12电子控制系统的组成和工作过程

R 时， R 的阻值变得很小，三极管截止，发光二
极管就熄灭。
[讨论 ] 画出路灯自动控制模型的方框图。
3
参考答案如下：
输入：光敏传感器； 控制（处理） ：晶体三极管组成的电子电路；
输出：发光二极管。
[扩展阅读 1] 光敏传感器： 光敏传感器是最常见的传感器之一，它的种类繁多，主要有：光电管、光电倍增管、光敏电阻、光敏
由于集电结外加反向电压很大，这个反向电压产生的电场力将阻止集电区电子向基区扩散，同时将扩
散到集电结附近的电子拉入集电区从而形成集电极主电流
Icn。另外集电区的少数载流子（空穴）也会产
生漂移运动，流向基区形成反向饱和电流，用
Icbo 来表示，其数值很小，但对温度却异常敏感。
[ 扩展阅读 3] 发光二极管： 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
格控制杂质含量，这样，一旦接通电源后，由于发射结正偏，发射区的多数载流子（电子）极基区的多数
载流子（空穴）很容易地越过发射结互相向对方扩散，但因前者的浓度基大于后者，所以通过发射结的电
流基本上是电子流，这股电子流称为发射极电流了。由于基区很薄
,加上集电结的反偏，注入基区的电子大
部分越过集电结进入集电区而形成集电集电流
层则为集电区。晶体三极管（以下简称三极管）按材料分有两种：锗管和硅管。而每一种又有
NPN 和 PN
P 两种结构形式，但使用最多的是硅 NPN 和锗 PNP 两种三极管，如下图：
两者除了电源极性不同外，其工作原理都是相同的。下面仅介绍
NPN 硅管的电流放大原理。
对于 NPN 管，它是由 2 块 N 型半导体中间夹着一块 P 型半导体所组成， 发射区与基区之间形成的 PN
Ic，只剩下很少 （ 1%～ 10%）的电子在基区的空穴进行复合，
被复合掉的基区空穴由基极电源 Eb 重新补给，从而形成了基极电流 Ibo. 根据电流连续性原理，得到：
Ie=Ib+Ic
这就是说，在基极补充一个很小的 Ib，就可以在集电极上得到一个较大的 Ic，这就是所谓电流放大作
用， Ic 与 Ib 是维持一定的比例关系，即：
环形感应器
电子电路
红绿灯
全自动洗衣机进水控 制系统
水位传感器
电子电路
电磁开关
[ 马上行动 ] 电子计算机的组成（ P10）。
在电子计算机家庭中，无论是大型的还是家用的，都可以看作是由输入、控制（处理）和输出三个最
基本的部分组成的。
输入：键盘、鼠标、话筒、摄像头、手写板、扫描仪等；
控制（处理） ：主机； 输出：显示器、扬声器、打印机等。
结称为发射结，而集电区与基区形成的 PN 结称为集电结 ,三条引线分别称为发射极 e、基极 b 和集电极 c。
当 b 点电位高于 e 点电位零点几伏时，发射结处于正偏状态，而
C 点电位高于 b 点电位几伏时，集电
结处于反偏状态，集电极电源 Ec 要高于基极电源 Ebo。
在制造三极管时，有意识地使发射区的多数载流子浓度大于基区的，同时基区做得很薄，而且，要严
[扩展阅读 2] 晶体三极管： 三极管内部为由 P 型半导体和 N 型半导体组成的三层结构， 根据分层次序分为 NPN 型和 PNP 型两大
类。 NPN （一般为硅管）和 PNP （一般为锗管） 上述三层结构即为三极管的三个区 , 中间比较薄的一层
为基区，另外两层同为 N 型或 P 型，其中尺寸相对较小、多数载流子浓度相对较高的一层为发射区，另一
视觉器官
大脑
手和足
路灯
检测 光 的强度
分析信 息，发出
命令
执 行命 令，完成 路 灯的 开和关
点 亮与 熄灭
路灯的电子控制系统：
传感器
检测 光 的强度
电子电路
分析信 息，发出 命令
执行机构
执 行命 令，完成 路 灯的 开和关
路灯
点 亮与 熄灭
师：从上图的对应关系中可以看出： 两个系统都是先进行信息的收集， 发出命令，再执行命令，闭合或者切断电路，从而达到控制目的。
2．基区中电子的扩散与复合
电子进入基区后，先在靠近发射结的附近密集，渐渐形成电子浓度差，在浓度差的作用下，促使电子
流在基区中向集电结扩散，被集电结电场拉入集电区形成集电极电流
Ic 。也有很ห้องสมุดไป่ตู้一部分电子（因为基区
很薄）与基区的空穴复合，扩散的电子流与复合电子流之比例决定了三极管的放大能力。
3．集电区收集电子
输入
控制（处理）
采集信 息并转 化为电 信号
分析、比较 和处理电 信号并发 出命令
输出
执行命 令
被控对象
电子控制系统的工作过程
[ 马上行动 ] 分析下列电子控制系统的基本组成部分，并说出它们的简要工作过程（
P9）。
[PPT] 展示参考答案
