高中物理 第六章第三节 实验 传感器的应用课件 新人教版选修32

第三节实验：传感器的应用第三节实验：传感器的应用第六章传感器第六章传感器学习目标学习目标1.了解光控开关和温度报警器的工作原理了解光控开关和温度报警器的工作原理2利用斯密特触发器设计光控开关电路和温度报警器利用斯密特触发器设计光控开关电路和温度报警器3练习用传感器制作自动控制设备练习用传感器制作自动控制设备基础理论储备基础理论储备一、一、 实验目的实验目的1了解光控开关和温度报警器的工作原理了解光控开关和温度报警器的工作原理2练习用传感器制作自动控制设备练习用传感器制作自动控制设备二、实验原理二、实验原理1光控开关光控开关(1)电路如图所示电路如图所示(2)斯密特触发器的工作原理：斯密特触发器是一个性能特斯密特触发器的工作原理：斯密特触发器是一个性能特殊的非门电路，当加在它的输入端殊的非门电路，当加在它的输入端A的电压逐渐上升到某个的电压逐渐上升到某个值值(1.6 V)时，输出端时，输出端Y会突然从高电平跳到低电平会突然从高电平跳到低电平(0.25 V)，而当输入端而当输入端A的电压下降到另一个值的电压下降到另一个值(0.8 V)的时候，的时候，Y会从会从低电平跳到高电平低电平跳到高电平(3.4 V)(3)光控开关的原理：白天，光照强度较大，光敏电阻光控开关的原理：白天，光照强度较大，光敏电阻RG阻阻值较小，加在斯密特触发器输入端值较小，加在斯密特触发器输入端A的电压较低，则输出端的电压较低，则输出端Y输出高电平，发光二极管输出高电平，发光二极管LED不导通；当天暗到一定程度不导通；当天暗到一定程度时，时，RG阻值增大到一定值，斯密特触发器的输入端阻值增大到一定值，斯密特触发器的输入端A的电压的电压上升到上升到1.6 V，输出端，输出端Y突然从高电平跳到低电平，则发光二突然从高电平跳到低电平，则发光二极管极管LED导通发光导通发光(相当于路灯相当于路灯)，这样就达到了使路灯天明，这样就达到了使路灯天明自动熄灭，天暗自动开启的目的自动熄灭，天暗自动开启的目的2温度报警器温度报警器(1)电路如图所示电路如图所示(2)工作原理：常温下，调节工作原理：常温下，调节R1的阻值使斯密特触发器输入的阻值使斯密特触发器输入端端A处于低电平，则输出端处于低电平，则输出端Y处于高电平，无电流通过蜂鸣处于高电平，无电流通过蜂鸣器，蜂鸣器不发声；当温度升高时，热敏电阻器，蜂鸣器不发声；当温度升高时，热敏电阻RT阻值减小，阻值减小，斯密特触发器输入端斯密特触发器输入端A的电压升高，当达到某一值的电压升高，当达到某一值(高电平高电平)时，其输出端时，其输出端Y由高电平跳到低电平，蜂鸣器通电，从而发由高电平跳到低电平，蜂鸣器通电，从而发出报警声出报警声R1的阻值不同，则报警温度不同，可以通过调节的阻值不同，则报警温度不同，可以通过调节R1来调节蜂鸣器的灵敏度来调节蜂鸣器的灵敏度三、实验器材三、实验器材1光控开关实验：光控开关实验：斯密特触发器、发光二极管、二极管、斯密特触发器、发光二极管、二极管、继电器、灯泡继电器、灯泡(6 V,0.3 A)、可变电阻、可变电阻R1(最大阻值最大阻值51 k)、电阻电阻R2(330 )、光敏电阻、集成电路实验板、直流电源、光敏电阻、集成电路实验板、直流电源(5 