电子控制系统的组成和工作过程一、教学分析1．教材分析本课是第一章第二节“电子控制系统的组成和工作过程”。
从对比分析两种路灯控制系统的基本组成入手，再通过搭接一个路灯自动控制的电子模型，来学习电子控制系统的基本组成和工作过程，从而为学生学习后面各章提供了一把钥匙。
2．学情分析学生在通用技术必修2的学习中，已学过关于控制系统的一些概念，例如输入、控制、输出，以及功能模拟方法的含义，但对电子控制系统内部电子元件，例如发光二极管、光敏电阻、三极管等的工作原理不太了解，教师可用通俗的语言补充解释其作用，以利于学生的学习。
二、教学目标1．知识与技能目标（1）知道电子控制系统的基本组成。
（2）能用方框图分析生活中常见电子控制系统的工作过程。
2．过程与方法目标（1）通过对两种路灯控制系统方框图的对照，知道电子控制系统的基本组成。
（2）通过搭接一个路灯自动控制的电子模型，加深对电子控制系统组成的理解。
3．情感态度和价值观目标（1）激发学生动手尝试的兴趣和热爱技术的情感。
（2）提高学生比较及分析电子控制系统的能力。
三、教学重难点1．重点（1）电子控制系统的基本组成。
（2）能用方框图分析生活中常见电子控制系统的工作过程。
2．难点电子控制系统内部常见电子元件的工作原理。
四、教学策略本节课程以多媒体技术为辅助教学手段，通过观察、基本知识讲授、小组探究、分析表达、技术试验、能力展示等教学方法和策略，在教师指导下，通过学生自主探究建构知识和技能。
五、教学准备通用技术专用教室、多媒体、课件、路灯自动控制模型。
六、课时安排共1课时七、教学过程（一）新课导入教师展示：路灯自动控制模型板书：第一章电子控制系统概述第二节电子控制系统的组成和工作过程（二）新课呈现师：过去的路灯需要人工控制，现在利用电子控制技术实现了自动化控制，正如我们刚才看到的路灯自动控制模型，那么，这两者在组成上有什么异同呢？学生讨论教师总结路灯的人工控制系统：路灯的电子控制系统：师：从上图的对应关系中可以看出：两个系统都是先进行信息的收集，然后经过对信息的分析、判断、发出命令，再执行命令，闭合或者切断电路，从而达到控制目的。
两个系统虽然结构的组成各不相同，但是各部分完成的功能十分相似。
板书：电子控制系统的基本组成电子控制系统一般可分为输入、控制（处理）和输出三个基本的组成部分。
用方框图表示如下：讨论：电子控制系统各部分的组成及工作过程。
输入部分：通常由各种传感器组成，输入信息可以有多少形式，可以是作用力，也可以是温度、湿度、磁场、光照强度等环境参数的变化，用传感器把采集的非电量变化转变为电量的变化（传感器的工作原理在本书第二章有详细介绍）。
输入部分相当于人的感官，它能将采集的非电量变化转变为电量的变化。
例如，手按动按钮开关，输入部分就把机械开关的通或断的非电量变化转变为电信号（电压或电流）的有或无的电量变化。
控制（处理）部分：一般由具有各种控制功能的电子电路（或微处理器）组成。
它的作用相当于人的大脑，它能对送入的电信号进行比较、分析和处理，并发出指令。
输出部分：由电磁继电器、晶闸管等多种执行机构组成。
输出信号可以是位移，如电磁继电器中衔铁运动、电动机的转动等，也可以是声音、光等，如扬声器中发出的音乐声。
师：通过讨论与分析，我们可以将基本的电子控制系统的工作过程用下图来表示：电子控制系统的工作过程[马上行动] 分析下列电子控制系统的基本组成部分，并说出它们的简要工作过程（P9）。
电子控制系统名称 输入部分 控制（处理）部分输出部分 智能化的红绿灯电子控制系统环形感应器电子电路红绿灯全自动洗衣机进水控制系统水位传感器 电子电路 电磁开关[马上行动] 电子计算机的组成（P10）。
在电子计算机家庭中，无论是大型的还是家用的，都可以看作是由输入、控制（处理）和输出三个最基本的部分组成的。
输入：键盘、鼠标、话筒、摄像头、手写板、扫描仪等； 控制（处理）：主机；输出：显示器、扬声器、打印机等。
