電子控制技術(shù)(通用技術(shù)選修一)

電子控制技術(shù)

概述

本模塊是普通高中通用技術(shù)課程的一個(gè)選修模塊。

本模塊的教學(xué)應(yīng)緊緊圍繞技術(shù)課程的目標(biāo)展開(kāi)，著眼于培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新精神、提高學(xué)生的技術(shù)素養(yǎng)。教學(xué)內(nèi)容的選擇要注重基礎(chǔ)性、綜合性、人文性，努力反映電子技術(shù)的新成果。教學(xué)過(guò)程強(qiáng)調(diào)基于提高生活質(zhì)量、基于問(wèn)題解決、與學(xué)生日常生活密切相關(guān)、有利于培養(yǎng)學(xué)生興趣的教學(xué)設(shè)計(jì)。鼓勵(lì)設(shè)計(jì)方案的多樣性，注重引導(dǎo)學(xué)生在電子技術(shù)基本技能形成的同時(shí)領(lǐng)悟出電子技術(shù)設(shè)計(jì)的思想方法、注重提高學(xué)生在電子技術(shù)學(xué)習(xí)中的探究、試驗(yàn)、創(chuàng)造和共通能力，使學(xué)生成為電子技術(shù)學(xué)習(xí)的主體，更好地面對(duì)當(dāng)今技術(shù)社會(huì)的挑戰(zhàn)。

本模塊的教學(xué)應(yīng)反映必修模塊“技術(shù)與設(shè)計(jì)1”和“技術(shù)與設(shè)計(jì)2”中技術(shù)設(shè)計(jì)的思想方法。

本模塊分設(shè)傳感器、數(shù)字電路、電磁繼電器、和電子控制系統(tǒng)及其應(yīng)用四個(gè)主題。模塊-主題結(jié)構(gòu)如下圖。

電子控制技術(shù)

數(shù)字電路

電磁繼電器

電子控制系統(tǒng)

及其應(yīng)用

傳感器

前面三個(gè)主題分別闡述了電子控制系統(tǒng)的三個(gè)主要組成部分，重點(diǎn)是各部分的作用、原理和應(yīng)用，第四個(gè)主題是將前面三個(gè)主題組合成一個(gè)控制系統(tǒng)，通過(guò)應(yīng)用性設(shè)計(jì)，對(duì)“技術(shù)與設(shè)計(jì)1”、“技術(shù)與設(shè)計(jì)2”的內(nèi)容進(jìn)行應(yīng)用、綜合和拓展遷移。本模塊的重點(diǎn)是在電子控制系統(tǒng)及其應(yīng)用上。

模塊內(nèi)容通過(guò)對(duì)日常生活、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、軍事武器的典型案例的分析，使學(xué)生建立起系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和電子控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的完整概念，明確傳感器、數(shù)字電路和電磁繼電器作為電子控制系統(tǒng)的三個(gè)主要環(huán)節(jié)的作用，了解電子控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般過(guò)程、應(yīng)遵循的基本原則。通過(guò)親歷設(shè)計(jì)過(guò)程，使學(xué)生理解電子技術(shù)、親近電子技術(shù)。可能有一些學(xué)生缺乏電子技術(shù)的基礎(chǔ)知識(shí)，建議教師在教學(xué)時(shí)補(bǔ)充電阻、電容、電感、三極管、放大器等知識(shí)和常用電子測(cè)量?jī)x器如多用電表、示波器的使用方法。

模塊的四個(gè)主題，建立電子控制系統(tǒng)的完整結(jié)構(gòu)概念是前提，傳感器、數(shù)字電路、電磁傳感器掌握運(yùn)用是基礎(chǔ)，電子控制系統(tǒng)的綜合應(yīng)用是載體，通過(guò)電子技術(shù)的操作方法和試驗(yàn)方法的掌握，領(lǐng)悟技術(shù)與設(shè)計(jì)的思想方法，提高學(xué)生探究問(wèn)題的能力，促進(jìn)所學(xué)知識(shí)與能力的遷移。

第一節(jié)傳感器

一、內(nèi)容結(jié)構(gòu)圖:

常見(jiàn)傳感器的種類(lèi)、型號(hào)

常見(jiàn)傳感器的電路圖形符號(hào)

認(rèn)識(shí)傳感器

傳感器

常見(jiàn)傳感器的檢測(cè)

常見(jiàn)傳感器的作用

傳感器應(yīng)用

常見(jiàn)傳感器典型應(yīng)用

二、知識(shí)點(diǎn)列表

學(xué)習(xí)結(jié)果（知識(shí)點(diǎn)）

指標(biāo)（當(dāng)學(xué)生獲得這種學(xué)習(xí)結(jié)果時(shí)，他們能夠：）

表現(xiàn)水平

常見(jiàn)傳感器的種類(lèi)、型號(hào)

·能從外形和標(biāo)識(shí)上識(shí)別光敏傳感器、熱敏傳感器、濕敏傳感器、聲敏傳感器、力敏傳感器、氣敏傳感器等常見(jiàn)傳感器

Ⅱ

常見(jiàn)傳感器的電路圖形

·熟悉光敏傳感器、熱敏傳感器、濕敏傳感器、聲敏傳感器、力敏傳感器、氣敏傳感器等常見(jiàn)傳感器的電路圖形符號(hào)

Ⅰ

常見(jiàn)傳感器的檢測(cè)

·能用多用電表檢測(cè)光敏傳感器、熱敏傳感器、濕敏傳感器、聲敏傳感器、力敏傳感器等常見(jiàn)傳感器的特性并判斷好壞

Ⅱ

常見(jiàn)傳感器的作用

·知道光敏傳感器、熱敏傳感器、濕敏傳感器、聲敏傳感器、力敏傳感器、氣敏傳感器等常見(jiàn)傳感器的物理信息采集和電信號(hào)轉(zhuǎn)換原理和作用

Ⅰ

常見(jiàn)傳感器典型應(yīng)用

·舉例說(shuō)明光敏傳感器、熱敏傳感器、濕敏傳感器、聲敏傳感器、力敏傳感器、氣敏傳感器等常見(jiàn)傳感器在自動(dòng)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

Ⅰ

三、重難點(diǎn)分析

（一）重點(diǎn)分析

常見(jiàn)傳感器的作用

傳感器象人體的感覺(jué)器官一樣能感受到外界物理信息的變化，它能將非電量的物理信息轉(zhuǎn)換成與之有確定關(guān)系的電信號(hào)，輸送給控制電路進(jìn)行處理。在電子控制系統(tǒng)中，傳感器是能夠采集外界物理信息的唯一元器件，是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)和自動(dòng)控制的首要環(huán)節(jié)。

傳感器種類(lèi)繁多，常見(jiàn)的電阻式傳感器是將被測(cè)量，如光、溫度、濕度、力、氣體濃度等物理量轉(zhuǎn)換式成電阻值（間接轉(zhuǎn)換成電流、電壓信號(hào)）這樣的一種器件。主要有光敏、熱敏、濕敏、壓敏、氣敏等電阻式傳感器件。光敏二極管和光敏三極管對(duì)紅外線敏感，可在紅外遙控電子控制系統(tǒng)中應(yīng)用。

常見(jiàn)傳感器的應(yīng)用

技術(shù)課程的學(xué)習(xí)要從學(xué)生的生活經(jīng)驗(yàn)出發(fā)，了解傳感器在日常生活、生產(chǎn)、軍事、環(huán)境監(jiān)測(cè)方面的應(yīng)用，可以培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)電子控制技術(shù)的興趣，可以引導(dǎo)學(xué)生對(duì)電子控制技術(shù)的人文因素的感悟和理解。

（二）難點(diǎn)分析

從外形和標(biāo)識(shí)上認(rèn)識(shí)傳感器

從外形和標(biāo)識(shí)上區(qū)別不同的常見(jiàn)傳感器是其應(yīng)用的基礎(chǔ)，而傳感器種類(lèi)繁多、外形各異，認(rèn)識(shí)它們，對(duì)初學(xué)者有較大難度。

常見(jiàn)傳感器的檢測(cè)

通過(guò)用多用電表檢測(cè)常見(jiàn)傳感器的電氣特性，使學(xué)生加深對(duì)傳感器原理的感性認(rèn)識(shí)，激發(fā)探究欲望，能比較、判斷傳感器的好壞及引腳極性，正確使用傳感器，這是一個(gè)是試驗(yàn)、探究的過(guò)程，是理論和實(shí)踐的結(jié)合，是學(xué)生技術(shù)素養(yǎng)的一個(gè)觀察點(diǎn)。

常見(jiàn)傳感器的檢測(cè)涉及到對(duì)常見(jiàn)傳感器結(jié)構(gòu)、原理、特性的了解和有關(guān)電子測(cè)量?jī)x器的使用，而且不同的傳感器有不同的檢測(cè)方法，所以是傳感器教學(xué)中的一個(gè)難點(diǎn)。

四、教學(xué)建議

教師在教學(xué)中不要介紹傳感器的工作原理，重點(diǎn)要放在如何讓學(xué)生定性了解傳感器上。因此，教學(xué)中穿插學(xué)生動(dòng)手實(shí)驗(yàn)和教師課堂實(shí)物演示就顯的特別重要。

如何上好這部分教學(xué)內(nèi)容，建議把握好以下4個(gè)教學(xué)內(nèi)容。

1、了解常見(jiàn)傳感器的型號(hào)命名方法：

（1）對(duì)于敏感型電阻式傳感器，其型號(hào)一般由四部分組成，第一部分是字母“M”表示敏感型元件，第二部分字母表示敏感類(lèi)別（都是拼音的第一個(gè)字母），如：“Z”表示正溫度系數(shù)熱敏電阻、“F”表示負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻、“Y”表示壓敏電阻、“S”表示濕敏電阻、“Q”表示濕敏電阻、“G”表示光敏電阻、“C”表示磁敏電阻、“L”表示力敏電阻，后面兩個(gè)部分表示用途和序號(hào)。例如：MF41是普通旁熱式負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻，MG42是可見(jiàn)光敏電阻，MSC-1是陶瓷濕敏電阻,等等。

（2）對(duì)于非電阻式傳感器，就要查閱有關(guān)手冊(cè)，如光敏二極管常用型號(hào)是2CUXX,管殼上有一個(gè)光照窗口、一個(gè)正極性標(biāo)志點(diǎn)，使用時(shí)注意兩個(gè)電極的正負(fù)極；光敏三極管常用型號(hào)是3DUXX，使用時(shí)要注意集電極C和發(fā)射極E的區(qū)別。

2、定性認(rèn)識(shí)常見(jiàn)傳感器

教師可以先介紹一兩個(gè)常見(jiàn)傳感器將不同的物理信息轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的最簡(jiǎn)單原理和外形結(jié)構(gòu)，教學(xué)中重點(diǎn)是定性介紹常見(jiàn)的傳感器如光敏傳感器、熱敏傳感器、磁敏傳感器、聲敏傳感器、氣敏傳感器等的功能作用。

比如，教師可以先介紹電阻型敏感器，其物理信息直接轉(zhuǎn)換的電信號(hào)是電阻值的變化；如熱敏電阻，正溫度系數(shù)熱敏電阻是以鈦酸鋇為主和微量鍶、鈦、鋁等化合物配制成電阻體材料，其電阻值隨溫度的升高而升高；負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻是以錳、鎳、銅等的化合物為原料，按一定比例混合用陶瓷工藝制成，其電阻值隨溫度的升高而降低。

對(duì)于非電阻型敏感器，如光敏二極管由硅材料構(gòu)成PN結(jié)，具有單向?qū)щ娦裕ぷ髟诜聪螂妷合?，管芯受到光照時(shí)，半導(dǎo)體材料原子結(jié)構(gòu)中最外層的電子被激發(fā)出來(lái)，形成反向電流，且隨光強(qiáng)度增大而增大，所以光敏二極管是將光信息直接轉(zhuǎn)換為電流信號(hào)。

例：認(rèn)識(shí)常見(jiàn)傳感器件

老師：給學(xué)生看光敏傳感器、熱敏傳感器、聲敏傳感器、氣敏傳感器的實(shí)物，同時(shí)也展示磁敏傳感器、力傳感器和位移傳感器的照片，并介紹各個(gè)傳感器的名稱(chēng)。

老師舉實(shí)物自問(wèn)自答：為什么稱(chēng)光敏傳感器。因?yàn)樗苁占獾男畔?，并把它轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)。

老師舉實(shí)物問(wèn)：為什么稱(chēng)熱敏傳感器。

學(xué)生回答：因?yàn)樗苁占療嵝畔?，并把它轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)。

老師：它能收集溫度信息，并把它轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)。溫度是反映物體熱度的物理量。

學(xué)生：老師為什么氣敏傳感器引腳這么多，而熱敏傳感只有兩個(gè)引腳。

老師：目前對(duì)天然氣（液化氣）敏感的傳感器，技術(shù)上還需要4個(gè)引腳其中兩個(gè)引腳需要外接輔助電源。這樣氣敏傳感器才能收集液化氣的信息并把它轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)。隨著技術(shù)的發(fā)展，會(huì)有一天氣敏傳感器的引腳與光敏傳感器的引腳一樣只有兩個(gè)引腳。

3、使學(xué)生直觀認(rèn)識(shí)傳感器的作用

傳感器獲得外界的輸入信息并通過(guò)它將非電量信息轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸出，其內(nèi)部工作原理是復(fù)雜的。課標(biāo)只要求學(xué)生知道傳感器的作用及其應(yīng)用。因此教學(xué)設(shè)計(jì)要精選簡(jiǎn)單易行的實(shí)物演示實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生直觀地認(rèn)識(shí)傳感器的作用。通過(guò)二三個(gè)不同傳感器的演示實(shí)驗(yàn)引出一個(gè)結(jié)論----各種傳感器的作用都是一樣的，將非電量信息轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸出，不同的是它們敏感的非電量信息不同，有的是光、有的是聲、有的是溫度……。

例：傳感器的作用

老師實(shí)驗(yàn)前準(zhǔn)備：光敏電阻一只、熱敏傳感器一只、電吹風(fēng)一把、指針式萬(wàn)用表一架、電池組、電阻一個(gè).