V)、导线若干、黑纸、导线若干、黑纸2温度报警器实验：温度报警器实验：斯密特触发器、蜂鸣器、热敏电阻、斯密特触发器、蜂鸣器、热敏电阻、可变电阻可变电阻R1(最大阻值最大阻值1 k)、集成电路实验板、直流电源、集成电路实验板、直流电源(5 V)、导线若干、烧杯、导线若干、烧杯(盛有热水盛有热水)四、实验步骤四、实验步骤1光控开关实验步骤光控开关实验步骤(1)按照电路图将各元件组装到集成电路实验板上按照电路图将各元件组装到集成电路实验板上(2)检查各元件的连接，确保无误检查各元件的连接，确保无误(3)接通电源，调节电阻接通电源，调节电阻R1，使发光二极管或灯泡在普通光，使发光二极管或灯泡在普通光照条件下不亮照条件下不亮(4)用黑纸逐渐遮住光敏电阻，观察发光二极管或灯泡的用黑纸逐渐遮住光敏电阻，观察发光二极管或灯泡的状态状态(5)逐渐撤掉黑纸，观察发光二极管或灯泡的状态逐渐撤掉黑纸，观察发光二极管或灯泡的状态2温度报警器实验步骤温度报警器实验步骤(1)按照电路图将各元件组装到集成电路实验板上按照电路图将各元件组装到集成电路实验板上(2)检查各元件的连接，确保无误检查各元件的连接，确保无误(3)接通电源、调节电阻接通电源、调节电阻R1，使蜂鸣器常温下不发声，使蜂鸣器常温下不发声(4)用热水使热敏电阻的温度升高，注意蜂鸣器是否发声用热水使热敏电阻的温度升高，注意蜂鸣器是否发声(5)将热敏电阻从热水中取出，注意蜂鸣器是否发声将热敏电阻从热水中取出，注意蜂鸣器是否发声五、注意事项五、注意事项1安装前，对器材进行测试，确保各元件性能良好后，再安装前，对器材进行测试，确保各元件性能良好后，再进行安装进行安装2光控开关实验中，二极管连入电路的极性不能反接，否光控开关实验中，二极管连入电路的极性不能反接，否则继电器不能正常工作则继电器不能正常工作3光控开关实验中要想天更暗时光控开关实验中要想天更暗时“路灯路灯”才会亮，应该把才会亮，应该把R1的阻值调大些的阻值调大些4温度报警器实验中，要使蜂鸣器在更低的温度时报警，温度报警器实验中，要使蜂鸣器在更低的温度时报警，应该把应该把R1的阻值调大些的阻值调大些经典例题展示经典例题展示类型一类型一光控开关的应用光控开关的应用 如图所示是用斯密特触发器控制某宿舍楼道内照明灯如图所示是用斯密特触发器控制某宿舍楼道内照明灯的示意图，试说明其工作原理的示意图，试说明其工作原理【解析解析】天较亮时，光敏电阻天较亮时，光敏电阻RG阻值较小，斯密特触发阻值较小，斯密特触发器输入端器输入端A电势较低，则输出端电势较低，则输出端Y输出高电平，线圈中无电输出高电平，线圈中无电流，工作电路不通流，工作电路不通天较暗时，光敏电阻天较暗时，光敏电阻RG电阻增大，斯密特触发器输入端电阻增大，斯密特触发器输入端A电电势升高，当升高到一定值，输出端势升高，当升高到一定值，输出端Y由高电平突然跳到低电由高电平突然跳到低电平，有电流通过线圈平，有电流通过线圈F，电磁继电器工作，接通工作电路，电磁继电器工作，接通工作电路，使照明灯自动开启使照明灯自动开启天明后，天明后，RG阻值减小，斯密特触发器输入端阻值减小，斯密特触发器输入端A电势逐渐降低，电势逐渐降低，降到一定值，输出端降到一定值，输出端Y突然由低电平跳到高电平，则线圈突然由低电平跳到高电平，则线圈F不不再有电流，电磁继电器自动切断工作电路的电源，照明灯熄再有电流，电磁继电器自动切断工作电路的电源，照明灯熄灭灭【答案答案】见解析见解析【规律总结规律总结】斯密特触发器是具有特殊功能的非门，它可斯密特触发器是具有特殊功能的非门，它可以将连续变化的输入信号变成突变的输出信号以将连续变化的输入信号变成突变的输出信号. 