传感器的应用实验正式版

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1、 6.4传感器的应用实验倬案【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.知道晶体三极管的放大特性2. 了解逻辑电路的基本知识和应用.3 知道斯密特触发器的工作原理4.理解光控开关、温度报警器两个传感器实验的基本原理。【重点难点】1. 重点：理解并掌握 两个传感器实验的基本原理2. 难点：分析并设计传感器的应用电路。【课前预习】IR2+5V、晶体管元件的特性1.普通二极管和发光二极管(1)普通二极管：具有单向导电性。般用硅和锗半导体材料制成。(2)发光二极管：除了具有单向导电性外，导电时还能发光。发光二极管一般是用磷化镓和磷砷化镓等半导体材料制成，能够直接将电能转化为光能。它

2、小巧玲珑、颜色鲜艳，又很省电。许多家用电器上都使用发光二极管做指示灯。该类发光二极管的正向导通电压大于1.8v.2.晶体三极管(1) 晶体三极管能够把微弱的电信号放大。晶体三极管的三极分别为发射极e、基极b和集电极c.(2) 传感器输出的电流或电压很微弱，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 为基极b的电流对集电极c的电流起了控制作用。、逻辑电路1 与门电路：只要一个输入端输入为“ 0”，则输出端一定是“ 0”；反之，只有当所有输入都同时为“ 1 ”， 输出才是“1”。“与”门的电路符号：,A和B是它的有两个输入端， Y是它的输出端。2. 或门电路：只要有一个输入“ 1”

3、，则输出一定是“ 1 ”；反之，只有当所有输入都同时为“0”时，输出才是 0 。 或 门的电路付号：,A和B是匕的两个输入端， Y是匕的输出端。3. 耳非门 电路输入为“ 0”时，输出总是“ 1 ”；当输入为“ 1”时，输出反而是“ 0”。非门电路也称为反相器。“非”门的电路符号:,A是它的输入端,Y是它的输出端。4. 斯密特触发器：斯密特触发器是具有特殊功能的非门，可以把连续变化的模拟信号转换为突变的数字信号。电路符号为: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

4、平(3.4 V )。电平可理解为电势。三、传感器的应用实验实验1光控开关势。时只电位1 用发光二极管LED模仿路灯的光控实验（1）实验电路：如图甲所示。符号 丄表示接机壳，即零电没有金属机壳时可把这些点连在同一条导线（母线）上。（2）实验器材：型号为74LS14的集成块（它里面有 6个非门，实验 使用其中的一个）一块、发光二极管一个、光敏电阻一只、 器一个（最大阻值为 51kQ）,定值电阻（330Q）、学生电源 台，集成电路实验板一块。（3）工作原理：如图甲所示，当光敏电阻Rg受到光照时，阻值减小_,非门（斯密特触发器）输入端A出现低电平， 输出端Y出现高电平，发光二极管 LED反向截止，不能

5、发光。当把光遮住光敏电阻时（夜晚），Rg阻值增大，输入端A出现高电平，输出 Y出现低电平，发光二极管正向导通，发出亮光（相当于路灯亮了），这样就达到了使路灯天明自动熄灭，天暗自动开启的目的。可变电阻（电位器） R1的阻值不同，则路灯点亮的早晚时间不同。如果想要在天更暗时才点亮路灯， 可将电位器的阻值 调大一些。同学们思考一下什么道理？（提示：要使在天更暗时路灯才会亮，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电压达到某个值（如 1.6v），就需要Rg的阻值达到更大，即天色更暗。） 2.用小灯泡模拟路灯的光控实验T1MI（1）实验电路：如图乙所示。（2）实验器材：型号为74LS14的

6、集成块一块、光敏电阻一只、二极管 一个、小型继电器一只、电位器一个（最大阻值为51k Q）,定值电阻（330 Q）、小灯泡一只，学生电源一台，集成电路实验板一块。（3）工作原理：-如图乙所示，J为继电Rg阻值减小Rg阻值一增大_, A因为集成电路允许通过的电流比较小，就要使用继电器来启动另外的供电电路。器，工作电压为5V , Ja为它的常开触点，并联一个二极管起保护作用。原理同上，光照时, _, A为_低_电平，Y为 _高_电平，继电器不工作，灯泡不亮，无光或弱光时, 为 电平，Y为 一低一电平，继电器触点接触，电路接通，灯泡发亮。实验2温度报警器（1）实验电路：如图所示 是一个温度报警器的电

7、路图 。Rt的温度升高时，Rt阻值减小，斯密（2）实验器材：型号为74LS14的集成块一块、热敏电阻一只（ 常温 下阻值为2 kQ左右）、可变电阻器（最大阻值为1kQ左右） 一个、YMD或HMB型蜂鸣器（工作直流 电压为4 6 V） 一 个，学生电源一台，集成电路实验板一块。（3）工作原理：常温下，接通电源后，先调节可变电阻器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；当用热水使热敏电阻 特触发器输入端 A电势升高，A端输入高电平，Y端输出由高电平跳到低电平，蜂呜器两端达到了工作电压，从而发出报警声。可变电阻器Ri的阻值不同，则报警

