電子控制技術(shù)技術(shù)選修一

精心整理

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)課程的目標展開，著眼于培養(yǎng)

學(xué)生的實踐能力和創(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)過程強調(diào)基于提高生活質(zhì)量、基于問題解決、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。鼓勵設(shè)計方

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領(lǐng)悟

出電子技術(shù)設(shè)計的思想方法、注重提高學(xué)生在電子技術(shù)學(xué)習中的

探究、試驗、創(chuàng)造和共通能力，使學(xué)生成為電子技術(shù)學(xué)習的主體,

更好地面對當今技術(shù)社會的挑戰(zhàn)。

本模塊的教學(xué)應(yīng)反映必修模塊“技術(shù)與設(shè)計1”和“技術(shù)與

設(shè)計2”中技術(shù)設(shè)計的思想方法。

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)用四個主題。模塊-主題結(jié)構(gòu)如下圖。

前面三個主題分子控制系統(tǒng)的三個主要組成部

分,重點是各部牛的作用、，理和應(yīng)用,第四個主題是將前面三

個三傳感器?數(shù)字電，電磁繼曲電子控技術(shù)與設(shè)計

1”、“技術(shù)與設(shè)計2”的內(nèi)容進行應(yīng)用、綜合和拓展遷移。本模塊

的重點是在電子控制系統(tǒng)及其應(yīng)用上。

-來源網(wǎng)絡(luò)

模塊內(nèi)容通過對日常生活、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

個主要環(huán)節(jié)的作用，了解電子控制系統(tǒng)設(shè)計的一般過程、應(yīng)遵循

的基本原則。通過親歷設(shè)計過程，使學(xué)生理解電子技術(shù)、親近電

子技術(shù)?？赡苡幸恍W(xué)生缺乏電子技術(shù)的基礎(chǔ)知識，建議教師在

教學(xué)時補充電阻、電容、電感、三極管、放大器等知識和常用電

子測量儀器如多用電表、示波器的使用方法。

模塊的四個主題，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、電磁傳感器掌握運用是基礎(chǔ)，電子控制系統(tǒng)

的綜合應(yīng)用是載體，通過電子技術(shù)的操作方法和試驗方法的掌握,

領(lǐng)悟技術(shù)與設(shè)計的思想方法，提高學(xué)生探究問題的能力，促進所

學(xué)知識與能力的遷移。

第一節(jié)傳感器

一、內(nèi)容結(jié)構(gòu)圖：

1I*田口nAA

nJW隹______________2?13田口口AA

傳/

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二、知識點列表

翦髏健萼11

-r

常見傳感器?能用多用電表檢測光敏傳感11

的檢測器、熱敏傳感器、濕敏傳感器、

聲敏傳感器、力敏傳感器等常

見傳感器的特性并判斷好壞

常見傳感器1

的作用.

441

常見傳感器m1t

A

H富5

典型應(yīng)用.n

三、重難點分析

（一）重點分析

1、常見傳感器的作用

傳感器象人體的感覺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，

輸送給控制電路進行處理。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，是實現(xiàn)自動檢測和自動控制的首

要環(huán)節(jié)。

傳感器種類繁多，常見的電阻式傳感器是將被測量，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）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紅外

線敏感，可在紅外遙控電子控制系統(tǒng)中應(yīng)用。

2、常見傳感器的應(yīng)用

技術(shù)課程的學(xué)習要從學(xué)生的生活經(jīng)驗出發(fā)，了解傳感器在日

常生活、生產(chǎn)、軍事、環(huán)境監(jiān)測方面的應(yīng)用，可以培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習

電子控制技術(shù)的興趣，可以引導(dǎo)學(xué)生對電子控制技術(shù)的人文因素

的感悟和理解。

（二）難點分析

1、從外形和標識上認識傳感器

從外形和標識上區(qū)別不同的常見傳感器是其應(yīng)用的基礎(chǔ)，而

傳感器種類繁多、外形各異，認識它們，對初學(xué)者有較大難度。

2、常見傳感器的檢測

通過用多用電表檢測常見傳感器的電氣特性，使學(xué)生加深對

傳感器原理的感性認識，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，這是一個是試驗、探究的過

程，是理論和實踐的結(jié)合，是學(xué)生技術(shù)素養(yǎng)的一個觀察點。

常見傳感器的檢測涉及到對常見傳感器結(jié)構(gòu)、原理、特性的

了解和有關(guān)電子測量儀器的使用，而且不同的傳感器有不同的檢

測方法，所以是傳感器教學(xué)中的一個難點。

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)生動手實驗和教

師課堂實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個教學(xué)內(nèi)容。

1、了解常見傳感器的型號命名方法：

(1)對于敏感型電阻式傳感器，其型號一般由四部分組成，

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

別(都是拼音的第一個字母)，如：“Z”表示正溫度系數(shù)熱敏電阻、

“F”表示負溫度系數(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，后面兩個部分表示用途和序號。例如:

MF41是普通旁熱式負溫度系數(shù)熱敏電阻，MG42是可見光敏電阻，

MSC-1是陶瓷濕敏電阻,等等。

(2)對于非電阻式傳感器，就要查閱有關(guān)手冊，如光敏二極

管常用型號是2CUXX,管殼上有一個光照窗口、一個正極性標志點,

使用時注意兩個電極的正負極；光敏三極管常用型號是3DUXX,

使用時要注意集電極C和發(fā)射極E的區(qū)別。

2、定性認識常見傳感器

教師可以先介紹一兩個常見傳感器將不同的物理信息轉(zhuǎn)換成

電信號的最簡單原理和外形結(jié)構(gòu)，教學(xué)中重點是定性介紹常見的

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

以鈦酸鋼為主和微量錮、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；負溫度系數(shù)熱敏電阻是以鎰、銀、

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?，工作在反向電壓下，管芯受到光照時，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，形成反向電流，且隨光強

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。

例：認識常見傳感器件

老師：給學(xué)生看光敏傳感器、熱敏傳感器、聲敏傳感器、氣敏

傳感器的實物，同時也展示磁敏傳感器、力傳感器和位移傳感器

的照片，并介紹各個傳感器的名稱。

老師舉實物自問自答：為什么稱光敏傳感器。因為它能收集光

的信息，并把它轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘枴?/p>

老師舉實物問：為什么稱熱敏傳感器。

學(xué)生回答：因為它能收集熱信息，并把它轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘枴?/p>

老師：它能收集溫度信息，并把它轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?。溫度是反?/p>

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

個引腳。

老師：目前對天然氣（液化氣）敏感的傳感器，技術(shù)上還需要

4個引腳其中兩個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)殡娦盘枴ｋS著技術(shù)的發(fā)展，會有

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引腳。

3、使學(xué)生直觀認識傳感器的作用

傳感器獲得外界的輸入信息并通過它將非電量信息轉(zhuǎn)換成電

信號輸出，其內(nèi)部工作原理是復(fù)雜的。課標只要求學(xué)生知道傳感

器的作用及其應(yīng)用。因此教學(xué)設(shè)計要精選簡單易行的實物演示實

驗，讓學(xué)生直觀地認識傳感器的作用。通過二三個不同傳感器的

演示實驗引出一個結(jié)論一一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

老師實驗前準備：光敏電阻一只、熱敏傳感器一只、電吹風一

把、指針式萬用表一架、電池組、電阻一個.

老師上課演示，同學(xué)觀察。置萬用表于RX休檔，表筆分別接

入光敏電阻的兩個引腳，察萬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，觀察萬用表指示的電阻值為30千

歐，即光敏電阻無光照時電阻值增大，有光照時電阻值減小。用

電吹風對光敏電阻加熱，對著光敏電阻叫喊，光敏電阻的電阻值

都不發(fā)生變化，說明光敏電阻僅拾取光信息。

置萬用表于RX休檔，表筆分別接入熱敏電阻的兩個引腳，觀

察萬用表指示的電阻值為2千歐姆，用電吹風產(chǎn)生熱風吹熱敏電

阻，熱敏電阻溫度上升的同時觀察萬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，觀察萬用表熱敏電阻的電阻值不發(fā)生變化，說明熱

敏電阻僅拾取溫度的信息。

如檢測光敏二極管可用光照法，多用電表選RX1K電阻檔，用

黑表筆（表內(nèi)電池正極）接光敏二極管負極，紅表筆接正極，用

手遮住光敏二極管光照窗口，此時電阻接近無窮大；然后，讓光

線照射光敏二極管，電阻會大幅度減小，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??9KQ,反向

電阻大于5MQ。

老師做實驗小結(jié)：不同的傳感器可以用來收集不同的信息，將

信息變化轉(zhuǎn)換為電阻值變化的信號的這類傳感器稱為電阻類傳感

器。還有許多傳感器也是電阻類傳感器，如：濕敏傳感器、力敏

傳感器、聲敏傳感器、磁敏傳感器。對于阻類傳感器，在要求不

高的場合，它們的好壞可以用多用表測量，它的電阻值隨外界信

息變化而變化的情況來判斷，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：如何將電阻類傳感器電阻隨外界信息變化而變化變換為