光控开关的光控开关的敏感元件是光敏电阻，光照越强，其电阻阻值越小敏感元件是光敏电阻，光照越强，其电阻阻值越小类型二类型二温度报警器问题温度报警器问题 型号为型号为74LS14的集成块里面有的集成块里面有6个非门，其引脚如图个非门，其引脚如图甲所示，这种非门由于性能特别，称为斯密特触发器当加甲所示，这种非门由于性能特别，称为斯密特触发器当加在它的输入端在它的输入端A的电压逐渐上升到某个值的电压逐渐上升到某个值(1.6 V)时，输出端时，输出端Y会突然从高电平跳到低电平会突然从高电平跳到低电平(0.25 V)，而当输入端，而当输入端A的电压的电压下降到另一个值的时候下降到另一个值的时候(0.8 V)，Y会从低电平跳到高电平会从低电平跳到高电平(3.4 V)斯密特触发器可以将连续变化的模拟信号转换为斯密特触发器可以将连续变化的模拟信号转换为突变的数字信号，而这正是进行自动控制所必需的突变的数字信号，而这正是进行自动控制所必需的现用斯密特触发器与热敏电阻现用斯密特触发器与热敏电阻RT组成温度报警器，电路如图组成温度报警器，电路如图乙所示，图中蜂鸣器可以选用乙所示，图中蜂鸣器可以选用YMD或或HMB型，它两端的直型，它两端的直流电压为流电压为4 V6 V时会发出鸣叫声；时会发出鸣叫声；RT为热敏电阻，常温下为热敏电阻，常温下阻值约几百欧，温度升高时阻值减小阻值约几百欧，温度升高时阻值减小R1的最大电阻可在的最大电阻可在1 k2 k间选择间选择接通电源后，先调节接通电源后，先调节R1使蜂鸣器在常温下不发声再用热水使蜂鸣器在常温下不发声再用热水使热敏电阻的温度上升，到达某一温度时就会发出报警声使热敏电阻的温度上升，到达某一温度时就会发出报警声请你说明这个电路的工作原理想一想：怎样能够使热敏电请你说明这个电路的工作原理想一想：怎样能够使热敏电阻在感测到更高的温度时才报警？阻在感测到更高的温度时才报警？【解析解析】该电路的工作原理是：常温下，调整该电路的工作原理是：常温下，调整R1的阻值使的阻值使斯密特触发器的输入端斯密特触发器的输入端A处于低电平，则输出端处于低电平，则输出端Y处于高电处于高电平，无电流通过蜂鸣器，蜂鸣器不发声；当温度升高时，热平，无电流通过蜂鸣器，蜂鸣器不发声；当温度升高时，热敏电阻敏电阻RT阻值减小，斯密特触发器输入端阻值减小，斯密特触发器输入端A电势升高，当达电势升高，当达到某一值到某一值(高电平高电平)时，其输出端由高电平跳到低电平，蜂鸣时，其输出端由高电平跳到低电平，蜂鸣器通电，从而发出报警声，器通电，从而发出报警声，R1的阻值不同，报警温度不同的阻值不同，报警温度不同要使热敏电阻在感测到更高的温度时才报警，应减小要使热敏电阻在感测到更高的温度时才报警，应减小R1的阻的阻值，值，R1阻值越小，要使斯密特触发器输入端达到高电平，则阻值越小，要使斯密特触发器输入端达到高电平，则热敏电阻阻值要求越小，即温度越高热敏电阻阻值要求越小，即温度越高【答案答案】见解析见解析