老師上課演示，同學(xué)觀察。置萬(wàn)用表于R×1K檔,表筆分別接入光敏電阻的兩個(gè)引腳，察萬(wàn)用表指示的電阻值約為1千歐；用手遮蓋光敏電阻的受光表面，觀察萬(wàn)用表指示的電阻值為30千歐，即光敏電阻無(wú)光照時(shí)電阻值增大，有光照時(shí)電阻值減小。用電吹風(fēng)對(duì)光敏電阻加熱，對(duì)著光敏電阻叫喊，光敏電阻的電阻值都不發(fā)生變化，說(shuō)明光敏電阻僅拾取光信息。

置萬(wàn)用表于R×1K檔，表筆分別接入熱敏電阻的兩個(gè)引腳，觀察萬(wàn)用表指示的電阻值為2千歐姆，用電吹風(fēng)產(chǎn)生熱風(fēng)吹熱敏電阻，熱敏電阻溫度上升的同時(shí)觀察萬(wàn)用表指示的電阻值漸漸增大，即熱敏電阻隨著溫度的升高，電阻值增大，用手遮蓋熱敏電阻，使它不受光，觀察萬(wàn)用表熱敏電阻的電阻值不發(fā)生變化，說(shuō)明熱敏電阻僅拾取溫度的信息。

如檢測(cè)光敏二極管可用光照法，多用電表選R×1K電阻檔，用黑表筆（表內(nèi)電池正極）接光敏二極管負(fù)極，紅表筆接正極，用手遮住光敏二極管光照窗口，此時(shí)電阻接近無(wú)窮大；然后，讓光線照射光敏二極管，電阻會(huì)大幅度減小，可以直觀光敏二極管的特性、可以判斷光敏二極管的敏感性和好壞。光敏二極管還和普通二極管一樣具有單向?qū)щ娮饔?，其正向電阻?～9KΩ，反向電阻大于5MΩ。

老師做實(shí)驗(yàn)小結(jié)：不同的傳感器可以用來(lái)收集不同的信息，將信息變化轉(zhuǎn)換為電阻值變化的信號(hào)的這類(lèi)傳感器稱(chēng)為電阻類(lèi)傳感器。還有許多傳感器也是電阻類(lèi)傳感器，如：濕敏傳感器、力敏傳感器、聲敏傳感器、磁敏傳感器。對(duì)于阻類(lèi)傳感器，在要求不高的場(chǎng)合，它們的好壞可以用多用表測(cè)量，它的電阻值隨外界信息變化而變化的情況來(lái)判斷，若它們的阻值隨外界信息變化而變化，則是好的，否則為不良的。不良的傳感器是不能用的。

老師：如何將電阻類(lèi)傳感器電阻隨外界信息變化而變化變換為輸出電信號(hào)隨外界信息變化而變化呢？

觀察一個(gè)實(shí)驗(yàn)如圖9.1所示。它由一個(gè)電阻R、一個(gè)光敏電阻RG和一個(gè)3伏電池組組成。V是電壓表用來(lái)測(cè)量輸出電壓。

圖9.1電阻性傳感器檢測(cè)電路

用手遮蓋光敏傳感器輸出電壓隨光敏傳感器受光面的光強(qiáng)度而變化。

老師：這個(gè)實(shí)驗(yàn)電路告訴我們一個(gè)事實(shí)，電阻性傳感器在應(yīng)用時(shí)要并接由E（電源）和R（電阻）相串聯(lián)組成的轉(zhuǎn)換電路。該轉(zhuǎn)換電路能使電阻類(lèi)傳感器電阻隨外界信息變化而變化，變換為傳感器輸出電信號(hào)隨外界信息變化而變化。

這樣光敏傳感器經(jīng)轉(zhuǎn)換電路變換后就能將光信息變換為電信號(hào)。經(jīng)過(guò)后續(xù)章節(jié)的學(xué)習(xí)可以了解到如何對(duì)該電信號(hào)進(jìn)行處理，然后輸出執(zhí)行電路。如用光敏電阻實(shí)現(xiàn)對(duì)街上路燈的自動(dòng)控制。它的控制過(guò)程為：天暗了，光敏傳感器將光信息變換為電信號(hào)，送處理電路處理后，輸出控制電壓送執(zhí)行電路。執(zhí)行電路接通路燈開(kāi)關(guān)，路燈點(diǎn)亮，反之，路燈電源被切斷。

4、學(xué)生動(dòng)手實(shí)驗(yàn)，加深對(duì)傳感器的應(yīng)用了解。

為了使學(xué)生能定性認(rèn)識(shí)傳感器的功能和作用，加深學(xué)生對(duì)傳感器的了解，在教學(xué)設(shè)計(jì)中，可考慮安排學(xué)生一次動(dòng)手實(shí)驗(yàn)，學(xué)生可以幾個(gè)人一組。實(shí)驗(yàn)的目的是認(rèn)識(shí)常見(jiàn)的傳感器，能用多用表檢測(cè)傳感器，知道傳感器的作用及其應(yīng)用。教師在選擇實(shí)驗(yàn)電路時(shí)要盡可能考慮電路簡(jiǎn)單、操作容易、突出學(xué)生對(duì)傳感器在應(yīng)用性方面的認(rèn)識(shí)，使學(xué)生知道傳感器的作用在與收集信息；知道不同類(lèi)別的傳感器能夠把不同類(lèi)別的信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)；知道生活中常見(jiàn)的自動(dòng)控制系統(tǒng)需使用什么類(lèi)別的傳感器。

例：

老師：實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源準(zhǔn)備。（微調(diào)電位器、光敏傳感器、濕敏傳感器、三極管、發(fā)光二極管電阻、多用表、電池組、調(diào)光臺(tái)燈、噴霧器、照度計(jì)、濕度計(jì)、聲強(qiáng)儀等）

實(shí)驗(yàn)電路：

圖９.2傳感器試驗(yàn)電路

老師：圖９.2是一個(gè)信號(hào)處理電路（控制器）和執(zhí)行器組成的一個(gè)報(bào)警實(shí)驗(yàn)電路，報(bào)警時(shí)，發(fā)光二極管V1亮，圖中V2主要功能是信號(hào)處理，V1是執(zhí)行器（執(zhí)行器也可以是繼電器或蜂鳴器等），R1是限流電阻，限制V1亮?xí)r的最大電流，通常R取200Ω，V1亮?xí)r的流過(guò)V1的電流約為10mA。R2也為限流電阻，防止因傳感器接錯(cuò)，電源直接燒毀三極管的BE結(jié)。圖中，a、b兩點(diǎn)用于連接傳感器。當(dāng)a、b兩點(diǎn)接熱敏電阻時(shí)，該電路的功能為濕度報(bào)警器，a、b兩點(diǎn)接光敏傳感電阻時(shí)，該電路的功能為照度報(bào)警器；當(dāng)a、b兩點(diǎn)接聲傳感器時(shí)，該電路的功能為噪聲報(bào)警器……。

下面以a、b兩點(diǎn)接光敏傳感器為例介紹照度報(bào)警器電路工作原理。

光照強(qiáng)度大時(shí)，光敏傳感器的電阻小，根據(jù)分壓原理，電源E在RP的上的分壓值大，適當(dāng)調(diào)整RP的電阻值，使在b、G兩點(diǎn)間的電壓為0.7V。三極管V2因Vbe=0.7V飽和而導(dǎo)通。電源經(jīng)電阻R1，發(fā)光二極管V1、三極管V2的C、E極構(gòu)成了回路，電流流過(guò)發(fā)光二極管V1，發(fā)光二極管被點(diǎn)亮——照度報(bào)警，說(shuō)明當(dāng)前照度太強(qiáng)了。

老師：當(dāng)光照度弱時(shí)，光敏傳感器的等效電阻值變得很大（幾十千歐或上百千歐），電源E在RP上幾乎沒(méi)有什么分壓值，三極管V2的Vbe值幾乎為零，三極管截止，沒(méi)有電流流過(guò)三極管C、E極，發(fā)光二極管V1不亮，說(shuō)明當(dāng)前光照度沒(méi)有超過(guò)“警戒線”。

老師：同學(xué)們想一想，上述電路中，微調(diào)電位器Rp的與電源E組成一個(gè)轉(zhuǎn)換電路，光敏傳感器經(jīng)轉(zhuǎn)換電路變換后，就能將光信息變換微電信號(hào)輸出。調(diào)整RP的目的是改變?cè)诖_定的照度條件下，轉(zhuǎn)換電路輸出的電壓，即報(bào)警照度為“警戒線”。

老師：同學(xué)們討論一下怎樣調(diào)整照度報(bào)警器?

學(xué)生：討論，回答（略）

老師：小結(jié)，實(shí)驗(yàn)步驟

用照度計(jì)將臺(tái)燈的光強(qiáng)度調(diào)到100ＬＸ（報(bào)警照度）

在實(shí)驗(yàn)板上接入光敏傳感器，

接通電源開(kāi)關(guān)Ｋ

調(diào)整微調(diào)電位器RP，使發(fā)光二極管亮。

用多用表直流電壓檔確認(rèn)，ＶBE之間的電壓０.７Ｖ

關(guān)閉臺(tái)燈，發(fā)光二極管不亮。用多用表直流電壓檔確認(rèn)ＶBE之間電壓小于０.７Ｖ

老師：實(shí)驗(yàn)步驟５和６中用電壓表測(cè)量ＶBE的電壓這個(gè)操作可以省略。為什么要求大家做呢？因?yàn)镽P的端電壓值很重要，它是流過(guò)光敏傳感器的電流流過(guò)RP產(chǎn)生的電壓降。該電壓可以理解為光敏傳感器的輸出電壓，該電壓是否０.７Ｖ決定信號(hào)處理管是導(dǎo)通還是截止，即發(fā)光二極管是亮還是暗。當(dāng)ＶBE為０.７Ｖ時(shí)，三極管時(shí)導(dǎo)通，當(dāng)ＶBE<０.４Ｖ時(shí)，三極管時(shí)截止的。

老師：下面分小組做實(shí)驗(yàn)。一組做一種傳感器實(shí)驗(yàn)。同學(xué)們?cè)谧鰧?shí)驗(yàn)的同時(shí)要發(fā)揮團(tuán)隊(duì)精神，同時(shí)思考下面二個(gè)問(wèn)題：

想一想，在日常生活中，見(jiàn)過(guò)什么電子產(chǎn)品用過(guò)你做過(guò)實(shí)驗(yàn)的傳感器

報(bào)警器的功能有什么地方不滿(mǎn)意，提出建設(shè)性意見(jiàn)

實(shí)驗(yàn)結(jié)束前每一個(gè)小組派代表回答上述問(wèn)題

學(xué)生：實(shí)驗(yàn)開(kāi)始（略）

學(xué)生：小組代表發(fā)言。同學(xué)們爭(zhēng)論（略）

老師：最后作實(shí)驗(yàn)小結(jié)（略）

《常見(jiàn)傳感器的檢測(cè)》教學(xué)設(shè)計(jì)