輸出電信號隨外界信息變化而變化呢？

觀察一個實驗如圖9.1所示。它由一個電阻R、一個光敏電阻

RG和一個3伏電池組組成。V是電壓表用來測量輸出電壓。

圖9.1電阻性傳感器檢測電路

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度

而變化。

老師：這個實驗電路告訴我們一個事實，電阻性傳感器在應(yīng)用

時要并接由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。經(jīng)過后續(xù)章節(jié)的學(xué)習可以了解到如何對該電信號進行處理，

然后輸出執(zhí)行電路。如用光敏電阻實現(xiàn)對街上路燈的自動控制。

它的控制過程為：天暗了，光敏傳感器將光信息變換為電信號，

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

燈開關(guān)，路燈點亮，反之，路燈電源被切斷。

4、學(xué)生動手實驗，加深對傳感器的應(yīng)用了解。

為了使學(xué)生能定性認識傳感器的功能和作用,加深學(xué)生對傳感

器的了解，在教學(xué)設(shè)計中，可考慮安排學(xué)生一次動手實驗，學(xué)生

可以幾個人一組。實驗的目的是認識常見的傳感器，能用多用表

檢測傳感器，知道傳感器的作用及其應(yīng)用。教師在選擇實驗電路

時要盡可能考慮電路簡單、操作容易、突出學(xué)生對傳感器在應(yīng)用

性方面的認識，使學(xué)生知道傳感器的作用在與收集信息；知道不

同類別的傳感器能夠把不同類別的信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?；知道生?/p>

中常見的自動控制系統(tǒng)需使用什么類別的傳感器。

例：

老師：實驗教學(xué)資源準備。（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)光臺燈、

噴霧器、照度計、濕度計、聲強儀等）

實驗電路：

圖9.2傳感器試驗電路

老師：圖9.2是一個信號處理電路（控制器）和執(zhí)行器組

成的一個報警實驗電路，報警時，發(fā)光二極管1亮，圖中V?主要

功能是信號處理，W是執(zhí)行器（執(zhí)行器也可以是繼電器或蜂鳴器

等），R是限流電阻，限制y亮時的最大電流，通常R取200Q,

修亮時的流過W的電流約為10mAoR2也為限流電阻，防止因傳感

器接錯，電源直接燒毀三極管的BE結(jié)。圖中，a、b兩點用于連

接傳感器。當a、b兩點接熱敏電阻時，該電路的功能為濕度報警

器，a、b兩點接光敏傳感電阻時，該電路的功能為照度報警器；

當a、b兩點接聲傳感器時，該電路的功能為噪聲報警器……。

下面以a、b兩點接光敏傳感器為例介紹照度報警器電路工

作原理。

光照強度大時，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，適當調(diào)整RP的電阻值，使在b、G兩點間

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R,

發(fā)光二極管W、三極管V2的C、E極構(gòu)成了回路，電流流過發(fā)光二

極管W,發(fā)光二極管被點亮——照度報警，說明當前照度太強了。

老師：當光照度弱時，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上幾乎沒有什么分壓值，三極管

V2的Ke值幾乎為零，三極管截止，沒有電流流過三極管C、E極,

發(fā)光二極管W不亮，說明當前光照度沒有超過“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

信息變換微電信號輸出。調(diào)整RP的目的是改變在確定的照度條件

下，轉(zhuǎn)換電路輸出的電壓，即報警照度為“警戒線”。

老師：同學(xué)們討論一下怎樣調(diào)整照度報警器？

學(xué)生：討論，回答（略）

老師：小結(jié)，實驗步驟

1）用照度計將臺燈的光強度調(diào)到100Lx（報警照度）

2）在實驗板上接入光敏傳感器，

3）接通電源開關(guān)K

4）調(diào)整微調(diào)電位器RP,使發(fā)光二極管亮。

5）用多用表直流電壓檔確認，VBE之間的電壓0.7V

6）關(guān)閉臺燈，發(fā)光二極管不亮。用多用表直流電壓檔確認

VBE之間電壓小于0.7V

老師：實驗步驟5和6中用電壓表測量VBE的電壓這個操作

可以省略。為什么要求大家做呢？因為RP的端電壓值很重要，

它是流過光敏傳感器的電流流過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決定信號處

理管是導(dǎo)通還是截止，即發(fā)光二極管是亮還是暗。當VBE為0.

