仪器中作为指示灯，或者组成文字或数字显示。

磷砷化镓二极管发红光，磷化镓二极管发绿光，碳化硅二极管发黄光。

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，就能产生自发辐射的荧光。

常用的是发红光、绿光或黄光的二极管。

１、普通二极管和发光二极管
（１）二极管具有＿＿＿＿＿＿导电性。

（２）发光二极管除了具有单向导电性外，导电时还能＿＿＿＿。

普通的发光二极管是用磷化镓和磷砷化镓等半导体材料制成，能直接将电能转化为能。

该类发光二极管的正向导通电压大于1.8v.
（3）二极管有二根引脚，较长的是极。

发光二极管只有加上一定的向电压，才能导通发光，工作电流只有几毫安，最大不得超过10mA。

过大的电流会损坏二极管，在使用时必须合适的限流电阻。

（二）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。

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。

这里我们主要说逻辑门电路。

2、逻辑门电路包括与门，或门，非门。

（1）与逻辑
对于与门电路，只要一个输入端输入为0，则输出端一定是，只有当所有输入端输入都同为时，输出才是1. 符号图
（2）或逻辑
对于或门电路，只要一个输入端输入为1，则输出一定是，反之，只有当所有输入端都为时，输出端才是0. 符号图
（3）非门电路
对于非门电路，当输入为0时，输出总是，当输入为1时，输出反而是，非门电路也称反相器。

符号图
3、斯密特电路：
斯密特触发器是特殊的电路，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的时候 V，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的信号，以实现开关功能。

而这正是进行光控所需要的。

合作探究
二、实验1、光控开关
问题1、电路组成：触发器，电阻R G，发光二极管LED
模仿路灯，滑线变阻器R1，定值电阻R2，电路如图所示。

问题2、电路图分析
（1）图中的接地符号表示电路的，并非与大地连接。

5V
电源的负极是与连接的。

（2）在电子技术中，习惯上常用“电平”来描述逻辑电路的输入端和输出端的状态，其实，电平指的就是某个端点与“地”之间的。

或者说，如果以接地端的电势为0，那么电平表示的就是某个端点的。

（3）因为控制门电路的逻辑状态的物理量是输入端的，而不是电流或电阻，所以要将电阻R1与光敏电阻R G组成串联分压电路，反光敏电阻因光照面发生的的变化，转换为的变化，加到非门的输入端A。

（4）控制灯光亮与灭需要的是一种跳变的开关量，面光敏电阻输出的是变化的模拟量，所以要用把模拟信号转换为数字信号。

（5）R2是发光二极管的限流电阻，使通过它的电流不超过 mA。

问题3、试分析其工作原理。

问题4、要想在天更暗时路灯才会亮，应该把R1的阻值调大些还是调小些？为什么？
问题5、用白炽灯模仿路灯，为何要用到继电器？并联二
极管起什么作用？
问题6、如图所示电磁继电器工作电路，图中虚线框内即
为电磁继电器，D为动触点，E为静触点．试分析电磁继电器的
工作原理．
问题7、试说明控制电路的工作原理。

三、实验2、温度报警器
问题8、温度报警器的工作电路如图所示，R T的变化是如何引起A端电压变化的？
问题9、试分析其工作原理。

问题10、怎样使热敏电阻在感测到更高的温度时才报警？
四、针对训练：
1、可以用型号为74LS14的非门集成电路，发光二极管和限流电阻来
组成一个逻辑电平检测器，电路如图所示。

使用时，将检测器的输入端
Ａ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。

2、与门的输入端输入信号为何时，输出端输出“1”（ ）
A.0 0
B.0 1
C.1 0
D.1 1
3、或门的输入端输入信号为何时，输出端输出“0”（ ）
A.0 0
B.1 0
C.0 1
D.1 1
4、联合国安理会每个常任理事国都拥有否决权，假设设计一个表决器，常任理事国投反对票时输入“0”，投赞成或弃权时输入“1”，提案通过为“1”，通不过为“0”，则这个表决器应具有哪种逻辑关系（ ）
A.与门
B.非门
C.或门
D.与非门
5、图是一个复合门电路，由一个x 门电路与一个非门组成.若整个电路成为一个与门，则x 电路应是（ ）
A.与门
B.或门
C.与非门
D.或非门
6、“第4题”中的整个电路若成为一个或门，则x 电路应是（ ）
7、如图是一个三输入端复合门电路，当C 端输入“1”时，A 、B 端输入为何时输出端Y 输出“1”（ ）
A.0 0
B.0 1
C.1 0
D.1 1
8、如图所示，一个三输入端复合门电路，当输入为1 0 1时，输出为___________.（填“0”或“1”）
9、与非门可以改装成一个非门，方法为只用一个输入端如A 端，而另一个输入端B 端输入稳定信号，则为把与非门改装成非门，B 端应始终输入___________.（填“0”或“1”）
五、学习总结、点评
本节课主要学习了以下几个问题：
六、课余作业
1、课下阅读教材附录，了解“一些元器件的原理和使用要点”。

1、光控开关
2、温度报警器器 传感器的应用实验
2、思考并回答“问题与
参考答案
典型例题：
例1、解析：白天，光强度较大，光敏电阻ＲG电阻值较小，加在斯密特触发器Ａ端的电压较低，则输出端Ｙ输出高电平，发光二极管LED不导通；当天色暗到一定程度时，ＲG的阻值增大到一定值，斯密特触发器的输入端Ａ的电压上升到某个值(1.6V)，输出端Ｙ突然从高电平跳到低电平，则发光二极管LED导通发光(相当于路灯亮了)，这样就达到了使路灯天明熄灭，天暗自动开启的目的。

例2、解析：常温下，调整Ｒ1的阻值使斯密特触发器的输入端Ａ处于低电平，则输出端Ｙ处于高电平，无电流通过蜂鸣器，蜂鸣器不发声；当温度高时，热敏电阻ＲT阻值减小,斯密特触发器输入端Ａ电势升高，当达到某一值(高电平)，其输出端由高电平跳到低电平，蜂鸣器通电，从而发出报警声，Ｒ1的阻值不同，则报警温度不同。

针对训练：
１、当被测点为高电平时，斯密特触发器输入端Ａ为高电平，则输出端Ｙ为低电平，故LED发光；当被测点为低电平时，Ａ即为低电平，则输出端Ｙ为高电平，LED不发光。

时才报警，应减小Ｒ1的阻值，Ｒ1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小，即温度越高。

（注：素材和资料部分来自网络，供参考。

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