教學(xué)內(nèi)容分析：

本節(jié)課主要通過(guò)對(duì)磁敏、聲敏的定性檢測(cè)和對(duì)光敏、熱敏傳感器的定量檢測(cè)，使同學(xué)們對(duì)傳感器有一個(gè)感性認(rèn)識(shí)，初步掌握傳感器的檢測(cè)方法，了解傳感器將物理量轉(zhuǎn)換為電量的特性，為使用傳感器進(jìn)行電子控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)奠定基礎(chǔ)。根據(jù)日常生活中常見(jiàn)電器使用傳感器的情況，選用光敏、聲敏（用于夜晚樓道聲響照明燈的開(kāi)關(guān)）、熱敏（自動(dòng)開(kāi)水壺）、磁敏（門(mén)開(kāi)防盜報(bào)警）這4種傳感器，檢測(cè)方法設(shè)計(jì)為2種：

1、使用多用電表的歐姆檔，通過(guò)測(cè)量傳感器在外界物理量變化時(shí)的電阻值變化規(guī)律，并作好數(shù)據(jù)記錄；

2、使用QXD－2型傳感器性能實(shí)驗(yàn)儀，進(jìn)行傳感器功能的演示實(shí)驗(yàn)，該儀器在感受到傳感器輸入信號(hào)時(shí)，可控制發(fā)出四種音樂(lè)聲，以及進(jìn)行燈光閃爍和繼電器控制。

二、教學(xué)對(duì)象分析：

雖然傳感器在日常生活中應(yīng)用廣泛，但學(xué)生缺乏自己動(dòng)手搭接傳感器電路的實(shí)際技術(shù)體驗(yàn)，因此對(duì)傳感器對(duì)物理量感受和轉(zhuǎn)換作用并不理解，因此使用多用電表和演示儀器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，可增加實(shí)驗(yàn)的趣味性，調(diào)動(dòng)學(xué)生的探究欲望。

本課教學(xué)要求學(xué)生學(xué)會(huì)使用多用電表測(cè)量傳感器的電阻隨環(huán)境物理量的變化情況。學(xué)生對(duì)多用電表的使用熟練程度不一，可分組合作、互相學(xué)習(xí)，完成檢測(cè)任務(wù)。

三、教學(xué)目標(biāo)及分析

1、了解常見(jiàn)傳感器的檢測(cè)方法；能夠根據(jù)檢測(cè)信息對(duì)幾種傳感器進(jìn)行特性分析。學(xué)會(huì)使用多用電表檢測(cè)光敏電阻、正、負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻、磁敏傳感器；

2、經(jīng)歷傳感器檢測(cè)的一般過(guò)程，從系統(tǒng)、信息、控制的角度分析傳感器的作用，從傳感器檢測(cè)儀的控制功能領(lǐng)悟“黑箱”原理；

3、培養(yǎng)學(xué)生養(yǎng)成嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致的技術(shù)學(xué)習(xí)習(xí)慣（如不要將溫度計(jì)折斷、不要被開(kāi)水燙了等）；樹(shù)立安全用電意識(shí)和遵守安全操作規(guī)程的習(xí)慣。注重學(xué)生觀察能力、運(yùn)用知識(shí)解決問(wèn)題能力的培養(yǎng)，領(lǐng)悟技術(shù)試驗(yàn)的一般思想方法。

教學(xué)重點(diǎn)：學(xué)會(huì)認(rèn)識(shí)、檢測(cè)幾種常見(jiàn)的傳感器。

教學(xué)難點(diǎn)：對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)的分析歸納。

四、教學(xué)策略及媒體的運(yùn)用

1、教師先搜集各種生活中傳感器應(yīng)用和各種傳感器對(duì)照的圖片資料，擴(kuò)大學(xué)生的知識(shí)面；

2、將檢測(cè)流程簡(jiǎn)單、現(xiàn)象明顯的光敏電阻的檢測(cè)安排在開(kāi)始，集中觀察，然后由學(xué)生應(yīng)用類(lèi)似方法設(shè)計(jì)其它幾種傳感器的檢測(cè)；

3、各小組根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行討論、推選代表發(fā)言歸納。

五、教學(xué)準(zhǔn)備

多種傳感器1袋/組，多用電表1塊/組、傳感器功能演示儀1臺(tái)/組

溫度傳感器特性測(cè)試試驗(yàn)儀器：小電熱棒1個(gè)、溫度計(jì)1根、大玻璃杯1個(gè)

光敏傳感器特性測(cè)試試驗(yàn)儀器：調(diào)光臺(tái)燈1盞、照度計(jì)1臺(tái)

六、教學(xué)過(guò)程

過(guò)程

教師活動(dòng)

學(xué)生活動(dòng)及預(yù)期目標(biāo)

設(shè)計(jì)思路

多媒體展示

用圖片展示各種生活中傳感器應(yīng)用事例和各種傳感器

學(xué)生識(shí)別、舉例生活中接觸到的傳感器，識(shí)別傳感器的名稱(chēng)、符號(hào)和作用

培養(yǎng)學(xué)生對(duì)傳感器的興趣

多用電表檢測(cè)

1、演示用多用電表測(cè)量傳感器的電阻或通斷情況，并記錄數(shù)據(jù)；

2、提示學(xué)生改變傳感器接收物理信息的強(qiáng)度；注意特別注意溫度傳感器在常溫和100C0時(shí)的阻值，注意測(cè)量光敏電阻的暗電阻；

3、歸納舉例。

1、分組討論、確定檢測(cè)方法、分組操作；

2、加熱水杯，將熱敏傳感器置水中，測(cè)量并記錄其阻值隨溫度變化情況；

3、將調(diào)臺(tái)燈照射光敏傳感器，觀察記錄其阻值變化隨照度變化的情況；

3、交流、討論、歸納傳感器的特性

運(yùn)用基本方法解決問(wèn)題，歸納檢測(cè)步驟

儀器演示

1、介紹傳感器功能演示儀器的使用；

2、介紹“黑箱”理論。

3、組織學(xué)生演示說(shuō)明結(jié)論。

1、在演示儀上接插不同的傳感器，觀察現(xiàn)象；

2、領(lǐng)悟“黑箱”理論；

3、分析試驗(yàn)現(xiàn)象，歸納

按“黑箱”理論設(shè)計(jì)的路

總結(jié)整理

1、總結(jié)幾種傳感器的特性和檢測(cè)方法；

2、介紹檢測(cè)傳感器的特性和檢測(cè)方法

畫(huà)出電阻值隨環(huán)境物理量變化的規(guī)律曲線，核對(duì)檢測(cè)報(bào)告并歸納整理

培養(yǎng)學(xué)生技術(shù)學(xué)習(xí)的良好

1、溫度傳感器檢測(cè)實(shí)驗(yàn)：

多用電表置R×100電阻檔，兩個(gè)表筆分別接熱敏電阻的兩個(gè)引腳，將熱敏電阻放入水杯，溫度計(jì)測(cè)得起始加熱時(shí)的水溫為25C，此時(shí)多用電表測(cè)得熱敏電阻（型號(hào)：TTC103）的阻值是5KΩ；用電熱棒加溫，隨著水溫不斷上升，熱敏電阻隨之下降（負(fù)溫度系數(shù)），當(dāng)水溫達(dá)到100C0時(shí)，熱敏電阻的阻值是500Ω。

學(xué)生可選擇10個(gè)不同溫度作為觀測(cè)點(diǎn)，測(cè)出熱敏電阻的10個(gè)不同電阻值，列出表格并畫(huà)出電阻值隨溫度變化的曲線。

2、光敏傳感器檢測(cè)實(shí)驗(yàn)：

多用電表置R×100電阻檔，兩個(gè)表筆分別接光敏電阻的兩個(gè)引腳，用調(diào)光臺(tái)燈照射光敏電阻的感光窗口；調(diào)節(jié)燈光照度為100LUX,測(cè)得光敏電阻值為3KΩ，隨著光照度不斷上升，光敏電阻隨之下降，當(dāng)光照度達(dá)到672LUX時(shí)，測(cè)得光敏電阻值約為1.1KΩ。

學(xué)生可選擇10不同光照度作為觀測(cè)點(diǎn)，測(cè)出光敏電阻的10個(gè)不同電阻值，列出表格并畫(huà)出電阻值隨光照度變化的曲線。

第二節(jié)數(shù)字電路

一、內(nèi)容結(jié)構(gòu)圖

數(shù)字信號(hào)的特性及優(yōu)點(diǎn)

數(shù)字信號(hào)

數(shù)字信號(hào)中的1和0

數(shù)字電路

三極管

與、或、非門(mén)

基本邏輯門(mén)

與非、或非門(mén)

數(shù)字集成電路類(lèi)型

數(shù)字集成電路

數(shù)字集成電路應(yīng)用

二、知識(shí)點(diǎn)列表

學(xué)習(xí)結(jié)果（知識(shí)點(diǎn)）

指標(biāo)（當(dāng)學(xué)生獲得這種學(xué)習(xí)結(jié)果時(shí)，他們能夠：）

表現(xiàn)水平

數(shù)字信號(hào)的特性及優(yōu)點(diǎn)

·數(shù)字信號(hào)和模擬信號(hào)的區(qū)別？

·了解數(shù)字信號(hào)的特性

·舉例說(shuō)明數(shù)字信號(hào)相對(duì)模擬信號(hào)的優(yōu)點(diǎn)

Ⅱ

Ⅰ

Ⅱ

數(shù)字信號(hào)中“1”和“0”

·知道數(shù)字信號(hào)中“1”和“0”的意義

·了解數(shù)字電路是能方便處理“1”和“0”兩種狀態(tài)信號(hào)的電路

Ⅱ

Ⅰ

三極管

·了解三極管的開(kāi)關(guān)特性

·了解三極管的開(kāi)關(guān)特性是邏輯門(mén)電路的基礎(chǔ)

Ⅰ

Ⅰ

與門(mén)、或門(mén)、非門(mén)

·列舉與、或、非邏輯關(guān)系在日常生活中的表現(xiàn)事例

·熟悉與門(mén)、或門(mén)、非門(mén)的電路符號(hào)

·熟悉與門(mén)、或門(mén)、非門(mén)輸出信號(hào)與輸入信號(hào)之間的邏輯關(guān)系表達(dá)式

·會(huì)填與門(mén)、或門(mén)、非門(mén)的真值表、會(huì)畫(huà)波形圖

Ⅰ

Ⅰ

Ⅰ

Ⅱ

與非門(mén)、或非們

·知道與非門(mén)、或非門(mén)的電路符號(hào)

·知道與非門(mén)、或非門(mén)輸出信號(hào)與輸入信號(hào)之間的邏輯關(guān)系表達(dá)式

·會(huì)填與非門(mén)、或非門(mén)的真值表、會(huì)畫(huà)波形圖

Ⅰ

Ⅰ

Ⅱ

數(shù)字集成電路類(lèi)型

·知道數(shù)字集成電路有TTL和CMOS兩種類(lèi)型

·了解TTL型和CMOS型集成電路構(gòu)成

·識(shí)別TTL和CMOS數(shù)字集成電路

·比較TTL型和CMOS型集成電路在電氣特性方面的差別

·了解使用TTL型和CMOS型集成電路的注意事項(xiàng)

Ⅰ

Ⅰ

Ⅰ

Ⅱ

Ⅰ

數(shù)字集成電路應(yīng)用

·能用數(shù)字集成電路安裝簡(jiǎn)單的實(shí)用電路裝置

·能夠?qū)?shù)字電路進(jìn)行簡(jiǎn)單的組合設(shè)計(jì)和制作，并進(jìn)行試驗(yàn)

Ⅱ

Ⅱ

三、重難點(diǎn)分析

（一）重點(diǎn)分析

基本邏輯門(mén)電路的邏輯關(guān)系、真值表和波形圖

門(mén)電路是構(gòu)成數(shù)字集成電路的基本單元，若將非常復(fù)雜的數(shù)字電路進(jìn)行細(xì)分解，可以知道都是由與門(mén)、或門(mén)、非門(mén)這三種基本門(mén)電路構(gòu)成的。門(mén)電路的輸出數(shù)據(jù)由輸入數(shù)據(jù)決定，其邏輯關(guān)系函數(shù)表達(dá)式表達(dá)了門(mén)電路的輸出與輸入之間的關(guān)系，是分析和設(shè)計(jì)數(shù)字電路的基礎(chǔ)。

真值表以表格形式反映了輸入信號(hào)所有變化可能性對(duì)應(yīng)輸出信號(hào)的關(guān)系，是邏輯關(guān)系函數(shù)表達(dá)式的表格化形式，真值表是理解數(shù)字電路工作狀態(tài)的重要依據(jù)。

波形圖反映了門(mén)電路的輸入、輸出信號(hào)電平隨時(shí)間變化的情況，也是由邏輯關(guān)系函數(shù)表達(dá)式?jīng)Q定的。

邏輯關(guān)系函數(shù)表達(dá)式、真值表和波形圖以三種不同形式來(lái)表達(dá)數(shù)字電路的工作狀態(tài)，其本質(zhì)都是一樣的。