7V時，三極管時導(dǎo)通，當VBE<0.4V時，三極管時截止的。

老師：下面分小組做實驗。一組做一種傳感器實驗。同學(xué)們

在做實驗的同時要發(fā)揮團隊精神，同時思考下面二個問題：

1、想一想，在日常生活中，見過什么電子產(chǎn)品用過你做過實

驗的傳感器

2、報警器的功能有什么地方不滿意，提出建設(shè)性意見

實驗結(jié)束前每一個小組派代表回答上述問題

學(xué)生：實驗開始（略）

學(xué)生：小組代表發(fā)言。同學(xué)們爭論（略）

老師：最后作實驗小結(jié)（略）

《常見傳感器的檢測》教學(xué)設(shè)計

一、教學(xué)內(nèi)容分析：

本節(jié)課主要通過對磁敏、聲敏的定性檢測和對光敏、熱

敏傳感器的定量檢測，使同學(xué)們對傳感器有一個感性認識，

初步掌握傳感器的檢測方法，了解傳感器將物理量轉(zhuǎn)換為電

量的特性，為使用傳感器進行電子控制系統(tǒng)的設(shè)計奠定基

礎(chǔ)。根據(jù)日常生活中常見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關(guān)）、熱敏（自動開水

壺）、磁敏（門開防盜報警）這4種傳感器，檢測方法設(shè)計

為2種：

1、使用多用電表的歐姆檔，通過測量傳感器在外界物理

量變化時的電阻值變化規(guī)律，并作好數(shù)據(jù)記錄；

2、使用QXD-2型傳感器性能實驗儀，進行傳感器功能

的演示實驗，該儀器在感受到傳感器輸入信號時，可控制發(fā)

出四種音樂聲，以及進行燈光閃爍和繼電器控制。

二、教學(xué)對象分析：

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

手搭接傳感器電路的實際技術(shù)體驗，因此對傳感器對物理量

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

行實驗，可增加實驗的趣味性，調(diào)動學(xué)生的探究欲望。

本課教學(xué)要求學(xué)生學(xué)會使用多用電表測量傳感器的電阻

隨環(huán)境物理量的變化情況。學(xué)生對多用電表的使用熟練程度

不一，可分組合作、互相學(xué)習，完成檢測任務(wù)。

三、教學(xué)目標及分析

1、了解常見傳感器的檢測方法；能夠根據(jù)檢測信息對幾

種傳感器進行特性分析。學(xué)會使用多用電表檢測光敏電阻、

正、負溫度系數(shù)熱敏電阻、磁敏傳感器；

2、經(jīng)歷傳感器檢測的一般過程，從系統(tǒng)、信息、控制的

角度分析傳感器的作用，從傳感器檢測儀的控制功能領(lǐng)悟

“黑箱”原理；

3、培養(yǎng)學(xué)生養(yǎng)成嚴謹細致的技術(shù)學(xué)習習慣（如不要將溫

度計折斷、不要被開水燙了等）；樹立安全用電意識和遵守

安全操作規(guī)程的習慣。注重學(xué)生觀察能力、運用知識解決問

題能力的培養(yǎng)，領(lǐng)悟技術(shù)試驗的一般思想方法。

教學(xué)重點：學(xué)會認識、檢測幾種常見的傳感器。

教學(xué)難點：對測量數(shù)據(jù)的分析歸納。

四、教學(xué)策略及媒體的運用

1、教師先搜集各種生活中傳感器應(yīng)用和各種傳感器對照

的圖片資料，擴大學(xué)生的知識面；

2、將檢測流程簡單、現(xiàn)象明顯的光敏電阻的檢測安排在

開始，集中觀察，然后由學(xué)生應(yīng)用類似方法設(shè)計其它幾種傳

感器的檢測；

3、各小組根據(jù)測量數(shù)據(jù)進行討論、推選代表發(fā)言歸納。

五、教學(xué)準備

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/組

溫度傳感器特性測試試驗儀器：小電熱棒1個、溫度計

1根、大玻璃杯1個

光敏傳感器特性測試試驗儀器：調(diào)光臺燈1盞、照度計

1臺

六、教學(xué)過程

過程教師活動學(xué)生活動及預(yù)期目設(shè)計思

標路

多媒用圖片展示各種生活學(xué)生識別、舉例生培養(yǎng)學(xué)

