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1、第六章 传感器第3节 实验 传感器的应用【学习目标】、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；、掌握逻辑电路的基本知识和基本应用；、综合实验培养动手能力，体会物理知识实际中的应用。【重点、难点】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；3、由门电路控制的传感器的工作原理。预习案【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
2、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
3、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。 、普通二极管和发光二极管 （）二极管具有 导电性。 （）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
4、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
5、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。【学始于疑】探究案【合作探究】实验1、光控开关问题1、电路组成： 触发器， 电阻RG，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
6、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RG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）R
7、2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。【合作探究】实验2、温度报警器问题1、温度报警器的工作电路如图所示，的变化是如何引起A端电压变化的？问题2、试分析其工作原理。问题3、怎样使热敏电阻在感测到更高的温度时才报警？归纳总结【课堂小结/本节知识网络】1、光控开关2、温度报
8、警器器传感器的应用实验【思考】【当堂检测】（可以根据内容设定习题的个数，要求附有答案。时间可限定在5-10min）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、（单选）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 13、（多选）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 14、（单选）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
9、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、（单选）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、（单选）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【课后巩固】（可以根据内容设定习题的个数，要求附有答案）1、温度传感器广泛应用于家用电器中，它是利用热敏电阻的阻值随温度变化的特
10、性来工作的如图6210甲所示为某装置中的传感器工作原理图，已知电源的电动势E9.0 V，内电阻不计；G为灵敏电流表，其内阻Rg保持不变；R为热敏电阻，其阻值随温度的变化关系如图乙所示，闭合开关S，当R的温度等于20 时，电流表示数I12 mA；当电流表的示数I23.6 mA时，热敏电阻的温度是()图6210A60 B80 C100 D120 2、电流传感器可以像电流表一样测量电流，它的优点是反应非常快，可以捕捉到瞬间的电流变化，还可以与计算机相连，能在很短的时间内画出电流随时间的变化图象按图6215甲连接电路，提供8 V直流电源，先使开关S与1相连，电源向电容器充电，这个过程可在瞬间完成，然后
11、把开关S掷向2，电容器通过电阻R放电，传感器将电流信息传入计算机，屏上显示出电流随时间变化的It曲线，如图乙所示图6215(1)图乙中画出的竖直狭长矩形(图乙最左端)，其面积表示的物理意义是：_；(2)估算电容器在全部放电过程中释放的电荷量是_C；(3)根据以上数据估算，电容器的电容是_F.3、有一种测量压力的电子秤，其原理图如图6216所示E是内阻不计、电动势为6 V的电源R0是一个阻值为300 的限流电阻G是由理想电流表改装成的指针式测力显示器R是一个压敏电阻，其阻值可随压力大小变化而改变，其关系如下表所示C是一个用来保护显示器的电容器秤台的重力忽略不计试分析：图6216压力F/N0501
12、00150200250300电阻R/300280260240220200180(1)利用表中的数据写出电阻R随压力F变化的函数式(2)若电容器的耐压值为5 V，该电子秤的最大称量值为多少？(3)如果把电流表中电流的刻度变换成压力刻度，则该测力显示器的刻度是否均匀？【答案】 自主学习：1、（1）单向 （2）发光 光 （3）正、正、串联2、（1）0、1 （2）1、0（3）1、03、非门 1.6 0.25 0.8 3.4 突变 数字当堂检测: 1、略、2、D 3、ABC 4、A 5、C 6、D课后巩固：1、D2、(1)0.1 s内的放电电荷量(2)6.0103(3)7.51043、(1)R3000.4F(2)600N(3)不均匀 2