TTL型和CMOS型集成電路在電氣特性方面的差別

數(shù)字集成電路有TTL與CMOS兩種類(lèi)型，例如集成與、或、非門(mén)也有TTL與CMOS兩種類(lèi)型，TTL主要由NPN型晶體管構(gòu)成，CMOS主要由場(chǎng)效應(yīng)管構(gòu)成，由于使用器件不同，決定了這兩種集成電路的結(jié)構(gòu)和電氣性能有很大不同，使用時(shí)，理解它們的特性非常重要。

由于TTL型和CMOS型集成電路的最大額定電源電壓、邏輯電平、延遲時(shí)間等參數(shù)都有較大的差別，所以TTL型和CMOS型集成電路不能混合使用。

比較項(xiàng)目

TTL門(mén)電路

CMOS門(mén)電路

邏輯0電平（輸出時(shí)）

0.3～0.4V

0～0.4V

邏輯0電平（輸入時(shí)）

0.3～0.8V

0～1.5V

邏輯1電平（輸出時(shí)）

2.4～3.6V

3.5～Vd（電源電壓）

邏輯1電平（輸入時(shí)）

2～3.6V

3.5～Vd（電源電壓）

邏輯擺幅

小

大

輸入阻抗

低（約幾KΩ）

高（108Ω以上）

工作電壓

5V

3～18V

平均傳輸延遲時(shí)間

快（約十幾ns）

慢(約幾十ns)

功耗

大（約十幾mW）

低（約幾個(gè)uW）

閾值電壓

約1.5V

約2.5V（電源電壓為5V時(shí)）

扇出系數(shù)

8

約50

集成度

低

高

抗輻射能力

弱

強(qiáng)

雖然TTL型和CMOS型集成電路在電氣特性方面有較大差別，但相同功能電路的邏輯關(guān)系是相同的，不影響對(duì)電路的邏輯分析。

用數(shù)字集成電路安裝簡(jiǎn)單的實(shí)用電路

用數(shù)字集成電路構(gòu)成簡(jiǎn)單實(shí)用電路，是數(shù)字集成電路應(yīng)用和構(gòu)成較復(fù)雜組合數(shù)字電路的基礎(chǔ)。學(xué)生通過(guò)電路安裝，可以認(rèn)識(shí)和熟悉電子元器件，初步掌握焊接、安裝技巧，體驗(yàn)成功的快樂(lè)，培養(yǎng)對(duì)電子技術(shù)的興趣。在教學(xué)時(shí)可選用與、或、非、與非、或非等集成門(mén)構(gòu)成多諧振蕩電路，利用多諧振蕩器搭接電子門(mén)鈴、報(bào)警器等簡(jiǎn)單、有趣電路，有興趣的學(xué)生除了學(xué)會(huì)安裝多諧振蕩器外，還可了解多諧振蕩器頻率的計(jì)算方法，以便調(diào)節(jié)頻率、改變音調(diào)。

（二）難點(diǎn)分析

什么是數(shù)字信號(hào)？

模擬信號(hào)是直接反映外界物理信息變化規(guī)律的電信號(hào)，日常生活中有大量的事例，學(xué)生好理解；而數(shù)字信號(hào)是對(duì)模擬信號(hào)的人為加工和處理，它以另外一種形式（0和1的編碼）間接地反映外界物理信息的變化規(guī)律，雖然日常生活中有大量數(shù)字技術(shù)應(yīng)用的事例，但很少能直觀、準(zhǔn)確地解釋什么是數(shù)字信號(hào)，學(xué)生往往難以理解；所以準(zhǔn)確理解數(shù)字信號(hào)是教學(xué)中的一個(gè)難點(diǎn)。

2、數(shù)字電路簡(jiǎn)單的組合設(shè)計(jì)和制作試驗(yàn)

學(xué)生通過(guò)數(shù)字電路簡(jiǎn)單的組合設(shè)計(jì)，要學(xué)會(huì)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，選擇、識(shí)別電子元器件，焊接、安裝電路、學(xué)會(huì)寫(xiě)試驗(yàn)報(bào)告，初步體驗(yàn)電子技術(shù)試驗(yàn)的一般過(guò)程。數(shù)字電路的組合設(shè)計(jì)要建立在簡(jiǎn)單數(shù)字集成電路安裝的基礎(chǔ)之上，是對(duì)簡(jiǎn)單數(shù)字集成電路的組合應(yīng)用。

四、教學(xué)建議

1、正確理解數(shù)字信號(hào)

教師在講解數(shù)字信號(hào)時(shí)，建議按以下內(nèi)容順序講解數(shù)字信號(hào)的來(lái)龍去脈，使學(xué)生能較全面的了解數(shù)字信號(hào)、較準(zhǔn)確地理解數(shù)字信號(hào)的特性：

（1）模擬信號(hào)：自然界中聲、光、熱、力等物理信息經(jīng)相應(yīng)的傳感器轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，這樣的電信號(hào)就是模擬信號(hào)，它在數(shù)值和時(shí)間上是連續(xù)變化的，其變化規(guī)律反映了相應(yīng)物理信息的強(qiáng)度和變化規(guī)律。

（2）模擬信號(hào)的主要缺點(diǎn)：

①噪聲容易疊加在模擬信號(hào)上，引起信號(hào)失真；

②不便計(jì)算機(jī)處理。

（3）十進(jìn)制數(shù)與成二進(jìn)制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換：

如：9＝（1001）2，7＝（0111）2，5＝（0101）2，3＝（0011）2等等。

掌握十進(jìn)制數(shù)和二進(jìn)制數(shù)的特性，可以幫助學(xué)生理解數(shù)字信號(hào)。

（4）模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)的過(guò)程（示意）如下：

①例如聲音信號(hào)經(jīng)聲敏傳感器（話筒）轉(zhuǎn)換成電壓Ua信號(hào)波形如圖9.3（a）所示：

②根據(jù)采樣定理，由采樣電路對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行采樣，輸出采樣電壓信號(hào)波形如圖9.3（b）所示，采樣信號(hào)是離散的模擬信號(hào)，只要采樣頻率足夠高，采樣信號(hào)能正確無(wú)誤地表示模擬信號(hào)；

③A/D轉(zhuǎn)換器將采樣后的模擬信號(hào)經(jīng)量化、編碼后轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，如圖9.3（c）所示，如2V電壓的編碼是0010,7V電壓的編碼是0111,9V電壓的編碼是1001。

圖9.3對(duì)模擬信號(hào)采樣、編碼示意圖

（5）數(shù)字信號(hào)的特點(diǎn)：

數(shù)字信號(hào)是用0和1對(duì)采樣后的離散的模擬信號(hào)進(jìn)行編碼、僅是由0與1兩種數(shù)據(jù)組成的信號(hào)，相對(duì)模擬信號(hào)有顯著的優(yōu)點(diǎn)：

①數(shù)字信號(hào)容易克服失真問(wèn)題：在傳輸、放大處理過(guò)程中失真的數(shù)字信號(hào)，經(jīng)限幅、整形處理后，即可復(fù)原；

②數(shù)字信號(hào)抗噪聲干擾能力強(qiáng)：可采用多種算法對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行檢錯(cuò)糾錯(cuò)；

③數(shù)字信號(hào)便于計(jì)算機(jī)和大規(guī)模數(shù)字集成電路存儲(chǔ)、處理。

④經(jīng)數(shù)字電路處理后的數(shù)字信號(hào)，根據(jù)需要，可用D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)。

數(shù)字電路試驗(yàn)電源的制作：

一般數(shù)字集成電路使用電源電壓為5V，使用1.5V電池疊加很不方便；建議用7805集成穩(wěn)壓器自己安裝簡(jiǎn)單的5V電源供試驗(yàn)室使用。

5伏電源電路如圖9.4所示。集成穩(wěn)壓器7805為三端器件，①腳為輸入端，②腳為接地端，③腳為+5V穩(wěn)壓輸出端；它具有1.5A的輸出能力，內(nèi)部有限流保護(hù)、過(guò)熱保護(hù)和過(guò)壓保護(hù)，采用低噪聲、溫度漂移小的基準(zhǔn)穩(wěn)壓電源，工作穩(wěn)定可靠。

3C2

0.1uF

IC7805

C1

2200uF

+

+5v

_

1

2

圖9.45V電源電路

變壓器可選用8W以上電源變壓器，使用前要測(cè)一下線圈的直流電阻，線圈電阻大的為初級(jí)線圈接220V交流電源。橋式整流器可選用全橋整流塊，整流塊的②、③腳接變壓器次級(jí)線圈，④腳接地，①腳接三端穩(wěn)壓器的輸入端，濾波電容C1選用大容量電解電容，C2為小容量電解電容以消除可能產(chǎn)生的高頻自激振蕩。

數(shù)字集成門(mén)電路試驗(yàn)

通過(guò)判斷邏輯門(mén)的試驗(yàn)，可以加深學(xué)生對(duì)真值表和邏輯函數(shù)關(guān)系表達(dá)的感性認(rèn)識(shí)。

例1：

試驗(yàn)判斷邏輯門(mén)

一、教師先將學(xué)生分組（4～6個(gè)為一組），分發(fā)給各組一套電子零配件如：2支電鉻鐵、焊錫絲、2個(gè)蜂巢板、尖嘴鉗、鑷子、小刀、數(shù)字集成電路74LS08和74LS32芯片、4個(gè)按鈕、4個(gè)10KΩ電阻、200Ω和100Ω電阻、2個(gè)發(fā)光二極管、2個(gè)14腳集成電路插座、5V電源一個(gè)、多用電表一塊等等。

老師在黑板上畫(huà)出兩個(gè)電路圖，如圖9.5和圖9.6所示；

圖9.5與門(mén)試驗(yàn)電路圖9.6或門(mén)試驗(yàn)電路

1、教師讓學(xué)生對(duì)照電路圖，認(rèn)識(shí)元器件，注意集成電路的型號(hào)和引腳的排列順序，電阻的阻值和發(fā)光二極管的極性、電源的正極和地。

2、老師講解焊接的注意事項(xiàng)，如元件管腳去氧化處理鍍錫，為避免焊接時(shí)損壞芯片，對(duì)于集成電路最好加上插座，先將插座焊接在蜂巢板上，使用時(shí)再插上芯片等；

3、【老師】：同學(xué)們，這節(jié)課的目的是通過(guò)試驗(yàn)判斷門(mén)電路的邏輯關(guān)系，給大家的7408和7432是兩種不同功能的數(shù)字集成門(mén)電路，老師先不告訴你們它們是什么門(mén)電路，只告訴大家，④腳和⑤腳是門(mén)電路的兩個(gè)輸入端、⑥腳是輸出端接發(fā)光二極管V。請(qǐng)同學(xué)們先畫(huà)出兩個(gè)電路發(fā)光二極管亮滅與按鈕A、B通斷的表格，并約定按鈕斷開(kāi)為1,閉合為0，發(fā)光二極管V亮為1、不亮為0；如表9.1和表9.2所示，即為真值表：

輸入

輸出

V⑥電壓

輸入

輸出

V⑥電壓

A1

B1

V1

A2

B2

V2

0

0

0

0

0

1

0

1

1

0

1

0

1

1

1

1

表9.1與門(mén)試驗(yàn)真值表表9.2或門(mén)試驗(yàn)真值表

二、學(xué)生自主探究：

1、以小組為單位，利用分發(fā)的零配件，分別按圖9.5和圖9.6焊接電路；

2、焊接完畢后，進(jìn)行試驗(yàn)：

按表格要求觀察A、B通斷的四種不同組合的二極管V亮滅情況，同時(shí)測(cè)量芯片第⑥腳的電壓值，并將試驗(yàn)結(jié)果填入表格中；

3、根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，老師引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行小組討論

觀察分析真值表，導(dǎo)出邏輯關(guān)系函數(shù)表達(dá)式；

判斷數(shù)字集成電路的功能；

根據(jù)V⑥的電壓值，判斷數(shù)字集成電路的類(lèi)型（是TTL還是CMOS）。

三、老師進(jìn)行總結(jié)：

74LS08是四2輸入與門(mén)芯片（內(nèi)部集成了四個(gè)與門(mén)，每個(gè)與門(mén)有2個(gè)輸入端），74LS32是四2輸入或門(mén)；

TTL集成電路特性：0邏輯時(shí)的電平約為0.1V，1邏輯時(shí)的電平約為3.6V

（如果是CMOS集成電路，0邏輯時(shí)的電平約為0V，1邏輯時(shí)的電平接近電源電壓約為5V）。

R3的作用：是發(fā)光二極管的限流電阻，因?yàn)榘l(fā)光二極管的正向管壓降為1.6V～2V,最大正向電流小于50mA。如果不加限流電阻，發(fā)光二極管會(huì)燒毀。