體展中傳感器應(yīng)用事例和活中接觸到的傳感生對傳

示各種傳感器器，識別傳感器的感器的

名稱、符號和作用興趣

多用1、演示用多用電表測1、分組討論、確定運用基

電表量傳感器的電阻或通檢測方法、分組操本方法

檢測斷情況，并記錄數(shù)據(jù)；作；解決問

2、提示學(xué)生改變傳感2、加熱水杯，將熱題，歸納

器接收物理信息的強敏傳感器置水中，檢測步

度；注意特別注意溫測量并記錄其阻值驟

度傳感器在常溫和隨溫度變化情況；

100C°時的阻值，注意3、將調(diào)臺燈照射光

測量光敏電阻的暗電敏傳感器，觀察記

阻；錄其阻值變化隨照

3、歸納舉例。度變化的情況；

3、交流、討論、歸

納傳感器的特性

儀器1、介紹傳感器功能演1、在演示儀上接插按“黑

演示示儀器的使用；不同的傳感器，觀箱”理論

2、介紹“黑箱”理論。察現(xiàn)象；設(shè)計的

3、組織學(xué)生演示說明2、領(lǐng)悟“黑箱”理路

結(jié)論。論；

3、分析試驗現(xiàn)象，

歸納

總結(jié)1、總結(jié)幾種傳感器的畫出電阻值隨環(huán)境培養(yǎng)學(xué)

整理特性和檢測方法；物理量變化的規(guī)律生技術(shù)

2、介紹檢測傳感器的曲線，核對檢測報學(xué)習的

特性和檢測方法告并歸納整理良好

1、溫度傳感器檢測實驗:

多用電表置RX100電阻檔，兩個表筆分別接熱敏電阻的兩個

引腳,將熱敏電阻放入水杯，溫度計測得起始加熱時的水溫為25C,

此時多用電表測得熱敏電阻（型號：TTC103）的阻值是5KQ;用

電熱棒加溫，隨著水溫不斷上升，熱敏電阻隨之下降（負溫度系

數(shù)），當水溫達到100C°時，熱敏電阻的阻值是500Q。

學(xué)生可選擇10個不同溫度作為觀測點，測出熱敏電阻的10個

不同電阻值，列出表格并畫出電阻值隨溫度變化的曲線。

2、光敏傳感器檢測實驗：

多用電表置RX100電阻檔，兩個表筆分別接光敏電阻的兩個

引腳，用調(diào)光臺燈照射光敏電阻的感光窗口；調(diào)節(jié)燈光照度為

100LUX,測得光敏電阻值為3KQ,隨著光照度不斷上升，光敏電

阻隨之下降，當光照度達到672LUX時，測得光敏電阻值約為1.1K

Qo

學(xué)生可選擇10不同光照度作為觀測點，測出光敏電阻的10個

不同電阻值，列出表格并畫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

二、知識點列表

時?子亨信號和程期信號時區(qū)

,露數(shù)字信號的特性I

自例說明數(shù)孽信號相對模擬II

駕區(qū)需％甲11

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圖1

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知

露斯成用?

CMOS

TCMOS型集成電

薩別TTL和CMOS數(shù)字集成電II

I

^WBIWCM0S型集

鬻蕭成用；用路安裝洵甲

三、重難點分析

（一）重點分析

1、基本邏輯門電路的邏輯關(guān)系、真值表和波形圖

門電路是構(gòu)成數(shù)字集成電路的基本單元，若將非常復(fù)雜的數(shù)

字電路進行細分解，可以知道都是由與門、或門、非門這三種基

本門電路構(gòu)成的。門電路的輸出數(shù)據(jù)由輸入數(shù)據(jù)決定，其邏輯關(guān)

