选修3-2第六章传感6.4传感器的应用实验

选修3-2第六章传感器6.4传感器的应用实验1/14/20231【教学目标】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.４、综合实验培养动手能力，体会物理知识实际中的应用.【教学重点】：1、了解斯密特触发器的工作特点，能够分析光控电路的工作原理。2、温度报警器的电路工作原理。【教学难点】：由门电路控制的传感器的工作原理。1/14/20232【教学方法】：实验法、观察法、讨论法1/14/202331晶体二极管1）普通二极管二极管的基本结构:二极管是由一个PN结构成的半导体器件，即将一个PN结加一两条电极引线做成管芯，并用管壳封装而成。P型区的引出线称为正极或阳极，N型区的引出线称为负极或阴极，如图1所示。如图11/14/202342)晶体二极管具有什么特性A)主要特征是具有单向导电性，即整流特性。B)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.C)外加正向电压时，在正向特性的起始部分，正向电压很小，不足以克服PN结内电场的阻挡作用，正向电流几乎为零，这一段称为死区。这个不能使二极管导通的正向电压称为死区电压。当正向电压大于死区电压以后，PN结内电场被克服，二极管导通，电流随电压增大而迅速上升。在正常使用的电流范围内，导通时二极管的端电压几乎维持不变，这个电压称为二极管的正向电压

D)外加反向电压不超过一定范围时，通过二极管的电流是少数载流子漂移运动所形成反向电流，由于反向电流很小，二极管处于截止状态。

1/14/202353)利用万用表判断二极管正负极普通二极管有色端标识一极为负极；1/14/202361）指针式万用判断方法：将万用表打到R×1K档，用红黑表笔分别与二极管的两个电极相接，测得两个方向阻抗相差很大，测得阻值小的那次．则黑表笔接的就是二极管的正极。（注意：在用万用表电阻档测试时，对于电表内的电池正极是接在黑表笔—端的）1/14/202372）数字万用表判断方法：同样可以用电阻1K档测量，测得阻值小的那次．则黑表笔接的应是二极管的负极，因为数字万用黑表笔是与电池负极连在一起的。1/14/20238实验：二极管的伏安特性曲线1/14/20239主要参数：⑴反向恢复时间

反映开关管特性好坏的一个参数。开关二极管的开关时间为开通时间和反向恢复时间的总和.开通时间是指开关二极管从截止至导通所需时间，开通时间很短，一般可以忽略；反向恢复时间是指导通至截止所用时间，反向恢复时间远大于开通时间。一般硅开关二极管的反向恢复时间小于3ns～10ns⑵反向击穿电压

是指在开关二极管两端的反向电压超过规定的值，使二极管可能击穿的电压。⑶最高反向工作电压

是指加在开关管两端的反向电压不能超过规定的允许值。⑷正向电流是指开关二极管在正向工作电压下工作时，允许通过开关管的正向电流。

1/14/2023102）发光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出可见光，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。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，就能产生自发辐射的荧光。常用的是发红光、绿光或黄光的二极管。1/14/202311原理

它是半导体二极管的一种，可以把电能转化成光能。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出的能量多少不同，释放出的能量越多，则发出的光的波长越短。常用的是发红光、绿光或黄光的二极管。1/14/202312判断发光二极管正负极发光二极管长脚为正，短脚为负。如果脚一样长，发光二极管里面的大点是负极，小的是正极。有的发光二极管带有一个小平面，靠近小平面的一根引线为负极。1/14/202313万用表中：红笔接“+”，黑笔接“-”；在测发光二极管时，低阻挡测不出来，可用RX10K档测，两表笔接触二极管的两级。如果电阻较小，黑表笔所接的是正极，电阻较大，黑表笔所接的是负极。发光二极管，若与TTL组件相连使用时，一般需串接一个470R的降压电阻，以防器件的损坏。1/14/2023142晶体三极管三极管，全称应为半导体三极管，也称双极型晶体管,晶体三极管，是一种电流控制电流的半导体器件·其作用是把微弱信号放大成辐值较大的电信号，也用作无触点开关。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结把整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。1/14/202315

放大电路三极管的主要作用是电流放大放大电路Ie=Ib+Ic

β1=Ic/Ib

β1--称为直流放大倍数三极管有三个极：基极，集电极，发射极集电极电流的变化量△Ic与基极电流的变化量△Ib之比为：

β=△Ic/△Ib

式中β--称为交流电流放大倍数，由于低频时β1和β的数值相差不大，所以有时为了方便起见，对两者不作严格区分，β值约为几十至一百多。1/14/2023163门电路1）用以实现基本逻辑运算和复合逻辑运算的单元电路称为门电路。2）常用的门电路在逻辑功能上有与门、或门、非门、与非门、或非门、与或非门、异或门等几种。3）“门”是这样的一种电路：它规定各个输入信号之间满足某种逻辑关系时，才有信号输出，通常有下列三种门电路：与门、或门、非门（反相器）。从逻辑关系看，门电路的输入端或输出端只有两种状态，无信号以“0”表示，有信号以“1”表示。也可以这样规定：低电平为“0”，高电平为“1”，称为正逻辑。反之，如果规定高电平为“0”，低电平为“1”称为负逻辑

1/14/202317与门真值表1/14/202318或门真值表1/14/202319非门真值表1/14/2023204斯密特触发器1）斯密特触发器又称斯密特非门，是具有滞后特性的数字传输门。该器件既可以像普通“与非”门那样工作，也可以接成斯密特触发器来使用。1/14/202321斯密特触发器特点当把输入端并接成非门时，它们的输入、输出特性是：当输入电压V1上升到VT＋电平时，触发器翻转，输出负跳变；过了一段时间输入电压回降到VT＋电平时，输出并不回到初始状态而需输入V1继续下降到VT－电平时，输出才翻转至高电平（正跳变），这种现象称它为滞后特性，VT＋—VT－=△VT。△VT称为斯密特触发器的滞后电压。△VT与IC的电源电压有关，当电源电压提高时，△VT略有增加，一般△VT值在3V左右。因斯密特触发器具有电压的滞后特性，常用它对脉冲波形整形，使波形的上升沿或下降沿变得陡直；还可以用它作电压幅度鉴别。1/14/2023225光控开关原理图2-38所示是一种光控开关电路，这一光控开关电路可以用在一些楼道、路灯等公共场所。通过光敏电阻器，它在天黑时会自动开灯，天亮时自动熄灭。电路中，VS1是晶闸管，Rl是光敏电阻器。当光线亮时，光敏电阻器Rl阻值小，220V交流电压经VD1整流后的单向脉冲性直流电压在R