四、學(xué)生完成試驗(yàn)報(bào)告：

報(bào)告應(yīng)包括：試驗(yàn)?zāi)康?、試?yàn)器材、試驗(yàn)電路、試驗(yàn)結(jié)果、結(jié)果分析等五個(gè)方面主要內(nèi)容。

用數(shù)字集成電路安裝簡(jiǎn)單的實(shí)用電路

產(chǎn)生脈沖信號(hào)是數(shù)字集成電路的典型應(yīng)用之一，脈沖信號(hào)既可作為數(shù)字系統(tǒng)的時(shí)鐘脈沖，也可構(gòu)成有趣的聲響電路。在教學(xué)時(shí)可選用集成門(mén)電路構(gòu)成多諧振蕩電路，利用多諧振蕩器搭接電子門(mén)鈴等簡(jiǎn)單、有趣電路，有興趣的學(xué)生除了學(xué)會(huì)安裝多諧振蕩器外，還可了解多諧振蕩器頻率的計(jì)算方法，以便調(diào)節(jié)頻率、改變門(mén)鈴聲音。

多諧振蕩器是一種自激振蕩器，通電后能自動(dòng)產(chǎn)生連續(xù)的矩形波脈沖，由于矩形波中除基波頻率外，還含有豐富的高次諧波分量，所以矩形波振蕩器又加多諧振蕩器。用不同方法構(gòu)成多諧振蕩器，目的是使學(xué)生掌握多種設(shè)計(jì)方案，以便試驗(yàn)、比較、選擇。

CMOS門(mén)電路構(gòu)成非對(duì)稱(chēng)式多諧振蕩器試驗(yàn)

用多諧振蕩器構(gòu)成天亮叫醒電路如圖9.7所示

（1）元器件作用：IC采用CD4011型CMOS四2輸入與非門(mén)，與非門(mén)U1的輸出與輸入之間接有反饋電阻R1,它工作在電壓傳輸特性的轉(zhuǎn)折區(qū)，把它的輸出電壓直接接到U2的輸入端作為U2的靜態(tài)偏置電壓，就能使U2也工作在電壓傳輸特性的轉(zhuǎn)折區(qū)，其輸出經(jīng)電容C1反饋到U1的輸入端構(gòu)成正反饋回路，B是蜂鳴器，RG選用硫化鎘光敏電阻MG41—23,其暗電阻≥5MΩ、亮電阻≤5KΩ。

（2）工作原理：

天黑時(shí)，因RG≥5MΩ，Uk＝“0”，振蕩器不起振，蜂鳴器B不叫；

天亮?xí)r，因RG≤5KΩ，Uk＝“1”，如果有一點(diǎn)小的干擾，就會(huì)在U1與U2之間引起自激振蕩，使電路在兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)中轉(zhuǎn)換，于是電路不停地振蕩。由理論推導(dǎo)可知，電路的振蕩周期為：T≈1.4R1C1（適用TTL電路）。

（3）試驗(yàn)：

①可調(diào)節(jié)W的電阻值，調(diào)節(jié)叫醒信號(hào)報(bào)警時(shí)的天亮程度；

②可改變R1、C1的值，改變振蕩頻率，改變蜂鳴器的聲音。

W

82K

RG

＋5V

Uk

圖9.7非對(duì)稱(chēng)式多諧振蕩器天亮報(bào)警電路

例3CMOS門(mén)電路構(gòu)成對(duì)稱(chēng)式多諧振蕩器試驗(yàn)

圖9.8對(duì)稱(chēng)式多諧振蕩器電路

對(duì)稱(chēng)式多諧振蕩器電路如圖9.8所示，它由兩個(gè)與非門(mén)和—對(duì)RC定時(shí)元件組成，其中R1＝R2＝R，C1＝C2＝C，B是蜂鳴器，S是控制端。當(dāng)S接5V電源時(shí)，振蕩器振蕩；S接地時(shí)，振蕩器停振。

接通電源后，與非門(mén)U1和U2因輸出與輸入之間接有反饋電阻R1和R2,工作在電壓傳輸特性的轉(zhuǎn)折區(qū)，U1、C1、U2、C2構(gòu)成正反饋回路，如果有一點(diǎn)小的干擾，就會(huì)引起自激振蕩，使電路在兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)中轉(zhuǎn)換，于是電路不停地振蕩。由理論推導(dǎo)可知，電路的振蕩周期為：T≈1.4RC（適用TTL電路）。

在作試驗(yàn)時(shí)，R、C可選用不同的值進(jìn)行試驗(yàn)，用示波器觀察輸出波形的變化，聽(tīng)蜂鳴器發(fā)出不同的聲音。

5、數(shù)字電路簡(jiǎn)單的組合設(shè)計(jì)和制作試驗(yàn)

數(shù)字電路的組合設(shè)計(jì)要建立在簡(jiǎn)單數(shù)字集成電路安裝的基礎(chǔ)之上，是對(duì)簡(jiǎn)單數(shù)字集成電路的組合應(yīng)用?？蓪蓚€(gè)不同頻率的多諧振蕩器進(jìn)行組合，用較高頻信號(hào)對(duì)較低頻信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，合成一個(gè)新的信號(hào)，并由此制作一個(gè)發(fā)出變調(diào)聲音的報(bào)警器，這就是常見(jiàn)的數(shù)字電路組合設(shè)計(jì)。

可變調(diào)的天亮叫醒電路

將例2和例3電路進(jìn)行組合設(shè)計(jì)，將例2電路U2的輸出直接接到例3電路的控制端S，

電路如圖9.9所示。U1和U2組成第一級(jí)振蕩器產(chǎn)生較低頻率，U3和U4組成第二級(jí)振蕩器產(chǎn)生較高頻率，讓U1、U2產(chǎn)生的較低頻率振蕩控制U3、U4振蕩器的工作，這樣合成一個(gè)新的信號(hào)，就是較高頻率信號(hào)對(duì)較低頻率信號(hào)的調(diào)制。

工作原理：

（1）天黑時(shí)，因RG≥5MΩ，Uk＝“0”，U1、U2振蕩器不起振，控制端S為低電平，振蕩器U3、U4也不工作；

（2）天亮?xí)r，因RG≤5KΩ，Uk＝“1”，如果有一點(diǎn)小的干擾，U1、U2產(chǎn)生自激振蕩：從S端輸出周期性脈沖信號(hào)：

①輸出脈沖信號(hào)高電平時(shí)：S＝“1”，U3、U4振蕩器起振，輸出較高頻率信號(hào)；

②輸出脈沖信號(hào)低電平時(shí)：S＝“0”，U3、U4振蕩器暫停工作，無(wú)信號(hào)輸出。

其輸出信號(hào)V0的波形如圖9.10所示，T1為U1、U2振蕩器產(chǎn)生的振蕩周期，T2為U3、U4振蕩器產(chǎn)生的振蕩周期。

W

82K

RG

＋5V

Vk

圖9.9可變調(diào)天亮報(bào)警電路

V0

0

T1

T2

t

圖9.10組合電路輸出調(diào)制信號(hào)

第三節(jié)電磁繼電器

一、內(nèi)容結(jié)構(gòu)圖

電磁繼電器

常見(jiàn)繼電器種類(lèi)

無(wú)觸點(diǎn)繼電器

繼電器常識(shí)

電磁

繼電器

直流電磁繼電器

繼電器的使用

單向可控硅

可控硅

雙向可控硅

二、知識(shí)點(diǎn)列表

學(xué)習(xí)結(jié)果（知識(shí)點(diǎn)）

指標(biāo)（當(dāng)學(xué)生獲得這種學(xué)習(xí)結(jié)果時(shí)，他們能夠：）

表現(xiàn)水平

常見(jiàn)繼電器種類(lèi)

·知道繼電器是“以弱電信號(hào)控制高電壓、強(qiáng)電流工作電路”的執(zhí)行部件

·知道電磁繼電器有直流、交流、時(shí)間繼電器等種類(lèi)

·知道無(wú)觸點(diǎn)繼電器有單向可控硅、雙向可控硅等類(lèi)型

Ⅰ

Ⅰ

Ⅰ

直流電磁繼電器

·了解單組觸點(diǎn)直流電磁繼電器的構(gòu)造

·描述述直流電磁繼電器的工作過(guò)程

·了解直流電磁繼電器的規(guī)格參數(shù)

·會(huì)根據(jù)控制電路的電壓和電流、被控電路的電壓和電流、被控電路的路數(shù)和使用環(huán)境選擇繼電器的型號(hào)和規(guī)格

Ⅰ

Ⅰ

Ⅰ

Ⅱ

直流電磁繼電器的使用

·學(xué)會(huì)用直流電磁繼電器搭接簡(jiǎn)單實(shí)用的控制電路

Ⅱ

單向可控硅

·知道單向可控硅的構(gòu)造和電路符號(hào)

·了解單向可控硅的簡(jiǎn)單工作原理

Ⅰ

Ⅰ

雙向可控硅

·知道雙向可控硅的構(gòu)造和電路符號(hào)

·了解雙向可控硅的簡(jiǎn)單工作原理

·嘗試用雙向可控硅簡(jiǎn)單搭接簡(jiǎn)單實(shí)用的控制電路

Ⅰ

Ⅰ

Ⅰ

三、重難點(diǎn)分析

（一）重點(diǎn)分析

1、直流電磁繼電器的結(jié)構(gòu)和工作過(guò)程

直流電磁繼電器是利用電磁感應(yīng)原理實(shí)現(xiàn)觸點(diǎn)閉合和斷開(kāi)的控制元件，它可以小電流、低電壓控制較大電流、高電壓，用直流控制交流等，并可將被控電路與控制電路完全隔離，在自動(dòng)控制、保護(hù)電路等方面有廣泛的應(yīng)用。

繼電器由電磁線圈、銜鐵、常開(kāi)觸點(diǎn)、常閉觸點(diǎn)、切換觸點(diǎn)組成，當(dāng)電磁線圈通電吸合銜鐵，帶動(dòng)觸點(diǎn)接觸變換。

2、直流電磁繼電器搭接簡(jiǎn)單實(shí)用的控制電路

用直流電磁繼電器搭接簡(jiǎn)單控制電路，驗(yàn)證繼電器的原理和工作過(guò)程。

3、雙向可控硅的簡(jiǎn)單應(yīng)用

可控硅具有以小電流（電壓）控制大電流（電壓）作用，并具有體積小、重量輕、功耗低、開(kāi)關(guān)速度快等優(yōu)點(diǎn)，在無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)、可控整流、調(diào)壓、調(diào)光、調(diào)速等方面應(yīng)用廣泛。

（二）難點(diǎn)分析

直流電磁繼電器的選用

如果繼電器選用不當(dāng)，會(huì)產(chǎn)生不能可靠工作、通電不能吸合、燒壞接觸點(diǎn)、尺寸不合適無(wú)法安裝等問(wèn)題，繼電器種類(lèi)很多，根據(jù)不同的電路選擇合適的繼電器，有一定難度。

可控硅的簡(jiǎn)單工作原理

可控硅的工作原理比較復(fù)雜，不必深究。主要講解可控硅的觸發(fā)條件和工作過(guò)程，知道如何使用可控硅。

四、教學(xué)建議

教師在教學(xué)過(guò)程中要讓學(xué)生了解常見(jiàn)的直流電磁繼電器的構(gòu)造、規(guī)格（參數(shù)）和基本工作原理，并從構(gòu)造和原理上說(shuō)明它是電磁繼電器，有觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)。對(duì)于晶閘管不要介紹其復(fù)雜的工作原理，但要定性地讓學(xué)生知道晶閘管構(gòu)造和其在電路中的符號(hào)，重點(diǎn)說(shuō)明正常使用的條件，從構(gòu)造和控制結(jié)果上說(shuō)明它是無(wú)觸點(diǎn)繼電器，進(jìn)而介紹它的優(yōu)點(diǎn)。

根據(jù)本節(jié)教學(xué)內(nèi)容的特點(diǎn)，建議教學(xué)方式以教師課堂實(shí)物觀摩和實(shí)際電路演示以及學(xué)生小組實(shí)驗(yàn)為主，讓學(xué)生通過(guò)觀察、分析實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，掌握本節(jié)的教學(xué)內(nèi)容。教師可參照下面的實(shí)驗(yàn)過(guò)程進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)。

1、直流電磁繼電器的選用原則

要使學(xué)生學(xué)會(huì)根據(jù)控制電路的電壓和電流的大小、被控量是電壓還是電流、被控電路的路數(shù)、負(fù)載的性質(zhì)（電阻性還是電感性）以及使用環(huán)境等因素選擇繼電器。

