传感器的应用实验教案

第四节传感器的应用实验教案 1课时新授课

教学目标

1．知识与技能：

（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。

2．过程与方法：

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。

3．情感、态度与价值观

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：

传感器的应用实例。

教学难点：

由门电路控制的传感器的工作原理。

教学方法：PPT课件，演示实验，讲授

教学用具：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。

教学过程

一、引入新课

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？

学生思考后回答：电饭锅，测温仪，鼠标器，火灾报警器

这节课我们将结合简单逻辑电路中的知识学习由门电路以及传感器控制的电路问题。

二、进行新课

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。

（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；半导体发光二极管能实现电-光能量的转换，可用作指示灯、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。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。当给发光二极管加上正向电压后，从P区注入到N 区的空穴和由N区注入到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。

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，该类发光二极管的正向导通电压大于1.8V。

（二）晶体三极管

晶体三极管，是半导体基本元器件之一，具有电流放大作用，是电子电路的核心元件。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 结把正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，如图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。

晶体三极管具有电流放大作用，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量。这是三极管最基本的和最重要的特性。我们将ΔIc/ΔIb的比值称为晶体三极管的电流放大倍数，用符号“β”表示。电流放大倍数对于某一只三极管来说是一个定值，但随着三极管工作时基极电流的变化也会有一定的改变。

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，晶体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。

（三）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。

这里我们主要说逻辑门电路。

逻辑门电路符号图包括与门，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0，只有当所有输入端输入都同为1时，输出才是1.

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1，反之，只有当所有输入端都为0时，输出端才是0.

3.非门电路

对于非门电路，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1.6V时，输出端Y会突然从高电平调到低电平0.25V，而当输