《2018版高中物理6.3实验：传感器的应用课件新人教版选修3-2》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2018版高中物理6.3实验：传感器的应用课件新人教版选修3-2（18页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、3 实验:传感器的应用,1.光控开关 了解光控开关电路及工作原理,会组装光控开关。 2.温度报警器 了解温度报警器的工作原理,会组装温度报警器。,1,2,3,1.知识准备 (1)普通二极管和发光二极管 都具有单向导电性。 发光二极管除了具有普通二极管的单向导电性外,导电时还能发光,它小巧玲珑颜色鲜艳,又很省电,许多家用电器上都用发光二极管作指示灯。 (2)门电路 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”,只有当所有输入都为“1”时,输出才是“1”。 对于或门电路,只要有一个输入端输入为“1”,则输出一定是“1”,只有当所有输入都为“0”时,输出才是“0”。 非门电路中,当
2、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。,1,2,3,(3)斯密特触发器 斯密特触发器性能特别,当加在它的输入端A的电压逐渐上升到某个值(1.6 V)时,输出端Y会突然从高电平跳到低电平(0.25 V),而当输入端A的电压下降到另一个值的时候(0.8 V),Y会从低电平跳到高电平。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。 (4)逻辑电路的高低电平 在逻辑电路中,常把电势的高低叫作电平的高低,“输出低电平”的意义是输出端处于低电势的状态。斯密特触发器是具有特殊功能的非门,常用符号 表示。,1,2,3,2.
3、实验1 光控开关 (1)实验目的:了解光控开关的工作原理,练习用传感器制作自动控制设备。 (2)实验器材:斯密特触发器、发光二极管、二极管、继电器、灯泡(6 V,0.3 A)、可变电阻R1(最大阻值 51 k)、电阻R2(330 )、光敏电阻、集成电路实验板、直流电源(5 V)、导线若干、黑纸。 (3)实验电路(如图所示):,1,2,3,(4)工作原理: 甲图(二极管光控电路):白天,光照强度较大时,光敏电阻RG阻值较小,加在斯密特触发器输入端A的电压较低,则输出端Y输出高电平,发光二极管LED不导通;傍晚,当光照强度小到一定程度时,RG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1.
4、6 V,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亮自动熄灭、天暗自动开启的目的。,1,2,3,乙图(路灯光控电路):天较亮时,光敏电阻RG阻值较小,斯密特触发器输入端A电压较低,则输出端Y输出高电平,线圈中无电流,工作电路不通;天较暗时,光敏电阻RG电阻增大,斯密特触发器输入端A电势升高,当升高到一定值,输出端Y由高电平突然跳到低电平,有电流通过线圈,电磁继电器工作,接通工作电路,使路灯自动开启;天亮后,RG阻值减小,斯密特触发器输入端A电势逐渐降低,降到一定值,输出端Y突然由低电平跳到高电平,则线圈中不再有电流,则电磁继电器自动切断工
5、作电路的电源,路灯熄灭。,1,2,3,在本实验中,要想在天更暗时路灯才会亮,应该如何调节R1的阻值大小? 提示:应该把R1的阻值调大些,这样要使斯密特触发器的输入端A的电压达到某个值(如1.6 V),就需要RG的阻值达到更大,即天色更暗。 (5)实验步骤: 按照实验电路图将各元件组装到集成电路实验板上。 检查各元件的连接,确保无误。 接通电源,调节电阻R1,使发光二极管或灯泡在普通光照条件下不亮。 用黑纸逐渐遮住光敏电阻,观察发光二极管或灯泡的状态。 逐渐撤掉黑纸,观察发光二极管或灯泡的状态。,1,2,3,3.实验2 温度报警器 (1)实验目的:了解温度报警器的工作原理。 (2)实验器材:斯密
