電子控制系統(tǒng)的組成和工作過程

1、電子控制系統(tǒng)的組成和工作 過程作者:日期:個(gè)人收集整理，勿做商業(yè)用途電子控制系統(tǒng)的組成和工作過程一、教學(xué)分析1 .教材分析本課是第一章第二節(jié)“電子控制系統(tǒng)的組成和工作過程”。從對比分析兩種路燈控制系統(tǒng)的基本組成入手，再通過搭接一個(gè)路燈自動(dòng)控制的電子模型，來學(xué)習(xí)電子控制系統(tǒng)的基本組成和工作過程，從而為學(xué) 生學(xué)習(xí)后面各章提供了一把鑰匙。2 .學(xué)情分析學(xué)生在通用技術(shù)必修 2的學(xué)習(xí)中，已學(xué)過關(guān)于控制系統(tǒng)的一些概念，例如輸入、控制、輸出，以及功 能模擬方法的含義，但對電子控制系統(tǒng)內(nèi)部電子元件，例如發(fā)光二極管、光敏電阻、三極管等的工作原理 不太了解，教師可用通俗的語言補(bǔ)充解釋其作用，以利于學(xué)生的學(xué)習(xí)。二、

2、教學(xué)目標(biāo)1 .知識與技能目標(biāo)(1) 知道電子控制系統(tǒng)的基本組成。(2) 能用方框圖分析生活中常見電子控制系統(tǒng)的工作過程。2 .過程與方法目標(biāo)(1) 通過對兩種路燈控制系統(tǒng)方框圖的對照，知道電子控制系統(tǒng)的基本組成。(2) 通過搭接一個(gè)路燈自動(dòng)控制的電子模型，加深對電子控制系統(tǒng)組成的理解。3 情感態(tài)度和價(jià)值觀目標(biāo)(1)激發(fā)學(xué)生動(dòng)手嘗試的興趣和熱愛技術(shù)的情感。(2 )提高學(xué)生比較及分析電子控制系統(tǒng)的能力。三、教學(xué)重難點(diǎn)1 .重點(diǎn)(1) 電子控制系統(tǒng)的基本組成。(2) 能用方框圖分析生活中常見電子控制系統(tǒng)的工作過程。2.難點(diǎn)電子控制系統(tǒng)內(nèi)部常見電子元件的工作原理。四、教學(xué)策略本節(jié)課程以多媒體技術(shù)為輔助

3、教學(xué)手段，通過觀察、基本知識講授、小組探究、分析表達(dá)、技術(shù)試驗(yàn)、能力展示等教學(xué)方法和策略，在教師指導(dǎo)下，通過學(xué)生自主探究建構(gòu)知識和技能。五、教學(xué)準(zhǔn)備通用技術(shù)專用教室、多媒體、課件、路燈自動(dòng)控制模型。六、課時(shí)安排共1課時(shí)七、教學(xué)過程(一) 新課導(dǎo)入教師展示：路燈自動(dòng)控制模型板書：第一章 電子控制系統(tǒng)概述第二節(jié) 電子控制系統(tǒng)的組成和工作過程個(gè)人收集整理，勿做商業(yè)用途（二）新課呈現(xiàn)師：過去的路燈需要人工控制，現(xiàn)在利用電子控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化控制，正如我們剛才看到的路燈 自動(dòng)控制模型，那么，這兩者在組成上有什么異同呢？學(xué)生討論教師總結(jié)路燈的人工控制系統(tǒng):光信命與判斷、師：從上圖的對應(yīng)關(guān)系中可以看出：兩

4、個(gè)系統(tǒng)都是先進(jìn)行信息的收集，然后經(jīng)過對信息的分析、發(fā)出命令，再執(zhí)行命令，閉合或者切斷電路，從而達(dá)到控制目的。兩個(gè)系統(tǒng)雖然結(jié)構(gòu)的組成各不相同，但是各部分完成的功能十分相似。板書：電子控制系統(tǒng)的基本組成用方框圖表示如下:電子控制系統(tǒng)一般可分為輸入、控制（處理）和輸出三個(gè)基本的組成部分。討論：電子控制系統(tǒng)各部分的組成及工作過程。濕度、輸入部分：通常由各種傳感器組成， 輸入信息可以有多少形式，可以是作用力，也可以是溫度、磁場、光照強(qiáng)度等環(huán)境參數(shù)的變化，用傳感器把采集的非電量變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏康淖兓▊鞲衅鞯墓ぷ髟?在本書第二章有詳細(xì)介紹）。輸入部分相當(dāng)于人的感官，它能將采集的非電量變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏康淖兓?/p>