系函數(shù)表達式表達了門電路的輸出與輸入之間的關(guān)系，是分析和

設(shè)計數(shù)字電路的基礎(chǔ)。

真值表以表格形式反映了輸入信號所有變化可能性對應(yīng)輸出

信號的關(guān)系，是邏輯關(guān)系函數(shù)表達式的表格化形式，真值表是理

解數(shù)字電路工作狀態(tài)的重要依據(jù)。

波形圖反映了門電路的輸入、輸出信號電平隨時間變化的情

況，也是由邏輯關(guān)系函數(shù)表達式?jīng)Q定的。

邏輯關(guān)系函數(shù)表達式、真值表和波形圖以三種不同形式來表

達數(shù)字電路的工作狀態(tài)，其本質(zhì)都是一樣的。

2、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兩種類型，例如集成與、或、非

門也有TTL與CMOS兩種類型,TTL主要由NPN型晶體管構(gòu)成,CMOS

主要由場效應(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，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。

比較項目TTL門電路CMOS門電路

邏輯0電平（輸0.3~0.4V0-0.4V

出時）

邏輯0電平（輸0.3~0.8V0?L5V

入時）

邏輯1電平（輸2.4?3.6V3.5~丫*電源

出時）電壓）

邏輯1電平（輸2?3.6V3.5?Vd（電源

入時）電壓）

邏輯擺幅小大

輸入阻抗低（約幾K。）高（IO'。以

±）

工作電壓5V3?18V

平均傳輸延遲時快（約十幾ns）慢（約幾十

間ns）

功耗大（約十幾mW）低（約幾個

uW）

閾值電壓約1.5V約2.5V（電源

電壓為5V時）

扇出系數(shù)8約50

集成度低高

抗輻射能力弱強

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，不影響對電路的邏輯分析。

3、用數(shù)字集成電路安裝簡單的實用電路

用數(shù)字集成電路構(gòu)成簡單實用電路，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)生通過電路安裝，可以認識和

熟悉電子元器件，初步掌握焊接、安裝技巧，體驗成功的快樂，

培養(yǎng)對電子技術(shù)的興趣。在教學(xué)時可選用與、或、非、與非、或

非等集成門構(gòu)成多諧振蕩電路，利用多諧振蕩器搭接電子門鈴、

報警器等簡單、有趣電路，有興趣的學(xué)生除了學(xué)會安裝多諧振蕩

器外，還可了解多諧振蕩器頻率的計算方法，以便調(diào)節(jié)頻率、改

變音調(diào)。

（二）難點分析

1、什么是數(shù)字信號？

模擬信號是直接反映外界物理信息變化規(guī)律的電信號，日常

生活中有大量的事例，學(xué)生好理解；而數(shù)字信號是對模擬信號的

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、準確地解釋什么是數(shù)字信號，學(xué)生往

往難以理解；所以準確理解數(shù)字信號是教學(xué)中的一個難點。

2、數(shù)字電路簡單的組合設(shè)計和制作試驗

學(xué)生通過數(shù)字電路簡單的組合設(shè)計，要學(xué)會優(yōu)化設(shè)計方案，

選擇、識別電子元器件，焊接、安裝電路、學(xué)會寫試驗報告，初

步體驗電子技術(shù)試驗的一般過程。數(shù)字電路的組合設(shè)計要建立在

簡單數(shù)字集成電路安裝的基礎(chǔ)之上，是對簡單數(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

教師在講解數(shù)字信號時，建議按以下內(nèi)容順序講解數(shù)字信號

的來龍去脈，使學(xué)生能較全面的了解數(shù)字信號、較準確地理解數(shù)

字信號的特性：

(1)模擬信號：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，這樣的電信號就是模擬信號，它在數(shù)值

和時間上是連續(xù)變化的，其變化規(guī)律反映了相應(yīng)物理信息的強度

和變化規(guī)律。

(2)模擬信號的主要缺點：

①噪聲容易疊加在模擬信號上，引起信號失真；

②不便計算機處理。

(3)十進制數(shù)與成二進制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換：

如：

9=(1001)2,7=(0111)2,5=(0101)2,3=(0011)

結(jié)處

2寸寸o

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

號。

(4)模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號的過程(示意)如下：

①例如聲音信號經(jīng)聲敏傳感器(話筒)轉(zhuǎn)換成電壓Ua信號波形

如圖9.3(a)所示：

②根據(jù)采樣定理，由采樣電路對模擬信號進行采樣，輸出采

樣電壓信號波形如圖9.3(b)所示，采樣信號是離散的模擬信號，

只要采樣頻率足夠高，采樣信號能正確無誤地表示模擬信號；

③A/D轉(zhuǎn)換器將采樣后的模擬信號經(jīng)量化、編碼后轉(zhuǎn)換成數(shù)

