第四节：传感器的应用实验学案
【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。

2、知道晶体三极管的放大特性。

3、掌握逻辑电路的基本知识和基本应用。

［来一网］
【学习重点】：传感器的应用实例。

【学习难点】：由门电路控制的传感器的工作原理。

【教学过程】
」、问题引入
上节课我们学习了温度传感器、光传感器及其工作原理。

请大家回忆一下我们些具体的温度、光
学了哪传感器？
二、学习新课
阅读下列学习资料总结二极管的特点和作用：
（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；半导体发光二极管能实现电-光
能量的转换，可用作指示灯、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）的化合物制成的二极管，当电子与空穴复合时能辐射岀可见光，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。

它是半导体二极管的一种，可以把电能转化成光能；常简写为LED。

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，从P区注入到N区的空穴和由N区注入到P区的电子，在PN
结附近数微米内分别与N区的电子和P区的空穴复合，产生自发辐射的荧光。

不同的半导体材料中电子和
空穴所处的能量状态不同。

当电子和空穴复合时释放岀的能量多少不同，释放岀的能量越多，则发岀的光的波长越短。

常用的是发红光、绿光或黄光的二极管。

作用:
阅读下列学习资料总结三极管的特点和作用：
（二）、晶体三极管
晶体三极管，是半导体基本元器件之一，具有电流放大作用，是电子电路的核心元件。

三极管是在一块半导体基片上制作两个相距很近的PN结，两个PN结把正块半导体分成三
部分，中间部分是基区，两侧部分是发射区和集电区，排列方式有PNP和NPN两种，如
图从三个区引出相应的电极，分别为基极b发射极e和集电极c。

发射区和基区之间的PN结叫发射结，集电区和基区之间的PN结叫集电极。

基区很薄, 而发射区较厚，杂质浓度大，PNP型三极管发射区”发射”的是空穴，其移动方向与电流方向
一致，故发射极箭头向里；NPN型三极管发射区”发射"的是自由电子，其移动方向与电流
方向相反，故发射极箭头向外。

发射极箭头向外。

发射极箭头指向也是PN结在正向电压下
的导通方向。

硅晶体三极管和锗晶体三极管都有PNP型和NPN型两种类型。

晶体三极管具有电流放大作用，其实质是三极管能以基极电流微小的变化量来控制集电
极电流较大的变化量。

这是三极管最基本的和最重要的特性。

我们将△ Ic/ △ lb的比值称为
晶体三极管的电流放大倍数，用符号“ 3 ”表示。

电流放大倍数对于某一只三极管来说是一
个定值，但随着三极管工作时基极电流的变化也会有一定的改变。

c
kv
特点:
作用:
来源学科网］
（三）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。

分组合逻辑电路和时序逻辑电路。

前者的逻辑功能与时间无关，即不具记忆和存储功能，后者的操作按时间程序进行。

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。

逻辑门电路符号图包括与门，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.
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，只有当所有输入端都为___________ 时，输出端才是0.
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。

4•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。

而这正是进行光控所需要的。

（四）、应用实例
1、光控开关
电路组成：________ 触发器，________ 电阻，发光二
极管LED模仿路灯，滑线变阻器，定值电阻，电路如图所示。

工作原理：
R1
1
h
—
厂
R2
FsJ
R G
LED
+5V
注意：要想在天暗时路灯才会亮，应该把 R i 的阻值调大一些，这样要使斯密特触发器 的输入端A 电压达
到某个值1.6V ，就需要R G 的阻值达到更大，即天色更暗。

拓展：如果电路不用发光二极管来模拟，直接用在电路中，就必须用到电磁继电器。

如 下图。

2•温度 报警器（热敏电阻式报警器）
结构组成：斯 密特触发器， ___________ 电阻，蜂鸣器，变阻器，定值电阻，如图所示。

工作原理:
注意：要使热敏电阻在感测到更高的温度时才报警， 应该减小R1的阻值，R1阻值越小
,
要使斯密特触发器输入达到高电平，则热敏电阻阻值要求越小，即温度越高。

1•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
2•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 3•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（
）
［…网Z+X+X”
5•“第4题”中的整个电路若成为一个或门，则 x 电路应是（ ）
6.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” （
）
+5V
课堂练习
［来源学_科网 Z_X_X_K 来源:学科网］
D.1
1
D.1
1 A.与门 B.非门
4•图是一个复合门电路，由一个 电路应是（
）
C.或门
D.与非门
x 门电路与一个非门组成•若整个电路成为一个与门，则
A.与门
B.或门
C.与非门
D.或非门
A ・0 0
B ・0 1
C ・1 0
D ・1 1
+5V
A\三
7•如图所示，一个三输入端复合门电路， 当输入为10 1时，输出为
或“1”
8•与非门可以改装成一个非门，方法为只用一个输入端如 A 端，而另一个输入端 B 端输入
稳定信号，则为把与非门改装成非门， B 端应始终输入 _________________ .（填“ 0”或“ 1” 9、某些非电学量的测量是可以通过
一些相应的装置转化为电学量来测量的，一电容的两个
极板放置在光滑的水平平台上，极板的面积为
S,极板间的距离为 d ,电容器的电容公式为
C=ES/d （ E 是常数但未知）•极板1固定不动，与周围绝缘，极板 2接地，且可以在水平平 台上滑动，并始终与极板 1保持平行，极板2的两个侧边与劲度系数为 k 、自然长度为L 的 两个完全相同的弹簧相连， 两弹簧的另一端固定， 弹簧L 与电容垂直，如图（1）所示•图（2） 是这一装置的应用示意图，先将电容器充电至电压 U 后即与电源断开，再在极板
2的右侧
的整个表面上施以均匀向左的待测压强 p ,使两极板之间的距离发生微小的变化，测得此时
电容器两极板间的电压改变量为 △ U.设作用在电容板上的静电力不致引起弹簧可测量的形
变，试求：待测压强 p.
【学习小结】
本节课主要学习了以下几个问题:
1、 二极管的特点和作用：
2、 三极管的特点和作用：
3、 斯密特触发器的特点和作用: 【课后作业】课本作业
【学习心得】
(填 “ 0”
⑴ (2)。