選修3-2第六章傳感6.4傳感器的應(yīng)用實(shí)驗(yàn)

1、2022-5-261選修選修3-2第六章傳感器第六章傳感器6.4傳感器的應(yīng)用實(shí)驗(yàn) 2022-5-262【教學(xué)目標(biāo)】l、知道二極管的單向?qū)щ娦院桶l(fā)光二極管的發(fā)光特性.l、知道晶體三極管的放大特性.l、掌握邏輯電路的基本知識(shí)和基本應(yīng)用.l、綜合實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)動(dòng)手能力，體會(huì)物理知識(shí)實(shí)際中的應(yīng)用.l【教學(xué)重點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn)】：l1、了解斯密特觸發(fā)器的工作特點(diǎn)，能夠分析光控電路的工作原理。l2、溫度報(bào)警器的電路工作原理。l【教學(xué)難點(diǎn)教學(xué)難點(diǎn)】：由門(mén)電路控制的傳感器的工作原理。2022-5-263l【教學(xué)方法教學(xué)方法】： 實(shí)驗(yàn)法、觀察法、討論法 2022-5-2641晶體二極管晶體二極管 l1）普通二極管）普通二極管

2、l二極管的基本結(jié)構(gòu):l二極管是由一個(gè)PN結(jié)構(gòu)成的半導(dǎo)體器件，即將一個(gè)PN結(jié)加一兩條電極引線做成管芯，并用管殼封裝而成。P型區(qū)的引出線稱(chēng)為正極或陽(yáng)極，N型區(qū)的引出線稱(chēng)為負(fù)極或陰極，如圖1所示。 如圖12022-5-2652)晶體二極管具有什么特性晶體二極管具有什么特性 lA)主要特征是具有單向?qū)щ娦?，即整流特性。lB)利用不同的半導(dǎo)體材料、摻雜分布、幾何結(jié)構(gòu)，可制成不同類(lèi)型的二極管，用來(lái)產(chǎn)生、控制、接收、變換、放大信號(hào)和進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換. lC)外加正向電壓時(shí)，在正向特性的起始部分，正向電壓很小，不足以克服PN結(jié)內(nèi)電場(chǎng)的阻擋作用，正向電流幾乎為零，這一段稱(chēng)為死區(qū)。這個(gè)不能使二極管導(dǎo)通的正向電壓稱(chēng)為死

3、區(qū)電壓。當(dāng)正向電壓大于死區(qū)電壓以后，PN結(jié)內(nèi)電場(chǎng)被克服，二極管導(dǎo)通，電流隨電壓增大而迅速上升。在正常使用的電流范圍內(nèi)，導(dǎo)通時(shí)二極管的端電壓幾乎維持不變，這個(gè)電壓稱(chēng)為二極管的正向電壓lD)外加反向電壓不超過(guò)一定范圍時(shí)，通過(guò)二極管的電流是少數(shù)載流子漂移運(yùn)動(dòng)所形成反向電流，由于反向電流很小，二極管處于截止?fàn)顟B(tài)。 2022-5-2663)利用萬(wàn)用表判斷二極管正負(fù)極利用萬(wàn)用表判斷二極管正負(fù)極l普通二極管有色端標(biāo)識(shí)一極為負(fù)極；2022-5-267l1）指針式萬(wàn)用判斷方法：l將萬(wàn)用表打到R1K檔，用紅黑表筆分別與二極管的兩個(gè)電極相接，測(cè)得兩個(gè)方向阻抗相差很大，測(cè)得阻值小的那次則黑表筆接的就是二極管的正極。（

4、注意：在用萬(wàn)用表電阻檔測(cè)試時(shí)，對(duì)于電表內(nèi)的電池正極是接在黑表筆端的）2022-5-268l2）數(shù)字萬(wàn)用表判斷方法：l同樣可以用電阻1K檔測(cè)量，測(cè)得阻值小的那次則黑表筆接的應(yīng)是二極管的負(fù)極，因?yàn)閿?shù)字萬(wàn)用黑表筆是與電池負(fù)極連在一起的。2022-5-269實(shí)驗(yàn)：二極管的伏安特性曲線實(shí)驗(yàn)：二極管的伏安特性曲線2022-5-2610主要參數(shù)：主要參數(shù)： l反向恢復(fù)時(shí)間 l反映開(kāi)關(guān)管特性好壞的一個(gè)參數(shù)。開(kāi)關(guān)二極管的開(kāi)關(guān)時(shí)間為開(kāi)通時(shí)間和反向恢復(fù)時(shí)間的總和.開(kāi)通時(shí)間是指開(kāi)關(guān)二極管從截止至導(dǎo)通所需時(shí)間，開(kāi)通時(shí)間很短，一般可以忽略；反向恢復(fù)時(shí)間是指導(dǎo)通至截止所用時(shí)間，反向恢復(fù)時(shí)間遠(yuǎn)大于開(kāi)通時(shí)間。一般硅開(kāi)關(guān)二極管的