現(xiàn)以JZC-22FA005型超小型中功率直流電磁繼電器為例進(jìn)行說(shuō)明：

（1）觸點(diǎn)形式：1H,1D,1Z;1個(gè)常開(kāi)觸點(diǎn)，1個(gè)常閉觸點(diǎn)，1個(gè)轉(zhuǎn)換觸點(diǎn)；

（2）額定工作電壓：5V,繼電器正常工作時(shí)線圈電壓;

（3）吸合電壓：4v,繼電器產(chǎn)生吸合時(shí)的最小電壓，一般為額定值的75%～80%;

（4）線圈電阻：75Ω，是繼電器線圈的直流電阻值；

（5）額定工作電流：66mA，繼電器正常工作時(shí)線圈電流;

（6）觸點(diǎn)負(fù)荷：3A×220V交流或10A×28V直流，是繼電器觸點(diǎn)的負(fù)載能力

（7）外形尺寸：(L×W×H)=22.5×16.5×16.5mm。

2、直流電磁繼電器在數(shù)字電路控制系統(tǒng)中的使用建議

（1）數(shù)字電路的電源一般是5V，為簡(jiǎn)化電路以免設(shè)置多路電源，如無(wú)特殊要求，一般選用額定電壓為3V～5V的小型直流繼電器；

（2）一般不直接用數(shù)字電路的輸出去驅(qū)動(dòng)直流繼電器，要加驅(qū)動(dòng)電路。

例1三極管作為繼電器驅(qū)動(dòng)電路

VDD

VT

9013

驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸入

＋5V

J

如圖9.11電路所示，三極管VT工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，

當(dāng)輸入驅(qū)動(dòng)的數(shù)字信號(hào)為1時(shí)，VT飽和導(dǎo)通，

VT的集電極電壓Vc≈0.2V，繼電器K

吸合工作。當(dāng)輸入驅(qū)動(dòng)的數(shù)字信號(hào)為0時(shí)，

VT截止，繼電器J不工作。

圖9.11繼電器驅(qū)動(dòng)電路

繼電器線圈實(shí)質(zhì)是一個(gè)大電感，為避免驅(qū)動(dòng)繼電器的晶體管被損壞，在繼電器線圈兩端并接保護(hù)二極管VD，在開(kāi)關(guān)三極管VT截止斷開(kāi)的瞬間，繼電器線圈產(chǎn)生的反向高壓可以通過(guò)二極管VD泄放，保護(hù)三極管VT不被反向高壓所擊穿。

例2數(shù)字電路控制繼電器試驗(yàn)

目的：了解數(shù)字電路的輸出是如何驅(qū)動(dòng)電磁繼電器工作的

74LS00

J

R1

10K

1

2

7

R2

100Ω

R3

330Ω

VD1

VD2

+5V

14

3

VT

A

圖9.12數(shù)字電路控制繼電器試驗(yàn)電路

如圖9.12電路是用數(shù)字門(mén)電路控制繼電器工作的電路。

（1）元器件選擇：

74LS00是四2輸入與非門(mén)，選用其中一個(gè)與非門(mén)，①、②腳為輸入端，③腳為輸出端，將①腳接＋5V,這樣將與非門(mén)變成了非門(mén)U③=A。

保護(hù)二極管VD1選用1N4001,發(fā)光二極管（LED）VD2選用BFP5直徑為5mm，開(kāi)關(guān)三極管VT選用9013（功率為625mW）,繼電器選用JRC-21F—5VDC.

工作過(guò)程：

按下按鈕A，輸入信號(hào)A=0,與非門(mén)輸出U③=A=1,開(kāi)關(guān)三極管VT飽和導(dǎo)通，繼電器J通電吸合工作，常開(kāi)觸點(diǎn)閉合（能聽(tīng)到觸點(diǎn)觸動(dòng)聲）接通LED電路，點(diǎn)亮發(fā)光二極管。

松開(kāi)按鈕A，輸入信號(hào)A=1,與非門(mén)輸出U③=A=0,開(kāi)關(guān)三極管VT截止斷開(kāi)，繼電器J斷電釋放，常開(kāi)觸點(diǎn)復(fù)位（能聽(tīng)到觸點(diǎn)觸動(dòng)聲）切斷LED電路，發(fā)光二極管熄滅。

3、雙向可控硅的觸發(fā)特性和工作過(guò)程：

雙向可控硅的電路符號(hào)是VS，有三個(gè)電極陽(yáng)極A1、A2、控制極G；

如圖9.13所示

A1

A2

VS

G

圖9.13雙向可控硅電路符號(hào)

（2）觸發(fā)條件：當(dāng)A1—A2間加有電壓(不論極性)，A1—G間加足夠大的觸發(fā)電壓和電流時(shí)（不論極性），可控硅雙向?qū)ǎ?/p>

（3）可控硅導(dǎo)通后，去掉A1—G間的觸發(fā)電壓，可控硅仍一直保持導(dǎo)通；

A1A2G

（4）當(dāng)A1—A2間的電壓消失，或改變極性而此時(shí)又沒(méi)有觸發(fā)電壓時(shí)，可控硅退出導(dǎo)通，A1—A2間呈高阻截止?fàn)顟B(tài)。

用多用電表檢測(cè)雙向可控

如圖9.14為雙向可控硅的管腳電極。

（1）檢測(cè)控制極G與主電極A1、A2之間的電阻：

將多用電表置“R×1Ω”擋，測(cè)G與A1之間的

正、反向電阻均應(yīng)為較小阻值；圖9.14雙向可控硅正面引腳圖

測(cè)G與A2之間的正、反向電阻，均應(yīng)為無(wú)窮大。

（2）檢測(cè)導(dǎo)通特性：

將多用電表黑表筆接A1，紅表筆接A2，阻值應(yīng)為無(wú)窮大，用螺絲刀將G與A2短接一下，表針應(yīng)向右偏轉(zhuǎn)并保持在十幾歐姆處，否則說(shuō)明可控硅已損壞。

如TLC386A雙向可控硅，其耐壓為700V，額定導(dǎo)通電流為3A。

例2用可控硅設(shè)計(jì)、安裝可調(diào)光臺(tái)燈試驗(yàn)

電路如圖9.15所示

（1）元器件的選擇與作用：

雙向可控硅VS選用TLC386A，

S

～220V

燈泡

C

0.1u/300v

VD

A2

VS

A1

G

R

2.7K

W

470K

雙向二極管VD選用2CTS,一般情況下，

VD呈高阻截止?fàn)顟B(tài)，當(dāng)外加電壓（無(wú)論

極性）高于VD的擊穿電壓（約幾十伏），

雙向二極管就擊穿導(dǎo)通。

（2）工作原理：

交流電經(jīng)燈泡、W、R對(duì)

電容C充電，當(dāng)C上的電壓高于

VD的擊穿電壓時(shí)，C通過(guò)VD向

可控硅的控制極G放電，

觸發(fā)雙向可控硅VS導(dǎo)通。

改變W值，就改變了C的充電速度，圖9.15雙向可控硅調(diào)壓電路

也就改變了雙向可控硅的導(dǎo)通角，本電路在交流電的正、負(fù)兩個(gè)半周都能工作，改變雙向可控硅的導(dǎo)通角，完成交流調(diào)壓。

在作本電路試驗(yàn)時(shí)，要注意安全、防止觸電。可將電路安裝在臺(tái)燈的絕緣底座內(nèi)，檢查焊接和絕緣沒(méi)問(wèn)題時(shí)，再通電試驗(yàn)。

第四節(jié)電子控制系統(tǒng)及其應(yīng)用

內(nèi)容結(jié)構(gòu)圖

基本組成

電子控制系統(tǒng)概述

工作過(guò)程

設(shè)計(jì)

開(kāi)環(huán)電子控制系統(tǒng)

電子控制系統(tǒng)應(yīng)用

安裝調(diào)試

設(shè)計(jì)、安裝

閉環(huán)電子控制系統(tǒng)

調(diào)試和改進(jìn)

組成、分類(lèi)及應(yīng)用

遙控電子控制系統(tǒng)

簡(jiǎn)單遙控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝與調(diào)試

二、知識(shí)點(diǎn)列表

學(xué)習(xí)結(jié)果（知識(shí)點(diǎn)）

指標(biāo)（當(dāng)學(xué)生獲得這種學(xué)習(xí)結(jié)果時(shí)，他們能夠：）

表現(xiàn)水平

電子控制系統(tǒng)的基本組成

·知道電子控制系統(tǒng)基本組成中輸入環(huán)節(jié)、控制環(huán)節(jié)、輸出執(zhí)行環(huán)節(jié)的作用與聯(lián)系

·了解閉環(huán)電子控制系統(tǒng)的組成，了解反饋環(huán)節(jié)的作用

Ⅰ

Ⅰ

電子控制系統(tǒng)的工作過(guò)程

·能用方框圖分析生活中常見(jiàn)的開(kāi)環(huán)電子控制系統(tǒng)的工作過(guò)程

·能用方框圖分析生活中常見(jiàn)的閉環(huán)電子控制系統(tǒng)的工作過(guò)程

Ⅱ

Ⅱ

開(kāi)環(huán)電子控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試

·能用數(shù)字集成電路等安裝簡(jiǎn)單的實(shí)用電路

·能用常用電子儀器如多用電表和示波器等對(duì)該電路進(jìn)行調(diào)試

·能應(yīng)用該電路設(shè)計(jì)和安裝開(kāi)環(huán)電子控制系統(tǒng)

Ⅱ

Ⅱ

Ⅱ

閉環(huán)電子控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝

·能用集成電路等設(shè)計(jì)和安裝簡(jiǎn)單的閉環(huán)控制系統(tǒng)

Ⅱ

閉環(huán)電子控制系統(tǒng)的調(diào)試和改進(jìn)

·能對(duì)簡(jiǎn)單的閉環(huán)控制系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試和改進(jìn)

Ⅱ

遙控電子控制系統(tǒng)

·了解常見(jiàn)的遙控系統(tǒng)的組成、分類(lèi)及應(yīng)用

·能用集成電路設(shè)計(jì)和安裝簡(jiǎn)單的遙控系統(tǒng)，并進(jìn)行調(diào)試

Ⅰ

Ⅱ

三、重難點(diǎn)分析

重點(diǎn)分析

1、用方框圖分析生活中常見(jiàn)的閉環(huán)電子控制系統(tǒng)的工作過(guò)程

可使學(xué)生站在系統(tǒng)的高度，分析系統(tǒng)中各個(gè)環(huán)節(jié)的相互聯(lián)系、相互作用、選擇、優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，學(xué)會(huì)技術(shù)決策、科學(xué)決策的方法。

（1）了解閉環(huán)電子控制系統(tǒng)中各個(gè)環(huán)節(jié)的作用：

①輸入環(huán)節(jié)：輸入控制信號(hào)，這個(gè)控制信號(hào)可以是人為預(yù)先設(shè)定也可以是由傳感器采集外界物理信息轉(zhuǎn)換來(lái)的；

②控制環(huán)節(jié)：由電子集成電路構(gòu)成，對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行比較、分析、處理輸出控制信號(hào)，這個(gè)控制信號(hào)可以是提示性信號(hào)（如一組“音樂(lè)”或“報(bào)警”電信號(hào)）也可以是控制繼電器工作的觸發(fā)信號(hào)；

③輸出環(huán)節(jié)：是電子控制系統(tǒng)的執(zhí)行環(huán)節(jié)，可以是繼電器、也可以是喇叭等被控對(duì)象；

④被控對(duì)象：往往是電爐絲、電燈、電動(dòng)機(jī)等大功率設(shè)備；

⑤檢測(cè)、反饋環(huán)節(jié)：主要由傳感器組成，監(jiān)測(cè)被控量（如溫度等），轉(zhuǎn)換為被控量電信號(hào)；

⑥比較環(huán)節(jié)：可看成電子控制器的一部分，將被控量與預(yù)設(shè)量不斷進(jìn)行比較、分析、處理。

（2）用數(shù)字集成電路等安裝簡(jiǎn)單的實(shí)用電路來(lái)設(shè)計(jì)和安裝開(kāi)環(huán)電子控制系統(tǒng)，

學(xué)生通過(guò)用數(shù)字集成電路等安裝簡(jiǎn)單的實(shí)用電路來(lái)設(shè)計(jì)和安裝開(kāi)環(huán)電子控制系統(tǒng)，可使學(xué)生站在系統(tǒng)的高度，分析開(kāi)環(huán)系統(tǒng)中各個(gè)環(huán)節(jié)的作用和控制關(guān)系、選擇、優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。選擇、識(shí)別電子元器件，焊接、安裝、調(diào)試電路、完成試驗(yàn)報(bào)告，體驗(yàn)電子技術(shù)試驗(yàn)的全過(guò)程。是對(duì)本章所學(xué)傳感器、數(shù)字集成電路和繼電器知識(shí)的綜合應(yīng)用。