5、例如，手按動(dòng)按鈕開關(guān)，輸 入部分就把機(jī)械開關(guān)的通或斷的非電量變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘枺妷夯螂娏鳎┑挠谢驘o的電量變化?？刂疲ㄌ幚恚┎糠郑?一般由具有各種控制功能的電子電路（或微處理器）組成。它的作用相當(dāng)于人的個(gè)人收集整理，勿做商業(yè)用途 大腦，它能對送入的電信號進(jìn)行比較、分析和處理，并發(fā)出指令。輸出部分：由電磁繼電器、晶閘管等多種執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成。輸出信號可以是位移，如電磁繼電器中銜鐵 運(yùn)動(dòng)、電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)等，也可以是聲音、光等，如揚(yáng)聲器中發(fā)出的音樂聲。師：通過討論與分析，我們可以將基本的電子控制系統(tǒng)的工作過程用下圖來表示：電子控制系統(tǒng)的工作過程馬上行動(dòng)分析下列電子控制系統(tǒng)的基本組成部分，并說出它們的簡要工作

6、過程（P9）。PPT展示參考答案電子控制系統(tǒng)名稱輸入部分控制（處理）部分輸出部分智能化的紅綠燈電子 控制系統(tǒng)環(huán)形感應(yīng)器電子電路紅綠燈全自動(dòng)洗衣機(jī)進(jìn)水控制系統(tǒng)水位傳感器電子電路電磁開關(guān)馬上行動(dòng)電子計(jì)算機(jī)的組成（P10）。在電子計(jì)算機(jī)家庭中，無論是大型的還是家用的，都可以看作是由輸入、控制（處理）和輸出三個(gè)最基本的部分組成的。輸入：控制（處理）:主機(jī)； 輸出：顯示器、揚(yáng)聲器、打印機(jī)等。小組試驗(yàn)利用電子積木搭接一個(gè)光控路燈的模型，在電路試驗(yàn)板上按照下圖所示電路搭接一個(gè)光 控路燈的模型。使裝置能達(dá)到下列要求：模擬夜晚，用黑紙罩住光敏電阻 R，外界光線照射不到光敏電阻時(shí)，R的阻值變得很大，三極管導(dǎo)通,代

7、表路燈的發(fā)光二極管就會(huì)自動(dòng)點(diǎn)亮。模擬白天，當(dāng)拿去遮光的黑紙，讓強(qiáng)光照射光敏電阻R時(shí)，R的阻值變得很小，三極管截止，發(fā)光二極管就熄滅。討論畫出路燈自動(dòng)控制模型的方框圖。個(gè)人收集整理，勿做商業(yè)用途參考答案如下：輸入：光敏傳感器；控制（處理）:晶體三極管組成的電子電路；輸出：發(fā)光二極管。擴(kuò)展閱讀1光敏傳感器：光敏傳感器是最常見的傳感器之一，它的種類繁多，主要有：光電管、光電倍增管、光敏電阻、光敏三極管、太陽能電池、紅外線傳感器、紫外線傳感器、光纖式光電傳感器、色彩傳感器、CCD和CMOS圖像傳感器等。它的敏感波長在可見光波長附近，包括紅外線波長和紫外線波長。光傳感器不只局限于對 光的探測，它還可以作

8、為探測元件組成其他傳感器，對許多非電量進(jìn)行檢測，只要將這些非電量轉(zhuǎn)換為光 信號的變化即可。光傳感器是目前產(chǎn)量最多、應(yīng)用最廣的傳感器之一，它在自動(dòng)控制和非電量電測技術(shù)中 占有非常重要的地位。最簡單的光敏傳感器是光敏電阻，當(dāng)光子沖擊接合處就會(huì)產(chǎn)生電流。擴(kuò)展閱讀2晶體三極管：三極管內(nèi)部為由P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體組成的三層結(jié)構(gòu)，根據(jù)分層次序分為 NPN型和PNP型兩大類。NPN （般為硅管）和 PNP （一般為鍺管）上述三層結(jié)構(gòu)即為三極管的三個(gè)區(qū)，中間比較薄的一層為基區(qū)，另外兩層同為 N型或P型，其中尺寸相對較小、多數(shù)載流子濃度相對較高的一層為發(fā)射區(qū)，另一 層則為集電區(qū)。晶體三極管（以下簡稱三極管）按

9、材料分有兩種：鍺管和硅管。而每一種又有NPN和PNP兩種結(jié)構(gòu)形式，但使用最多的是硅NPN和鍺PNP兩種三極管，如下圖：兩者除了電源極性不同外，其工作原理都是相同的。下面僅介紹NPN硅管的電流放大原理。對于NPN管，它是由2塊N型半導(dǎo)體中間夾著一塊 P型半導(dǎo)體所組成，發(fā)射區(qū)與基區(qū)之間形成的 PN 結(jié)稱為發(fā)射結(jié)，而集電區(qū)與基區(qū)形成的PN結(jié)稱為集電結(jié)，三條引線分別稱為發(fā)射極e、基極b和集電極c。當(dāng)b點(diǎn)電位高于e點(diǎn)電位零點(diǎn)幾伏時(shí)，發(fā)射結(jié)處于正偏狀態(tài)，而C點(diǎn)電位高于b點(diǎn)電位幾伏時(shí)，集電結(jié)處于反偏狀態(tài)，集電極電源Ec要高于基極電源 Ebo。在制造三極管時(shí)，有意識地使發(fā)射區(qū)的多數(shù)載流子濃度大于基區(qū)的，同時(shí)基

