第六章傳感器第3節實驗傳感器的應用【學習目標】１、知道二極管的單向導電性和發光二極管的發光特性；２、知道晶體三極管的放大特性；３、掌握邏輯電路的基本知識和基本應用；４、綜合實驗培養動手能力，體會物理知識實際中的應用。【重點、難點】1、了解斯密特觸發器的工作特點，能夠分析光控電路的工作原理；2、溫度報警器的電路工作原理；3、由門電路控制的傳感器的工作原理。預習案【自主學習】一、實驗原理及知識準備閱讀下列學習資料并總結出其特點和作用：（一）、普通二極管和發光二極管固態電子器件中的半導體兩端器件。起源于19世紀末發現的點接觸二極管效應，發展于20世紀30年代，主要特征是具有單向導電性，即整流特性。利用不同的半導體材料、摻雜分布、幾何結構，可制成不同類型的二極管，用來產生、控制、接收、變換、放大信號和進行能量轉換。例如穩壓二極管可在電源電路中提供固定偏壓和進行過壓保護；雪崩二極管作為固體微波功率源，用于小型固體發射機中的發射源；半導體光電二極管能實現光-電能量的轉換，可用來探測光輻射信號；用作指示燈、文字-數字顯示、光耦合器件、光通信系統光源等；肖特基二極管可用于微波電路中的混頻、檢波、調制、超高速開關、倍頻和低噪聲參量放大等。按用途分：檢波二極管、整流二極管、穩壓二極管、開關管、光電管。按結構分：點接觸型二極管、面接觸型二極管發光二極管簡稱為LED。由鎵（Ga）與砷（AS）、磷（P）的化合物制成的二極管，當電子與空穴復合時能輻射出可見光，因而可以用來制成發光二極管，在電路及儀器中作為指示燈，或者組成文字或數字顯示。磷砷化鎵二極管發紅光，磷化鎵二極管發綠光，碳化硅二極管發黃光。發光二極管與普通二極管一樣是由一個PN結組成，也具有單向導電性。當給發光二極管加上正向電壓后，就能產生自發輻射的熒光。常用的是發紅光、綠光或黃光的二極管。１、普通二極管和發光二極管

（１）二極管具有導電性。（２）發光二極管除了具有單向導電性外，導電時還能。普通的發光二極管是用磷化鎵和磷砷化鎵等半導體材料制成類發光二極管的正向導通電壓大于.（3）二極管有二根引腳，較長的是極。發光二極管只有加上一定的向電壓，才能導通發光，工作電流只有幾毫安，最大不得超過10mA。過大的電流會損壞二極管，在使用時必須合適的限流電阻。（二）邏輯電路邏輯電路是以二進制為原理、實現數字信號邏輯運算和操作的電路。由于只分高、低電平，抗干擾力強，精度和保密性佳。廣泛應用于計算機、數字控制、通信、自動化和儀表等方面。這里我們主要說邏輯門電路。2、邏輯門電路包括與門，或門，非門。（1）與邏輯對于與門電路，只要一個輸入端輸入為0，則輸出端一定是，只有當所有輸入端輸入都同為時，輸出才是1.符號圖?（2）或邏輯對于或門電路，只要一個輸入端輸入為1，則輸出一定是，反之，只有當所有輸入端都為時，輸出端才是0.符號圖（3）非門電路對于非門電路，當輸入為0時，輸出總是，當輸入為1時，輸出反而是，非門電路也稱反相器。符號圖3、斯密特電路：斯密特觸發器是特殊的電路，當加在它的輸入端A的電壓逐漸上升到某個值V時，輸出端Y會突然從高電平調到低電平V，而當輸入端A的電壓下降到另一個值的時候V，Y會從低電平跳到高電平V。斯密特觸發器可以將連續變化的模擬信號轉換為的信號，以實現開關功能。而這正是進行光控所需要的。【學始于疑】