字信號，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對模擬信號采樣、編碼示意圖

(5)數(shù)字信號的特點：

數(shù)字信號是用0和1對采樣后的離散的模擬信號進行編碼、

僅是由0與1兩種數(shù)據(jù)組成的信號，相對模擬信號有顯著的優(yōu)點：

①數(shù)字信號容易克服失真問題：在傳輸、放大處理過程中失

真的數(shù)字信號，經(jīng)限幅、整形處理后，即可復(fù)原；

②數(shù)字信號抗噪聲干擾能力強：可采用多種算法對數(shù)字信號

進行檢錯糾錯；

③數(shù)字信號便于計算機和大規(guī)模數(shù)字集成電路存儲、處理。

④經(jīng)數(shù)字電路處理后的數(shù)字信號，根據(jù)需要，可用D/A轉(zhuǎn)換

器轉(zhuǎn)換成模擬信號。

2、數(shù)字電路試驗電源的制作：

一般數(shù)字集成電路使用電源電壓為5V,使用L5V電池疊加

很不方便；建議用7805集成穩(wěn)壓器自己安裝簡單的5V電源供試

驗室使用。

5優(yōu)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、過熱保護和過壓保護，采用

低噪聲、溫度漂移小的基準穩(wěn)壓電源，工作穩(wěn)定可靠。

1-------------2

I一一IC78-------

圖9.45V電源電路11+

/Cl3C2

變壓器可選用8W以上電油22。財，一。?.叫二要雙+5：線圈的直

流電阻，線圈電阻大的為初級線圈接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。

3、數(shù)字集成門電路試驗

通過判斷邏輯門的試驗，可以加深學(xué)生對真值表和邏輯函數(shù)

關(guān)系表達的感性認識。

例1：

試驗判斷邏輯門

一、教師先將學(xué)生分組（4?6個為一組），分發(fā)給各組一套

電子零配件如：2支電錯鐵、焊錫絲、2個蜂巢板、尖嘴鉗、銀子、

小刀、數(shù)字集成電路74LS08和74LS32芯片、4個按鈕、4個10K

Q電阻、200。和100Q電阻、2個發(fā)光二極管、2個14腳集成電

路插座、5V電源一個、多用電表一塊等等。

老師在黑板上畫出兩個電路圖，如圖9.5和圖9.6所示；

圖9.5與門試驗電路圖9.6或門試驗電路

1、教師讓學(xué)生對照電路圖，認識元器件，注意集成電路的型

號和引腳的排列順序，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，如元件管腳去氧化處理鍍錫，

為避免焊接時損壞芯片，對于集成電路最好加上插座，先將插座

焊接在蜂巢板上，使用時再插上芯片等；

3、【老師】：同學(xué)們，這節(jié)課的目的是通過試驗判斷門電路的

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

電路，老師先不告訴你們它們是什么門電路，只告訴大家，④腳

和⑤腳是門電路的兩個輸入端、⑥腳是輸出端接發(fā)光二極管Vo

請同學(xué)們先畫出兩個電路發(fā)光二極管亮滅與按鈕A、B通斷的表

格，并約定按鈕斷開為1,閉合為0,發(fā)光二極管V亮為1、不亮

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，進行試驗：

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，同時測量芯片第⑥腳的電壓值，并將試驗結(jié)果填入表格中；

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

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

(2)判斷數(shù)字集成電路的功能；

(3)根據(jù)V⑥的電壓值，判斷數(shù)字集成電路的類型(是TTL

還是CMOS)o

三、老師進行總結(jié)：

(1)74LS08是四2輸入與門芯片(內(nèi)部集成了四個與門，

每個與門有2個輸入端)，74LS32是四2輸入或門；

(2)TTL集成電路特性：。邏輯時的電平約為0.1V,1邏輯

時的電平約為3.6V

(如果是CMOS集成電路，0邏輯時的電平約為0V,1邏輯時的電

平接近電源電壓約為5V)o

(3)R3的作用：是發(fā)光二極管的限流電阻，因為發(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)光二極管會燒毀。