10、區(qū)做得很薄，而且，要嚴(yán) 格控制雜質(zhì)含量，這樣，一旦接通電源后，由于發(fā)射結(jié)正偏，發(fā)射區(qū)的多數(shù)載流子（電子）極基區(qū)的多數(shù) 載流子（空穴）很容易地越過發(fā)射結(jié)互相向?qū)Ψ綌U(kuò)散，但因前者的濃度基大于后者，所以通過發(fā)射結(jié)的電 流基本上是電子流，這股電子流稱為發(fā)射極電流了。由于基區(qū)很薄，加上集電結(jié)的反偏，注入基區(qū)的電子大部分越過集電結(jié)進(jìn)入集電區(qū)而形成集電集電流lc,只剩下很少（1%10%）的電子在基區(qū)的空穴進(jìn)行復(fù)合，被復(fù)合掉的基區(qū)空穴由基極電源Eb重新補(bǔ)給，從而形成了基極電流Ibo.根據(jù)電流連續(xù)性原理，得到：le=lb+lc這就是說，在基極補(bǔ)充一個(gè)很小的lb，就可以在集電極上得到一個(gè)較大的lc,這就是所謂電流

11、放大作用，lc與lb是維持一定的比例關(guān)系，即：3 仁lc/lb式中：31稱為直流放大倍數(shù)，集電極電流的變化量 lc與基極電流的變化量 lb之比為：3 = lc/ lb個(gè)人收集整理，勿做商業(yè)用途式中B稱為交流電流放大倍數(shù)，由于低頻時(shí)31和 B的數(shù)值相差不大，所以有時(shí)為了方便起見，對兩者不作嚴(yán)格區(qū)分，3值約為幾十至一百多。三極管是一種電流放大器件，但在實(shí)際使用中常常利用三極管的電流放大作用，通過電阻轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷?放大作用。三極管放大時(shí)管子內(nèi)部的工作原理：1 發(fā)射區(qū)向基區(qū)發(fā)射電子電源Ub經(jīng)過電阻Rb加在發(fā)射結(jié)上，發(fā)射結(jié)正偏，發(fā)射區(qū)的多數(shù)載流子（自由電子）不斷地越過發(fā)射結(jié)進(jìn)入基區(qū)，形成發(fā)射極電流Ie。同

12、時(shí)基區(qū)多數(shù)載流子也向發(fā)射區(qū)擴(kuò)散，但由于多數(shù)載流子濃度遠(yuǎn)低于發(fā)射區(qū)載流子濃度，可以不考慮這個(gè)電流，因此可以認(rèn)為發(fā)射結(jié)主要是電子流。2 .基區(qū)中電子的擴(kuò)散與復(fù)合電子進(jìn)入基區(qū)后，先在靠近發(fā)射結(jié)的附近密集，漸漸形成電子濃度差，在濃度差的作用下，促使電子 流在基區(qū)中向集電結(jié)擴(kuò)散，被集電結(jié)電場拉入集電區(qū)形成集電極電流Ic。也有很小一部分電子（因?yàn)榛鶇^(qū)很?。┡c基區(qū)的空穴復(fù)合，擴(kuò)散的電子流與復(fù)合電子流之比例決定了三極管的放大能力。3 集電區(qū)收集電子由于集電結(jié)外加反向電壓很大，這個(gè)反向電壓產(chǎn)生的電場力將阻止集電區(qū)電子向基區(qū)擴(kuò)散，同時(shí)將擴(kuò) 散到集電結(jié)附近的電子拉入集電區(qū)從而形成集電極主電流Icn。另外集電區(qū)的少數(shù)載流子（空穴）也會(huì)產(chǎn)生漂移運(yùn)動(dòng)，流向基區(qū)形成反向飽和電流，用Icbo來表示，其數(shù)值很小，但對溫度卻異常敏感。擴(kuò)展閱讀3發(fā)光二極管：發(fā)光二極管簡稱為 LED。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)能輻射出可見光，因而可以用來制成發(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。它是半導(dǎo)體二極管的一種，可以把電能轉(zhuǎn)化成光能，常簡寫為LED。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?。教師總結(jié)分析路燈自動(dòng)控制模型中的各部分組成及工作過程。（