8、器温度不同。Ri的阻值减小一些，可使热敏电阻在感测到更高温度时才报警。同学们思考一下其中的道理。(提示：要使热敏电阻在感测到更高的温度时才报警，应减小Ri的阻值，Ri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Rt阻值要求越小，即温度越高。)堂中互动【典题探究】题型一、传感器的应用试验Rt是热敏电阻，低温时电阻值很大，高温时电阻值图值例1如图所示是一个火警报警装置的逻辑电路图。 很小，R是阻值较小的分压电阻。(1) 要做到低温时电铃不响，火警时产生高温，电铃响起。在 虚线处应接入怎样的元件 ？(2) 为什么温度高时电铃会被接通？(3) 为了提高该电路的灵敏度， 即要把报警温度调得较低

9、，R的 大一些还是小一些？P、【解析】 温度较低时Rt的阻值很大，R比Rt小得多，因X之间电压较大。要求此时电铃不发声，也就是要求输出给电铃的电压较小。这里输出端的需求与输入端 的状态相反，可见虚线处元件应是非”门。 当高温时Rt阻值减小，X、P之间电压降低。这时由于输入了低电压，所以从非”门输出的是高电压,电铃响起。(3) 为了提高电路的灵敏度，应该使电路在温度还没有升得很高时就能输出高电压，也 就是说，应该在温度还没有升得很高时X点的电压就已经降得足够低。根据分压电路的性质，对于同一个热敏电阻Rt，增大可变电阻 R的电阻值就能达到目的。【变式训练1】如图所示是一个简单的磁控防盗报警装置。门

10、的上沿嵌入一小块永磁体M,门框内与M相对的位置嵌入干簧管 H，并且将干簧管接入图示的电路。睡觉前连接好电路，当盗贼开门时，蜂鸣器就会叫蜂鸣器起来。请说明它的工作原理。解析：门关闭时，干簧管内两个簧片被磁化而吸合，使触 发器(非门)的输入端为低电平，则其输出端为高电平，与电源的 电压很接近。于是蜂呜器两端的电压很小，不会发声。若盗贼将 门打开，永磁体就远离干簧管，因而两个簧片分离，使斯密特触 发器(非门)的输入端跳变为高电平，则其输出端变为低电平。于 是蜂呜器两端达到了工作电压，就发出叫声报警。【变式训练2】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，

11、电路如图所示。使用时，将检测器的输入端A接到被测点。+5 V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。解析：当斯密特触发器(非门)的输入端A为高电平时，其输出端Y则为低电平，于是发光二极管得到足够的电压达到导通电0_2jqcY压而发光。而当非门的输入端 A为低电平时，其输出端 Y贝U为高一广电平，发光二极管两端的电压小于其导通电压，就不发光了。例3 （09年 山东）为了节能和环保，一些公共场所使用光控开关控制照明系统。光控开头可采用光敏电阻 来控制，光敏电阻是阻值随着光的照度而发生变化的元件（照度可以反映光的强弱，光越强照度越大，照 度单位为Lx ）。某光敏电阻Rp在不

12、同照度下的阻值如下表：照度（lx）0.20.40.60.81.01.2电阻（k0）754028232018（1）根据表中数据，请在给定的坐标系（见下图）中描绘出阻值随照度变化的曲线，并说明阻值随照题型二、传感器的设计型试验例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， 超过某一温度时，又可以自动断电，画出电路图说明工 作过程【解析】电路图如下图所示工作过程：闭合 S当温度低于设计值时热敏电阻阻 值大，通过电磁继电器的电流不能使它工作，K接通电炉丝加热。当温度达到设计值时，热敏电阻减小到某值，

13、通过电磁继电器的电流达到工作电流，K断开，电炉丝断电，停止供热当温度低于设计值，又重复前述过程。电磁继电器1电醸继电器熾敏电阻热敏电阻电炉丝电炉丝度变化的特点。（2）如图所示，当1、2两端所加电压上升至 2V时，控制开关自动启动照明系统，请利用下列器材设计一个简单电路。给1、2两端提供电压，要求当天色渐暗照度降低至1.0（1x）时启动照明系统，在虚线框内完成电路原理图。（不考虑控制开关对所设计电路的影响）提供的器材如下：光敏电阻Rp （符号：=，阻值见上表）电源E（电动势3V，内阻不计）；定值电阻：Ri=10k，R2=20k，R3=40k（限选其中之一并在图中标出） 开关S及导线若干。【解 析

14、】（1） 光敏 电阻 的阻 值随 光照变化的曲线如下图所示。特点：光敏电阻的阻值随光照强度的增大非线性减小。(2)电路原理图如图所示。要求当天色渐暗照度降低至1.0(1x)时启动照明系统，从表中数据可知，此时光敏电阻Rp阻值为20k，由于当控制开关自动启动照明系统时，给1、2两端提供的电压为 2V，所以此时光敏电阻 Rp两端电压为2V，而电源电动势为 3V，因此应加上一个分压电阻R，根据串联电阻的正比分压关系可知，由皿=空=2得R= - Rp= 10 k Q,即分压电阻阻值为1Ok0，故应选用定值电阻Ur R2电阻/財1604照旳系统遵制开关Rr1“Ri/ S【点评】本题是一道开放性的创新设计性试题，综合性较强。试题将电学中曲线的描绘、电路设计、传 感器原理等知识集于一身，要求学生除了要有一定的阅读习惯和审题能力，获取新知识、新信息的能力， 还要有较强的知识迁移能力以及分析综合能力，寻找各物理量间的对应的因果关系显得尤其重要。描绘图 象还应注意：各点均匀分布在图线两侧，且图线应用平滑曲线，而不能成为各点的连线。