5、反向恢復(fù)時(shí)間小于3ns10ns l反向擊穿電壓 l是指在開(kāi)關(guān)二極管兩端的反向電壓超過(guò)規(guī)定的值，使二極管可能擊穿的電壓。 l 最高反向工作電壓 l是指加在開(kāi)關(guān)管兩端的反向電壓不能超過(guò)規(guī)定的允許值。l正向電流 l是指開(kāi)關(guān)二極管在正向工作電壓下工作時(shí)，允許通過(guò)開(kāi)l關(guān)管的正向電流。 2022-5-26112）發(fā)光二極管）發(fā)光二極管 l發(fā)光二極管簡(jiǎn)稱(chēng)為L(zhǎng)ED。由鎵（Ga）與砷（AS）、磷（P）的化合物制成的二極管，當(dāng)電子與空穴復(fù)合時(shí)能輻射出可見(jiàn)光，因而可以用來(lái)制成發(fā)光二極管，在電路及儀器中作為指示燈，或者組成文字或數(shù)字顯示。磷砷化鎵二極管發(fā)紅光，磷化鎵二極管發(fā)綠光，碳化硅二極管發(fā)黃光。發(fā)光二極管與普通二

6、極管一樣是由一個(gè)PN結(jié)組成，也具有單向?qū)щ娦浴．?dāng)給發(fā)光二極管加上正向電壓后，就能產(chǎn)生自發(fā)輻射的熒光。常用的是發(fā)紅光、綠光或黃光的二極管。2022-5-2612原理 l它是半導(dǎo)體二極管的一種，可以把電能轉(zhuǎn)化成光能。 l發(fā)光二極管與普通二極管一樣是由一個(gè)PN結(jié)組成，也具有單向?qū)щ娦浴?l當(dāng)給發(fā)光二極管加上正向電壓后，從P區(qū)注入到N區(qū)的空穴和由N區(qū)注入到P區(qū)的電子，在PN結(jié)附近數(shù)微米內(nèi)分別與N區(qū)的電子和P區(qū)的空穴復(fù)合，產(chǎn)生自發(fā)輻射的熒光。 l不同的半導(dǎo)體材料中電子和空穴所處的能量狀態(tài)不同。當(dāng)電子和空穴復(fù)合時(shí)釋放出的能量多少不同，釋放出的能量越多，則發(fā)出的光的波長(zhǎng)越短。l常用的是發(fā)紅光、綠光或黃光的二

7、極管。 2022-5-2613判斷發(fā)光二極管正負(fù)極判斷發(fā)光二極管正負(fù)極l發(fā)光二極管長(zhǎng)腳為正，短腳為負(fù)。l如果腳一樣長(zhǎng)，發(fā)光二極管里面的大點(diǎn)是負(fù)極，小的是正極。l有的發(fā)光二極管帶有一個(gè)小平面，靠近小平面的一根引線為負(fù)極。2022-5-2614l萬(wàn)用表中：紅筆接“+”，黑筆接“-”；在測(cè)發(fā)光二極管時(shí)，低阻擋測(cè)不出來(lái)，可用RX10K檔測(cè)，兩表筆接觸二極管的兩級(jí)。如果電阻較小，黑表筆所接的是正極，電阻較大，黑表筆所接的是負(fù)極。l發(fā)光二極管，若與TTL組件相連使用時(shí)，一般需串接一個(gè)470R的降壓電阻，以防器件的損壞。2022-5-26152晶體三極管晶體三極管l三極管，全稱(chēng)應(yīng)為半導(dǎo)體三極管，也稱(chēng)雙極型晶

