高中物理 第六章 第四节 传感器的应用实验学案(新人教版)选修3-2.doc

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1、§6.4传感器的应用实验【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LEDR2R1RGAY+5V4．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】一、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。一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

2、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。二、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”，

3、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”，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”门的电路符号：，A和B是它的两个输入端，Y是它的输出端。3.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：。当加在它的输

4、入端A的电压逐渐上升到某个值（1.6V）时，输出端Y会突然从高电平跳到低电平（0.25V），而当输入端A的电压下降到另一个值的时候（0.8V），Y会从低电平跳到高电平（3.4V）。电平可理解为电势。三、传感器的应用实验实验1光控开关　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⊥表示接机壳，即零电势。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，实验时只使用其中的一个）一块、发光二极管一个、光敏电阻一只、电位器一个（最大阻值为51kΩ），

5、定值电阻（330Ω）、学生电源一台，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

6、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（1）实验电路：如图乙所示。（2）实验器材：型号为74LS14的集成块一块、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51kΩ），定值电阻（330Ω）、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：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。如图乙所示，J为继电器，工作电压

7、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，RG阻值__减小__，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，RG阻值__增大__，A为__高___电平，Y为___低___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路图。（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2kΩ左右）、可变电阻器（最大阻值为1kΩ左右）一个、YMD或HMB型蜂鸣器（工作直流电压为4~6V）一个，学生电源一

8、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RT的温度升高时，RT阻值减小，斯密特触发器输入端A