難點(diǎn)分析

1、用集成電路等設(shè)計(jì)和安裝簡(jiǎn)單的閉環(huán)控制系統(tǒng)，

（1）根據(jù)任務(wù)要求，畫(huà)出閉環(huán)電子控制系統(tǒng)的方框圖；

（2）按照任務(wù)要求，詳細(xì)分析各個(gè)環(huán)節(jié)的作用，提出技術(shù)要求、指標(biāo)；

（3）選擇符合技術(shù)要求、指標(biāo)的傳感器類(lèi)型、控制環(huán)節(jié)的結(jié)構(gòu)電路、繼電器類(lèi)型和合適的被控對(duì)象；

（4）畫(huà)出詳細(xì)的閉環(huán)電子控制系統(tǒng)電路圖；

（5）安裝電路：可用面包板接插或用蜂巢板焊接。

2、電子控制系統(tǒng)的調(diào)試和改進(jìn)

如果電子控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)存在問(wèn)題，或由于系統(tǒng)內(nèi)各個(gè)環(huán)節(jié)之間的不匹配，或由于電子元器件的質(zhì)量（如離散度較大）等問(wèn)題，會(huì)使安裝好的電子控制系統(tǒng)達(dá)不到設(shè)計(jì)指標(biāo)的要求，甚至不能工作，所以調(diào)試、改進(jìn)是一個(gè)重要的環(huán)節(jié)，也是一個(gè)難點(diǎn)。

電子控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要經(jīng)過(guò)比較、選擇和優(yōu)化，因此調(diào)試、改進(jìn)這個(gè)環(huán)節(jié)，一般不對(duì)電路結(jié)構(gòu)作大的改動(dòng)，只對(duì)元器件的參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，以達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)的要求。

（1）掌握電路工作原理，了解有關(guān)參數(shù)的調(diào)整方法，如在多諧振蕩器電路中有那些元件參數(shù)決定振蕩器的頻率，有那些元件參數(shù)會(huì)影響工作穩(wěn)定性，有那些元件參數(shù)選擇決定振蕩器是否工作。

（2）電子測(cè)量?jī)x器是調(diào)試電子控制系統(tǒng)的主要技術(shù)手段，多用電表可以判斷電子元器件的好壞，示波器可以觀察和測(cè)量振蕩頻率，通過(guò)多次元器件選擇試驗(yàn)，使電子控制系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

四、教學(xué)建議

電子控制系統(tǒng)及其應(yīng)用是電子控制系統(tǒng)技術(shù)模塊中的重點(diǎn)。它一方面是本模塊所學(xué)傳感器、數(shù)字集成電路和繼電器知識(shí)的綜合應(yīng)用。另一方面，是培養(yǎng)學(xué)生如何從整體出發(fā)，分析和設(shè)計(jì)電子控制系統(tǒng)。雖然電子控制系統(tǒng)課程中的“系統(tǒng)”“控制”所包含的內(nèi)容很簡(jiǎn)單，但其中滲透的思想和方法，具有很強(qiáng)的普遍意義，是培養(yǎng)學(xué)生良好的技術(shù)素養(yǎng)精華所在。透過(guò)電子控制系統(tǒng)及其應(yīng)用的學(xué)習(xí)，應(yīng)讓學(xué)生初步領(lǐng)悟技術(shù)設(shè)計(jì)的一般思想和方法；知道電子控制系統(tǒng)的基本組成；能用方框圖分析生活中常見(jiàn)的電子控制系統(tǒng)的工作過(guò)程；能用數(shù)字集成電路等安裝簡(jiǎn)單的實(shí)用電路，并進(jìn)行調(diào)試。然后，能應(yīng)用該電路設(shè)計(jì)和安裝開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)；能設(shè)計(jì)和安裝簡(jiǎn)單的閉環(huán)控制系統(tǒng)，并進(jìn)行調(diào)試和改進(jìn)。

1、在電子控制系統(tǒng)及其應(yīng)用的教學(xué)過(guò)程中，引導(dǎo)學(xué)生親歷設(shè)計(jì)的過(guò)程

電子控制系統(tǒng)課程是一個(gè)實(shí)踐性強(qiáng)、創(chuàng)造空間大、涉及知識(shí)面廣的課程模塊。在我們生活的周?chē)鸁o(wú)處不見(jiàn)電子控制技術(shù)，教學(xué)中考慮如何引導(dǎo)學(xué)生親歷設(shè)計(jì)的過(guò)程是十分重要的，其重要性在于這種引導(dǎo)要能夠激發(fā)學(xué)生對(duì)技術(shù)問(wèn)題的興趣和研究愿望，最大限度地開(kāi)發(fā)每個(gè)學(xué)生的潛能，然后促使學(xué)生主動(dòng)、有效地參與設(shè)計(jì)過(guò)程；這種引導(dǎo)要有助于學(xué)生從多個(gè)角度提出問(wèn)題，然后再用多種方法解決問(wèn)題。

在教學(xué)設(shè)計(jì)中，教師應(yīng)多考慮以引導(dǎo)者的身份出現(xiàn)，創(chuàng)造一種開(kāi)放、民主、活躍、進(jìn)取的學(xué)習(xí)氛圍，鼓勵(lì)學(xué)生展開(kāi)想象，大膽創(chuàng)新，使教學(xué)成為生動(dòng)活潑，師生互動(dòng)的過(guò)程，使全班同學(xué)在學(xué)習(xí)中都得到發(fā)展。

例：

教學(xué)設(shè)計(jì)可以考慮安排學(xué)生回家用電飯煲煮一頓飯，用全自動(dòng)洗衣機(jī)洗一次衣服，用……，并觀察記錄試驗(yàn)的過(guò)程。經(jīng)同學(xué)們課堂討論后，老師提出一系列為什么。如：為什么電飯煲會(huì)自動(dòng)煮飯、為什么洗衣機(jī)能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)進(jìn)水，自動(dòng)控制水位、為什么臺(tái)燈能手動(dòng)調(diào)光等。鼓勵(lì)學(xué)生展開(kāi)想象，結(jié)合教科書(shū)引導(dǎo)全班同學(xué)理解電子控制技術(shù)的含義，了解它的廣泛應(yīng)用，知道電子控制系統(tǒng)是以電子控制技術(shù)為核心的系統(tǒng)；理解電子控制系統(tǒng)的組成和工作過(guò)程。知道開(kāi)環(huán)電子控制系統(tǒng)和閉環(huán)電子控制系統(tǒng)的區(qū)別，會(huì)用方框圖分析生活中常見(jiàn)電子控制系統(tǒng)的工作過(guò)程。在師生互動(dòng)教學(xué)過(guò)程中，學(xué)生的認(rèn)知水平和創(chuàng)造性思維能力得到提高。

2、從應(yīng)用的角度理解電子控制系統(tǒng)

電子控制涵蓋了開(kāi)環(huán)控制和閉環(huán)空。理論上它們具有高度的抽象性。由于電子控制系統(tǒng)是應(yīng)用學(xué)科，教學(xué)中要從應(yīng)用的角度來(lái)解釋電子控制系統(tǒng)，教學(xué)過(guò)程要以創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力培養(yǎng)為重點(diǎn)。要避免過(guò)分的理論分析電子控制系統(tǒng)中的單元電路。對(duì)電子控制系統(tǒng)的單元電路只要做簡(jiǎn)單的定性分析就可以。在教學(xué)是設(shè)計(jì)中，選擇的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容要符合學(xué)生學(xué)習(xí)生活和認(rèn)識(shí)規(guī)律的基礎(chǔ)知識(shí)，要有一定的代表性，切不可以急于求成拔苗助長(zhǎng)。特別是基本操作技能，它是需要實(shí)踐的堆積，不能要求太高。

例1開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和制作

老師：復(fù)習(xí)控制技術(shù)的基本原理等。開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)的基本組成框圖。如圖9.5它由傳感

圖9.16開(kāi)環(huán)電子控制系統(tǒng)組成方框圖

器電路，控制電路和報(bào)警電路三大部分組成。由于開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)不存在反饋通道，因此多用于控制精度不高的場(chǎng)合。

老師：今天我們要來(lái)設(shè)計(jì)一個(gè)水開(kāi)了聲光報(bào)警系統(tǒng)。從解決問(wèn)題的角度看，它可以采用精度不高的控制系統(tǒng)。有誰(shuí)能回答采用什么控制系統(tǒng)，它即能解決問(wèn)題又能降低投入的成本。

同學(xué)：可以采用開(kāi)環(huán)電子控制系統(tǒng)。它適用控制精度不搞的場(chǎng)合，滿(mǎn)足開(kāi)水報(bào)警器的功能要求。

老師：開(kāi)環(huán)電子控制系統(tǒng)的原理框圖如圖9.16所示。下面同學(xué)們討論一下每個(gè)框圖采用什么單元電路。

同學(xué)：熱烈討論。

老師小節(jié)：依據(jù)開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)的原理框圖和同學(xué)們討論的結(jié)果，應(yīng)采用如圖9.17所示的控制電路。

圖9.17控制燒水報(bào)警電路

老師：圖中溫度傳感器RT是選擇負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻。當(dāng)水溫上升時(shí)電阻減小，反之電阻增大，電位器RP用來(lái)設(shè)置溫控點(diǎn)，R1、R2、VT1、VD2組成控制電路，VD1、G1和G2、R3、C1和揚(yáng)聲器元件組成聲光報(bào)警電路。其中報(bào)警聲的頻率由R3和C1的乘積決定。即f=1.4R3C1，VD1為發(fā)光二極管，由它完成光報(bào)警。下面分析電路的工作過(guò)程。

調(diào)整RP可改變電阻，設(shè)定報(bào)警溫度。當(dāng)水溫上升，RT電阻值減小，Vbe電壓數(shù)值上升，Vbe電壓數(shù)位小，這時(shí)VT1截止，VD1不亮。D點(diǎn)低電壓,使VD2導(dǎo)通，將非門(mén)G1鉗位于低電平，使非門(mén)G1、G2多諧振蕩器處于停振狀態(tài)，揚(yáng)聲器無(wú)聲，說(shuō)明水的溫度低于設(shè)定的報(bào)警溫度。

當(dāng)水的溫度升至設(shè)定的報(bào)警溫度時(shí)，Vbe電壓數(shù)值增大導(dǎo)使VT1導(dǎo)通，電源經(jīng)VT1的E、C極、VD1、R2構(gòu)成回路，電流經(jīng)過(guò)發(fā)二極管VD1，VD1亮。同時(shí)，電流經(jīng)過(guò)R2產(chǎn)生較大的壓降，D點(diǎn)上升為高電位。VD2截至，由非門(mén)G1、G2組成的多諧振蕩器起振，揚(yáng)聲器發(fā)出響聲，實(shí)現(xiàn)溫度超限的聲光報(bào)警。在圖9.6中，R1為限流阻，其功能是保護(hù)VT1發(fā)射結(jié)，防止因操作失誤而損壞，R2的阻值決定VT1飽和時(shí)的導(dǎo)通電流。因此它實(shí)質(zhì)是調(diào)整報(bào)警時(shí)發(fā)光二極管的亮度。通常發(fā)光二極管設(shè)計(jì)的工作電流為10mA左右。這時(shí)，對(duì)應(yīng)R2的阻值約為500歐左右。

根據(jù)上述電路的可行性分析，理論上是可行的，但實(shí)際怎樣呢？選用的傳感器，符合技術(shù)要求嗎？控制電路輸出的控制信號(hào)強(qiáng)嗎？聲光報(bào)警強(qiáng)度夠嗎？這一切還需要實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證調(diào)試和修改。

同學(xué)們回家后認(rèn)真地分析今天我們?cè)O(shè)計(jì)的超溫報(bào)警器電路工作原理。查一下資料，選擇符合技術(shù)要求的傳感器型號(hào)，想一想制作與調(diào)整的步驟，為下一堂課實(shí)驗(yàn)做準(zhǔn)備。

例2閉環(huán)控制系統(tǒng)

老師：上一堂課我們?cè)O(shè)計(jì)了超溫報(bào)警器，這一堂課我們要求同學(xué)們?cè)O(shè)計(jì)一個(gè)養(yǎng)熱帶魚(yú)的恒溫箱。

老師：恒溫控制是什么控制？設(shè)計(jì)時(shí)要采用什么控制系統(tǒng)？

同學(xué)：恒溫控制是精確控制，系統(tǒng)要采用閉環(huán)控制系統(tǒng)。

老師：閉環(huán)控制系統(tǒng)的方框圖，如圖9.18所示。它由控制、執(zhí)行器、被控對(duì)象和檢測(cè)裝置組成，同學(xué)們討論一下，這些方框?qū)?yīng)恒溫水箱那些單元電路。