8、體管,晶體三極管，是一種電流控制電流的半導(dǎo)體器件其作用是把微弱信號(hào)放大成輻值較大的電信號(hào)， 也用作無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)。晶體三極管，是半導(dǎo)體基本元器件之一，具有電流放大作用，是電子電路的核心元件。三極管是在一塊半導(dǎo)體基片上制作兩個(gè)相距很近的PN結(jié)，兩個(gè)PN結(jié)把整塊半導(dǎo)體分成三部分，中間部分是基區(qū)，兩側(cè)部分是發(fā)射區(qū)和集電區(qū)，排列方式有PNP和NPN兩種。 2022-5-2616放大電路l三極管的主要作用是電流放大 放大電路Ie=Ib+Ic 1=Ic/Ib 1-稱(chēng)為直流放大倍數(shù) 三極管有三個(gè)極：基極，集電極，發(fā)射極集電極電流的變化量Ic與基極電流的變化量Ib之比為： = Ic/Ib 式中-稱(chēng)為交流電流放大倍

9、數(shù)，由于低頻時(shí)1和的數(shù)值相差不大，所以有時(shí)為了方便起見(jiàn)，對(duì)兩者不作嚴(yán)格區(qū)分，值約為幾十至一百多。 2022-5-26173門(mén)電路門(mén)電路l1）用以實(shí)現(xiàn)基本邏輯運(yùn)算和復(fù)合邏輯運(yùn)算的單元電路稱(chēng)為門(mén)電路。l2）常用的門(mén)電路在邏輯功能上有與門(mén)、或門(mén)、非門(mén)、與非門(mén)、或非門(mén)、與或非門(mén)、異或門(mén)等幾種。 l3）“門(mén)”是這樣的一種電路：它規(guī)定各個(gè)輸入信號(hào)之間滿足某種邏輯關(guān)系時(shí)，才有信號(hào)輸出，通常有下列三種門(mén)電路：與門(mén)、或門(mén)、非門(mén)（反相器）。從邏輯關(guān)系看，門(mén)電路的輸入端或輸出端只有兩種狀態(tài)，無(wú)信號(hào)以“0”表示，有信號(hào)以“1”表示。也可以這樣規(guī)定：低電平為“0”，高電平為“1”，稱(chēng)為正邏輯。反之，如果規(guī)定高電平為“0

10、”，低電平為“1”稱(chēng)為負(fù)負(fù)邏輯邏輯 2022-5-2618與門(mén)真值表與門(mén)真值表2022-5-2619或門(mén)真值表或門(mén)真值表2022-5-2620非門(mén)真值表非門(mén)真值表2022-5-26214斯密特觸發(fā)器斯密特觸發(fā)器l1）斯密特觸發(fā)器又稱(chēng)斯密特非門(mén)，是具有滯后特性的數(shù)字傳輸門(mén)。該器件既可以像普通“與非”門(mén)那樣工作，也可以接成斯密特觸發(fā)器來(lái)使用。 2022-5-2622斯密特觸發(fā)器特點(diǎn)斯密特觸發(fā)器特點(diǎn)l當(dāng)把輸入端并接成非門(mén)時(shí)，它們的輸入、輸出特性是：當(dāng)輸入電壓V1上升到VT電平時(shí)，觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)，輸出負(fù)跳變；過(guò)了一段時(shí)間輸入電壓回降到VT電平時(shí)，輸出并不回到初始狀態(tài)而需輸入V1繼續(xù)下降到VT電平時(shí)，輸出才翻轉(zhuǎn)至高電平（正跳變），這種現(xiàn)象稱(chēng)它為滯后特性，VTVT=VT。VT稱(chēng)為斯密特觸發(fā)器的滯后電壓。VT與IC的電源電壓有關(guān)，當(dāng)電源電壓提高時(shí)，VT略有增加，一般VT值在3V左右。因斯密特觸發(fā)器具有電壓的滯后特性，常用它對(duì)脈沖波形整形，使波形的上升沿或下降沿變得陡直；還可以用它作電壓幅度鑒別。 2022-5-26235光控開(kāi)關(guān)光控開(kāi)關(guān)l原理l圖2-38所示是一種光控開(kāi)關(guān)電路，這一光控開(kāi)關(guān)電路可以用在一些樓道、路燈等公共場(chǎng)所。通過(guò)光敏電阻器，它在天黑時(shí)會(huì)自動(dòng)開(kāi)燈，天亮?xí)r自動(dòng)熄滅。電路中，VS1是晶閘管，Rl是光敏電阻器。l當(dāng)光線亮?xí)r，光敏電阻器Rl阻值小，220