四、學(xué)生完成試驗報告：

報告應(yīng)包括：試驗?zāi)康?、試驗器材、試驗電路、試驗結(jié)果、

結(jié)果分析等五個方面主要內(nèi)容。

4、用數(shù)字集成電路安裝簡單的實用電路

產(chǎn)生脈沖信號是數(shù)字集成電路的典型應(yīng)用之一，脈沖信號既可

作為數(shù)字系統(tǒng)的時鐘脈沖，也可構(gòu)成有趣的聲響電路。在教學(xué)時

可選用集成門電路構(gòu)成多諧振蕩電路，利用多諧振蕩器搭接電子

門鈴等簡單、有趣電路，有興趣的學(xué)生除了學(xué)會安裝多諧振蕩器

外，還可了解多諧振蕩器頻率的計算方法，以便調(diào)節(jié)頻率、改變

門鈴聲音。

多諧振蕩器是一種自激振蕩器，通電后能自動產(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)計方案，以便試驗、比較、選擇。

例2CMOS門電路構(gòu)成非對稱式多諧振蕩器試驗

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CD4O11型CMOS四2輸入與非門，與

非門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25MQ、亮電阻W5KQ。

(2)工作原理：

天黑時，因RG25MQ,Uk="0”，振蕩器不起振，蜂鳴器B不

叫；

天亮時，因RGW5KQ,Uk="1”，如果有一點小的干擾，就會

在U1與U2之間引起自激振蕩，使電路在兩個暫穩(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：TQ

1.4R1C1(適用TTL電路)。

(3)試驗：

①可調(diào)節(jié)W的電阻值，調(diào)節(jié)叫醒信號報警時的天亮程度；

②可改變R1、C1的值，改變振蕩頻率，改變蜂鳴器的聲音。

+5V

圖9.7非對稱式多諧振蕩器天亮報警電路

例3CM0S門電路構(gòu)成對稱式多諧振蕩器試驗

圖9.8對稱式多諧振蕩器電路

對稱式多諧振蕩器電路如圖9.8所示，它由兩個與非門和一

對RC定時元件組成，其中R=R2=R,CI=C2=C,B是蜂鳴器，S

是控制端。當S接5V電源時，振蕩器振蕩；S接地時，振蕩器停

振。

接通電源后，與非門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，如果有一點小的干擾，就會引起自激振蕩，使電路在兩

個暫穩(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）。

在作試驗時，R、C可選用不同的值進行試驗，用示波器觀察輸

出波形的變化，聽蜂鳴器發(fā)出不同的聲音。

5、數(shù)字電路簡單的組合設(shè)計和制作試驗

數(shù)字電路的組合設(shè)計要建立在簡單數(shù)字集成電路安裝的基礎(chǔ)

之上，是對簡單數(shù)字集成電路的組合應(yīng)用?？蓪蓚€不同頻率的

多諧振蕩器進行組合，用較高頻信號對較低頻信號進行調(diào)制，合

成一個新的信號，并由此制作一個發(fā)出變調(diào)聲音的報警器，這就

是常見的數(shù)字電路組合設(shè)計。

例4可變調(diào)的天亮叫醒電路

將例2和例3電路進行組合設(shè)計，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組成第一級振蕩器產(chǎn)生較低頻率，

U3和U4組成第二級振蕩器產(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，這樣合成一個新的信號，就

是較高頻率信號對較低頻率信號的調(diào)制。

工作原理：

(1)天黑時，因RG25MQ,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)天亮時，因RGW5KQ,Uk=“1”，如果有一點小的干擾,

U1、U2產(chǎn)生自激振蕩：從S端輸出周期性脈沖信號：

①輸出脈沖信號高電平時：S="1”，U3、U4振蕩器起振，輸

出較高頻率信號；

②輸出脈沖信號低電平時：S=“0”，U3、U4振蕩器暫停工作，

無信號輸出。

其輸出信號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。

圖9.9可變調(diào)天亮報警電路

A

-ii刪i,

圖9.10組合電路輸出調(diào)制信號

第三節(jié)電磁繼電器

一、內(nèi)容結(jié)構(gòu)圖

二、知識點列表

學(xué)斗鮑（知指標需■字球撬鼾尸結(jié)鍛

繼電器

流、交

星海電磁繼輯覆組觸點宣渝電磁繼電

電器修建直流電磁繼電器的工

蠡直流電磁繼電器的規(guī)格II

制電電

E3選

EmJ,34一了~

舞繼理疑髓薪髓電器措我11

畢同叫史住