圖9.18閉環(huán)電子控制系統(tǒng)方框圖

同學(xué)：討論回答

老師小結(jié)：檢測(cè)裝置對(duì)應(yīng)恒溫水箱的熱敏傳感器、執(zhí)行器對(duì)應(yīng)繼電器，被控對(duì)象電熱棒。恒溫水箱閉環(huán)控制系統(tǒng)原理框圖為圖9.19所示

圖9.19水箱恒溫閉環(huán)控制電路方框圖

老師：同學(xué)們討論一下各框圖組成的單元電路，說(shuō)明為什么要這樣設(shè)計(jì)

同學(xué)：討論

老師小結(jié)：根據(jù)閉環(huán)控制系統(tǒng)的原理框圖，結(jié)合同學(xué)們的討論意見(jiàn)，老師給出恒溫水箱閉環(huán)控制電路電原理圖。如圖9.20。下面分析電路的自動(dòng)恒溫控制過(guò)程。

圖9.20水箱恒溫控制電路

老師：在圖9.20中，RT為正溫度系數(shù)的熱敏電阻，其功能是接收水溫信息，（安裝時(shí)它是浸在水中），VT1、VT2和R是信號(hào)處理電路（控制器），J是繼電器，它的開(kāi)關(guān)是電熱棒的電源開(kāi)關(guān)，RP用來(lái)設(shè)定溫控點(diǎn)。

當(dāng)水溫低時(shí)，RT阻值小，電源在RP兩端的壓降大，使VT1、VT2導(dǎo)通，電流流過(guò)繼電器，繼電器開(kāi)關(guān)動(dòng)作，電熱棒（圖中沒(méi)有畫(huà)出）通電加熱，水溫逐漸上升，由于水溫的上升，使浸在水中的熱敏電阻RT阻值增大，RP兩端的壓降減小，當(dāng)水溫達(dá)到設(shè)定溫控點(diǎn)時(shí)，RP兩端的壓降減小到是VT1、VT2截止，繼電器J的供電源被切斷，電熱棒控制開(kāi)關(guān)自動(dòng)斷開(kāi)，切斷電熱棒的供電電源，加熱源被切斷，水溫下降，RT阻值減小，RP端電壓上升到使VT1、VT2導(dǎo)通……。這樣周而復(fù)始，達(dá)到水箱中水溫恒溫。

老師：觀察圖9.8控制電路，如果繼電器J的控制開(kāi)關(guān)不是電熱棒的電源開(kāi)關(guān)，而是發(fā)光二極管和無(wú)穩(wěn)態(tài)的電源開(kāi)關(guān)，電子控制系統(tǒng)是開(kāi)環(huán)還是閉環(huán)，同學(xué)們討論一下。

同學(xué)：熱烈討論，回答問(wèn)題

老師小結(jié)：如果改動(dòng)圖9.9的電路，將控制電路中的繼電器開(kāi)關(guān)作為發(fā)光二極管和無(wú)穩(wěn)態(tài)電路的電源開(kāi)關(guān)，控制電路將成為開(kāi)環(huán)電子控制系統(tǒng)，這個(gè)裝置將由恒溫控制裝置變?yōu)槌瑴貓?bào)警裝置。

下課以后同學(xué)們查一下資料，根據(jù)電熱棒的功率和控制的水溫范圍，選擇符合技術(shù)要求的繼電器和傳感器型號(hào)，想一想制作與調(diào)整的步驟，為下一堂課實(shí)驗(yàn)做準(zhǔn)備。

例三、閉環(huán)控制系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)

―――水塔水箱水位自動(dòng)控制系統(tǒng)

1、明確問(wèn)題：

（1）控制量：水位傳感信號(hào)；

（2）被控量：水位

（3）傳導(dǎo)電壓大小與高、低水位線位置的關(guān)系；

（4）水塔高度與水泵揚(yáng)程的選擇。

2、系統(tǒng)設(shè)計(jì)：確定解決問(wèn)題的目標(biāo)和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)；

（1）解決問(wèn)題的目標(biāo)：利用水的導(dǎo)電特性，使用導(dǎo)電體探測(cè)水位的高低，控制繼電器閉合、斷開(kāi)，帶動(dòng)水泵抽水。

（2）評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)：

①當(dāng)水位低于低水位線時(shí)，抽水；

②當(dāng)水位到達(dá)高水位線時(shí)，停止抽水；

③當(dāng)水位介于高、低水位線之間時(shí)，要維持水泵原工作狀態(tài)；原來(lái)抽水，則繼續(xù)抽水，等水位到達(dá)高水位線時(shí)再停機(jī)；原來(lái)停機(jī)，則繼續(xù)停機(jī)，等水位降到低水位線時(shí)，再抽水。

（3）鼓勵(lì)學(xué)生設(shè)計(jì)多方案

控制量：可使用裸導(dǎo)線或液面?zhèn)鞲衅髯鳛樗惶筋^。

控制器：可用三極管放大電路，可用數(shù)字集成電路，也可用專(zhuān)用集成芯片等。

執(zhí)行器：可用不同電壓、功率的繼電器。

被控對(duì)象：水泵

3、系統(tǒng)綜合：對(duì)可能使目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的各種方案、管理措施或全系統(tǒng)進(jìn)行綜合；綜合考慮系統(tǒng)的水漏電的安全性、電路簡(jiǎn)捷工作可靠、造價(jià)等因素，選用合適的傳感器、控制電路結(jié)構(gòu)、繼電器的種類(lèi)和被控水泵。

4、系統(tǒng)分析：制作模型；以實(shí)現(xiàn)目標(biāo)、解決問(wèn)題、滿(mǎn)足需要為前提，深入地進(jìn)行分析；

（1）水箱中的水位探頭示意圖：

水箱中水位探頭位置如圖9.21所示，a為電源電壓引出端，b為低水位探頭，

c為高水位探頭。a、b、c為三根裸露的硬銅電線。

a

b低水位

C高水位

ABC

圖9.21水箱中水位探頭位置示意圖

（2）水箱水位閉環(huán)電子控制系統(tǒng)方框圖：

輸入控制電壓

探頭C確定高水位，b確定低水位

控制處理

與非門(mén)構(gòu)成觸發(fā)器控制

被控對(duì)象

繼電器、水泵

輸出

水箱中的水

檢測(cè)反饋

由bc兩個(gè)探頭組成水位傳感器檢測(cè)水位的高低

比較環(huán)節(jié)

圖9.22水箱水位閉環(huán)電子控制系統(tǒng)方框圖

（3）用RS觸發(fā)器為控制器構(gòu)成水位自動(dòng)控制電路

用RS觸發(fā)器為控制器構(gòu)成水箱水位閉環(huán)電子控制電路如圖9.23所示；U2、U3由兩個(gè)與非門(mén)的輸出交叉反饋構(gòu)成具有記憶功能的電路——基本RS觸發(fā)器，其工作過(guò)程如下：

（a）當(dāng)水位低于b時(shí)，Ub＝0、Uc＝0、L＝1、g＝1、e＝0，S＝0，三極管VT截止、繼電器釋放、電源經(jīng)常閉觸點(diǎn)接通電動(dòng)機(jī)控制水泵給水箱輸水；

(b)當(dāng)水位到達(dá)b時(shí)，a、b之間因水導(dǎo)通，Ub＝1、Uc＝0、g＝1、L＝1、S＝0，RS觸發(fā)器維持原態(tài)，三極管VT截止，水泵繼續(xù)給水箱輸水；

(c)當(dāng)水位到達(dá)c點(diǎn)時(shí)，Ub＝1、Uc＝1、g＝0、S＝1、L＝0,三極管VT飽和導(dǎo)通、繼電器吸合、電動(dòng)機(jī)斷電、水泵停止給水箱輸水；

(d)當(dāng)水位低于c點(diǎn)時(shí)，Ub＝1、Uc＝0、g＝1、L＝0、S＝1,RS觸發(fā)器維持原態(tài)，三極管VT飽和導(dǎo)通、繼電器吸合、電動(dòng)機(jī)斷電、水泵停止給水箱輸水；

(e)當(dāng)水位低于b點(diǎn)時(shí)，重復(fù)①的過(guò)程。

J

M

～220V

圖9.23RS觸發(fā)器構(gòu)成水位控制電路

五、遙控電子系統(tǒng)介紹：

1、概述：

（1）遙控的概念：對(duì)被控對(duì)象的內(nèi)部電參數(shù)（如音量、對(duì)比度、亮度）、工作狀態(tài)（繼電器的吸合、電機(jī)的正反轉(zhuǎn)）進(jìn)行遠(yuǎn)距離操縱。

（2）遙控的應(yīng)用：航模、艦?zāi)?、宇宙飛船、導(dǎo)彈、遙控電視等。

（3）紅外遙控：使用880～940nm波長(zhǎng)的近紅外線作為信號(hào)的載體來(lái)傳送遙控命令。具有不易散射、穿透力強(qiáng)、不易受干擾和易于產(chǎn)生等優(yōu)點(diǎn)；但它也有作用距離短、方向性強(qiáng)和不能跨越墻壁等障礙物的阻擋等缺點(diǎn)。

2、紅外遙控系統(tǒng)的基本組成：

其組成方框圖如圖9.24所示

命令輸入

命令生成

紅外發(fā)射

紅外接收

命令解釋

命令執(zhí)行

受控對(duì)象

圖9.24紅外遙控系統(tǒng)組成

（1）遙控命令輸入：

一般由按鈕、鍵盤(pán)等構(gòu)成。人們通過(guò)按鈕、鍵盤(pán)等將預(yù)先定義的命令輸入到有關(guān)電路中去。

（2）遙控命令生成：

將按鈕、鍵盤(pán)等輸入的遙控命令，通過(guò)其電路處理生成不同的數(shù)字脈沖信號(hào)代表不同的命令，這個(gè)過(guò)程稱(chēng)為“編碼”。

（3）紅外發(fā)射：

將數(shù)字脈沖信號(hào)通過(guò)紅外發(fā)射管轉(zhuǎn)換為紅外線發(fā)射。

（4）紅外接收：

用紅外接收器件（光電二極管、光電三極管）將感受到的紅外光脈沖信號(hào)，轉(zhuǎn)換為電脈沖信號(hào)，即先進(jìn)行光/電轉(zhuǎn)換，然后進(jìn)行放大和去除干擾等預(yù)處理。

（5）命令解釋?zhuān)?/p>

命令解釋是命令生成的相反過(guò)程。稱(chēng)為“解碼”，經(jīng)解碼電路將命令信息內(nèi)容的“串行”信號(hào)轉(zhuǎn)換為“并行”信號(hào)，每個(gè)命令內(nèi)容都對(duì)應(yīng)一根輸出線，每根輸出線對(duì)應(yīng)一個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，控制多路對(duì)象。

（6）命令執(zhí)行機(jī)構(gòu)：

可實(shí)現(xiàn)對(duì)受控對(duì)象的控制，有繼電器、伺服電機(jī)、可控硅等。

3、紅外發(fā)射器件：

（1）幾種主要紅外發(fā)射二極管（IRLED）的主要參數(shù)：

型號(hào)

發(fā)射功率Pc

(mW)

IF=50mA

峰值波長(zhǎng)

（nm）

正向壓降UF（V）

IF=50mA

材料

封裝（mm）

特點(diǎn)

L5IR3

7

940

1.3

GaAs鎵、砷化合物

透明φ5

經(jīng)濟(jì)普通

L5IR880B

12.25

880

1.45

GaAlAs鎵

鋁砷化合物

透明φ5

高功率

(IF為紅外二極管所允許的平均正向電流)

IR

RC

+Vcc

Rb

UK

VT

（2）紅外發(fā)射二極管的驅(qū)動(dòng)電路：

如圖9.25電路所示

UK輸入脈沖信號(hào)，三極管

工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，使紅外發(fā)射

二極管工作在快速斷續(xù)狀態(tài)，

斷續(xù)工作時(shí)，紅外二極管承受

的瞬間電流大，可以大于2IF。

這就使紅外管的發(fā)射功率增大，圖9.25NPN三極管驅(qū)動(dòng)電路

發(fā)射作用距離增大；而且在實(shí)際電路中，傳送的是脈沖編碼信號(hào)而非連續(xù)的單值信號(hào)。

4、紅外接收器件：

是一種紅外線傳感器，作用是將所接收的紅外光轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。有光電二極管和光電三極管。

幾種典型的光電器件的主要參數(shù)如下表所示：

名稱(chēng)

型號(hào)

響應(yīng)光譜

（nm）

光電流

暗電流

反壓UR

（V）

功率

（mW）

光電二極管

2CU33IR

700～1100

>50uA

<5nA

>30

光電二極管

2CU35IR

700～1100

>25uA

<5nA

>30

光電三極管

3DU030IR

700～1050

>2mA

<0.