电子控制系统名称
输入部分
控制（处理）部分
输出部分
智能化的红绿灯电子 控制系统
[ 思考 ] 分析音乐喷泉的工作过程，并画出音乐喷泉的电子控制系统的方框图。
（四）课堂小结
本节我们从对比分析两种路灯控制系统的基本组成入手，再通过搭接一个路灯自动控制的电子模型，
同学们要知道电子控制系统的基本组成，并能用方框图分析生活中常见的电子控制系统的工作过程。
（五）课后思考 电子控制系统内部常见电子元件的工作原理，对于学生是弱项，教师在本节要加以引导，以利于学生
2
大脑，它能对送入的电信号进行比较、分析和处理，并发出指令。 输出部分： 由电磁继电器、晶闸管等多种执行机构组成。输出信号可以是位移，如电磁继电器中衔铁
运动、电动机的转动等，也可以是声音、光等，如扬声器中发出的音乐声。 师：通过讨论与分析，我们可以将基本的电子控制系统的工作过程用下图来表示：
信息
电子控制系统的基本组成部分
β1=Ic/Ib
式中： β１称为直流放大倍数，
集电极电流的变化量△ Ic 与基极电流的变化量△ Ib 之比为：
β= △ Ic/△ Ib
4
式中 β称为交流电流放大倍数，由于低频时 β１和 β的数值相差不大，所以有时为了方便起见，对两
者不作严格区分， β值约为几十至一百多。
三极管是一种电流放大器件，但在实际使用中常常利用三极管的电流放大作用，通过电阻转变为电压
能模拟方法的含义，但对电子控制系统内部电子元件，例如发光二极管、光敏电阻、三极管等的工作原理
不太了解，教师可用通俗的语言补充解释其作用，以利于学生的学习。
二、教学目标 1．知识与技能目标 （ 1）知道电子控制系统的基本组成。 （ 2）能用方框图分析生活中常见电子控制系统的工作过程。 2．过程与方法目标 （ 1）通过对两种路灯控制系统方框图的对照，知道电子控制系统的基本组成。 （ 2）通过搭接一个路灯自动控制的电子模型，加深对电子控制系统组成的理解。 3．情感态度和价值观目标 （ 1）激发学生动手尝试的兴趣和热爱技术的情感。 （ 2）提高学生比较及分析电子控制系统的能力。
三极管、太阳能电池、红外线传感器、紫外线传感器、光纤式光电传感器、色彩传感器、
CCD 和 CMOS
图像传感器等。它的敏感波长在可见光波长附近，包括红外线波长和紫外线波长。光传感器不只局限于对
光的探测，它还可以作为探测元件组成其他传感器，对许多非电量进行检测，只要将这些非电量转换为光 信号的变化即可。光传感器是目前产量最多、应用最广的传感器之一，它在自动控制和非电量电测技术中 占有非常重要的地位。最简单的光敏传感器是光敏电阻，当光子冲击接合处就会产生电流。
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。
它是半导体二极管的一种，可以把电能转化成光能，常简写为
LED 。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。
[教师总结 ] 分析路灯自动控制模型中的各部分组成及工作过程。 （三）能力展示
五、教学准备 通用技术专用教室、多媒体、课件、路灯自动控制模型。
六、课时安排 共 1 课时
七、教学过程 （一）新课导入
教师展示：路灯自动控制模型 板书：第一章 电子控制系统概述
第二节 电子控制系统的组成和工作过程
1
（二）新课呈现 师：过去的路灯需要人工控制，现在利用电子控制技术实现了自动化控制，正如我们刚才看到的路灯 自动控制模型，那么，这两者在组成上有什么异同呢？ 学生讨论 教师总结 路灯的人工控制系统：
电子控制系统的组成和工作过程
一、教学分析
1．教材分析
本课是第一章第二节“电子控制系统的组成和工作过程”
。从对比分析两种路灯控制系统的基本组成
入手，再通过搭接一个路灯自动控制的电子模型，来学习电子控制系统的基本组成和工作过程，从而为学
生学习后面各章提供了一把钥匙。
2．学情分析
学生在通用技术必修 2 的学习中，已学过关于控制系统的一些概念，例如输入、控制、输出，以及功
放大作用。
三极管放大时管子内部的工作原理：
1．发射区向基区发射电子
电源 Ub 经过电阻 Rb 加在发射结上，发射结正偏，发射区的多数载流子
(自由电子）不断地越过发射
结进入基区，形成发射极电流 Ie。同时基区多数载流子也向发射区扩散，但由于多数载流子浓度远低于发
射区载流子浓度，可以不考虑这个电流，因此可以认为发射结主要是电子流。
对电子控制系统内部工作过程的理解。
5
三、教学重难点 1． 重点 （ 1）电子控制系统的基本组成。 （ 2）能用方框图分析生活中常见电子控制系统的工作过程。 2． 难点
电子控制系统内部常见电子元件的工作原理。