6、特触发器、蜂鸣器、热敏电阻、可变电阻R1(最大阻值1 k)、集成电路实验板、直流电源(5 V)、导线若干、烧杯(盛有热水)。 (3)实验电路(如图所示):,1,2,3,(4)工作原理: 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;当温度升高时,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)时,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。 在本实验中,怎样使热敏电阻在感测到更高的温度时才报警? 提示:要使热敏电阻在感测到更高的温度时才报警,应减小R1的阻值。
7、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。,1,2,3,(5)实验步骤: 按照电路图将各元件组装到集成电路实验板上。 检查各元件的连接,确保无误。 接通电源,调节电阻R1,使蜂鸣器常温下不发声。 用热水使热敏电阻的温度升高,注意蜂鸣器是否发声。 将热敏电阻从热水中取出,注意蜂鸣器是否发声。,1,2,1.电磁继电器的工作原理 由于集成电路允许通过的电流较小,要用白炽灯泡模仿路灯,就要使用电磁继电器来启闭工作电路,如图所示。其中图中虚线框内即为电磁继电器J,D为动触点,E为静触点。当线圈A中通电时,铁芯中产生磁场,吸引衔铁B向下运动,从而带动动触点D向下与
8、E接触,将工作电路接通;当线圈A中电流为0时,电磁铁失去磁性,衔铁B在弹簧作用下拉起,带动触点D与E分离,自动切断工作电路。,1,2,在控制电路中并联一只二极管,是为了防止电磁继电器释放衔铁时线圈中的自感电动势损坏集成电路。二极管的存在可以提供自感电流的通路。,1,2,2.自动控制电路的分析与设计 设计自动控制电路时,一般按照以下的思路进行。 (1)根据题目给出的仪器和要求画出控制电路和工作电路 控制电路由电源、开关、光敏电阻(或热敏电阻等其他敏感元件)、电磁继电器和导线等组成;工作电路由电源、用电器(灯泡、电热丝或其他用电器)、导线等组成。这两个电路相互独立,又通过电磁继电器相关联,电磁继电
9、器实际上是工作电路的开关。 (2)分析自控电路的合理性 电路设计完成后,要对它的合理性进行分析,用光照射光敏电阻或对热敏电阻加热,检查工作电路的接通和断开是否符合实际要求。例如,自控路灯电路的设计要求是白天切断工作电路,使路灯熄灭,晚上接通工作电路,使路灯点亮发光。,类型一,类型二,类型一 光控开关的应用 【例题1】 如图是用斯密特触发器控制某宿舍楼道内灯的示意图,试说明其工作原理。,点拨:只有正确理解斯密特触发器的特点,才能合理解释它在电路中的作用。,类型一,类型二,解析:天较亮时,光敏电阻RG阻值较小,斯密特触发器输入端A电势较低,则输出端Y输出高电平,线圈中无电流,工作电路不通;天较暗时
10、,光敏电阻RG电阻增大,斯密特触发器输入端A电势升高,当升高到一定值,输出端Y由高电平突然跳到低电平,有电流通过线圈A,电磁继电器工作,接通工作电路,使楼道内灯自动开启;天亮后,RG阻值减小,斯密特触发器输入端A电势逐渐降低,降到一定值,输出端Y突然由低电平跳到高电平,则线圈A不再有电流,则电磁继电器自动切断工作电路的电源,楼道内灯熄灭。 答案:见解析 题后反思不能掌握斯密特触发器的特点,不能根据R1的变化判断输入端A的电势高低变化是解答该题的两大障碍。,类型一,类型二,类型二 温控电路的应用 【例题2】 现有热敏电阻、电炉丝、电源、电磁继电器、滑动变阻器、开关和导线若干,如图所示,试设计一个温控电路,要求温度低于某一温度时,电炉丝自动通电供热,超过某一温度又可以自动断电,画出电路图并说明工作过程。,类型一,类型二,点拨:热敏电阻RT与滑动变阻器及电磁继电器组成低压控制电路。 解析:电路图如图所示。,当温度低于某一值时,热敏电阻的阻值很大,流过电磁继电器的电流很小,继电器无法吸引衔铁P,K处接通,电炉丝处于加热状态;当温度高于某一值时,热敏电阻的阻值变得很小,通过电磁继电器的电流较大,继电器吸引衔铁P,K处断开,电炉丝停止加热。 答案:见解析 题后反思了解控制电路与工作电路的组成是解决此类问题的关键。,