探究案【合作探究】實驗1、光控開關問題1、電路組成：觸發器，電阻RG，發光二極管LED模仿路燈，滑線變阻器R1，定值電阻R2，電路如圖所示。問題2、電路圖分析（1）圖中的接地符號表示電路的，并非與大地連接。5V電源的負極是與連接的。（2）在電子技術中，習慣上常用“電平”來描述邏輯電路的輸入端和輸出端的狀態，其實，電平指的就是某個端點與“地”之間的。或者說，如果以接地端的電勢為0，那么電平表示的就是某個端點的。（3）因為控制門電路的邏輯狀態的物理量是輸入端的，而不是電流或電阻，所以要將電阻R1與光敏電阻RG組成串聯分壓電路，反光敏電阻因光照面發生的的變化，轉換為的變化，加到非門的輸入端A。（4）控制燈光亮與滅需要的是一種跳變的開關量，面光敏電阻輸出的是變化的模擬量，所以要用把模擬信號轉換為數字信號。（5）R2是發光二極管的限流電阻，使通過它的電流不超過mA。問題3、試分析其工作原理。問題4、要想在天更暗時路燈才會亮，應該把R1的阻值調大些還是調小些？為什么？問題5、用白熾燈模仿路燈，為何要用到繼電器？并聯二極管起什么作用？問題6、如圖所示電磁繼電器工作電路，圖中虛線框內即為電磁繼電器，D為動觸點，E為靜觸點．試分析電磁繼電器的工作原理．問題7、試說明控制電路的工作原理。【合作探究】實驗2、溫度報警器問題1、溫度報警器的工作電路如圖所示，RT問題2、試分析其工作原理。問題3、怎樣使熱敏電阻在感測到更高的溫度時才報警？

歸納總結【課堂小結/本節知識網絡】1、光控開關1、光控開關2、溫度報警器器傳感器的應用實驗【思考】【當堂檢測】（可以根據內容設定習題的個數，要求附有答案。時間可限定在5-10min）1、可以用型號為74LS14的非門集成電路，發光二極管和限流電阻來組成一個邏輯電平檢測器，電路如圖所示。使用時，將檢測器的輸入端Ａ接到被測點。請分析：當被測點為高電平時，LED是否發光？低電平時呢？說出道理。2、（單選）與門的輸入端輸入信號為何時，輸出端輸出“1”（）01C.1013、（多選）或門的輸入端輸入信號為何時，輸出端輸出“0”（）00C.0114、（單選）聯合國安理會每個常任理事國都擁有否決權，假設設計一個表決器，常任理事國投反對票時輸入“0”，投贊成或棄權時輸入“1”，提案通過為“1”，通不過為“0”，則這個表決器應具有哪種邏輯關系（）A.與門B.非門C.或門D.與非門5、（單選）圖是一個復合門電路，由一個x門電路與一個非門組成.若整個電路成為一個與門，則x電路應是（）A.與門B.或門C.與非門D.或非門6、（單選）如圖是一個三輸入端復合門電路，當C端輸入“1”時，A、B端輸入為何時輸出端Y輸出“1”（）01C.101【課后鞏固】（可以根據內容設定習題的個數，要求附有答案）1、溫度傳感器廣泛應用于家用電器中，它是利用熱敏電阻的阻值隨溫度變化的特性來工作的．如圖6－2－10甲所示為某裝置中的傳感器工作原理圖，已知電源的電動勢E＝V，內電阻不計；G為靈敏電流表，其內阻Rg保持不變；R為熱敏電阻，其阻值隨溫度的變化關系如圖乙所示，閉合開關S，當R的溫度等于20℃時，電流表示數I1＝2mA；當電流表的示數I2＝mA時，熱敏電阻的溫度是()圖6－2－10A．60℃ B．80℃C．100℃ D．120℃2、電流傳感器可以像電流表一樣測量電流，它的優點是反應非常快，可以捕捉到瞬間的電流變化，還可以與計算機相連，能在很短的時間內畫出電流隨時間的變化圖象．按圖6－2－15甲連接電路，提供8V直流電源，先使開關S與1相連，電源向電容器充電，這個過程可在瞬間完成，然后把開關S擲向2，電容器通過電阻R放電，傳感器將電流信息傳入計算機，屏上顯示出電流隨時間變化的I－t曲線，如圖乙所示．圖6－2－15(1)圖乙中畫出的豎直狹長矩形(圖乙最左端)，其面積表示的物理意義是：________；(2)估算電容器在全部放電過程中釋放的電荷量是________C；(3)根據以上數據估算，電容器的電容是________F.3、有一種測量壓力的電子秤，其原理圖如圖6－2－16所示．E是內阻不計、電動勢為6V的電源．R0是一個阻值為300Ω的限流電阻．G是由理想電流表改裝成的指針式測力顯示器．R是一個壓敏電阻，其阻值可隨壓力大小變化而改變，其關系如下表所示．C是一個用來保護顯示器的電容器．秤臺的重力忽略不計．試分析：圖6－2－16壓力F/N050100150200250300…電阻R/Ω300280260240220200180…(1)利用表中的數據寫出電阻R隨壓力F變化的函數式．(2)若電容器的耐壓值為5V，該電子秤的最大稱量值為多少？(3)如果把電流表中電流的刻度變換