[小组试验] 利用电子积木搭接一个光控路灯的模型，在电路试验板上按照下图所示电路搭接一个光控路灯的模型。
使装置能达到下列要求：模拟夜晚，用黑纸罩住光敏电阻R ，外界光线照射不到光敏电阻时，R 的阻值变得很大，三极管导通，代表路灯的发光二极管就会自动点亮。
模拟白天，当拿去遮光的黑纸，让强光照射光敏电阻R 时，R 的阻值变得很小，三极管截止，发光二极管就熄灭。
[讨论] 画出路灯自动控制模型的方框图。
电子控制系统的基本组成部分输入采集信息并转化为电信号控制（处理）分析、比较和处理电信号并发出命令输出执行命令被控对象信息参考答案如下：输入：光敏传感器；控制（处理）：晶体三极管组成的电子电路；输出：发光二极管。
[扩展阅读1] 光敏传感器：光敏传感器是最常见的传感器之一，它的种类繁多，主要有：光电管、光电倍增管、光敏电阻、光敏三极管、太阳能电池、红外线传感器、紫外线传感器、光纤式光电传感器、色彩传感器、CCD和CMOS 图像传感器等。
它的敏感波长在可见光波长附近，包括红外线波长和紫外线波长。
光传感器不只局限于对光的探测，它还可以作为探测元件组成其他传感器，对许多非电量进行检测，只要将这些非电量转换为光信号的变化即可。
光传感器是目前产量最多、应用最广的传感器之一，它在自动控制和非电量电测技术中占有非常重要的地位。
最简单的光敏传感器是光敏电阻，当光子冲击接合处就会产生电流。
[扩展阅读2] 晶体三极管：三极管内部为由P型半导体和N型半导体组成的三层结构，根据分层次序分为NPN型和PNP型两大类。
NPN（一般为硅管）和PNP （一般为锗管）上述三层结构即为三极管的三个区, 中间比较薄的一层为基区，另外两层同为N型或P型，其中尺寸相对较小、多数载流子浓度相对较高的一层为发射区，另一层则为集电区。
晶体三极管（以下简称三极管）按材料分有两种：锗管和硅管。
而每一种又有NPN和P NP两种结构形式，但使用最多的是硅NPN和锗PNP两种三极管，如下图：两者除了电源极性不同外，其工作原理都是相同的。
下面仅介绍NPN硅管的电流放大原理。
对于NPN管，它是由2块N型半导体中间夹着一块P型半导体所组成，发射区与基区之间形成的PN 结称为发射结，而集电区与基区形成的PN结称为集电结,三条引线分别称为发射极e、基极b和集电极c。
当b点电位高于e点电位零点几伏时，发射结处于正偏状态，而C点电位高于b点电位几伏时，集电结处于反偏状态，集电极电源Ec要高于基极电源Ebo。
在制造三极管时，有意识地使发射区的多数载流子浓度大于基区的，同时基区做得很薄，而且，要严格控制杂质含量，这样，一旦接通电源后，由于发射结正偏，发射区的多数载流子（电子）极基区的多数载流子（空穴）很容易地越过发射结互相向对方扩散，但因前者的浓度基大于后者，所以通过发射结的电流基本上是电子流，这股电子流称为发射极电流了。
由于基区很薄,加上集电结的反偏，注入基区的电子大部分越过集电结进入集电区而形成集电集电流Ic，只剩下很少（1%～10%）的电子在基区的空穴进行复合，被复合掉的基区空穴由基极电源Eb重新补给，从而形成了基极电流Ibo.根据电流连续性原理，得到：Ie=Ib+Ic这就是说，在基极补充一个很小的Ib，就可以在集电极上得到一个较大的Ic，这就是所谓电流放大作用，Ic与Ib是维持一定的比例关系，即：β1=Ic/Ib式中：β1称为直流放大倍数，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。
三极管是一种电流放大器件，但在实际使用中常常利用三极管的电流放大作用，通过电阻转变为电压放大作用。
三极管放大时管子内部的工作原理：1．发射区向基区发射电子电源Ub经过电阻Rb加在发射结上，发射结正偏，发射区的多数载流子(自由电子）不断地越过发射结进入基区，形成发射极电流Ie。
同时基区多数载流子也向发射区扩散，但由于多数载流子浓度远低于发射区载流子浓度，可以不考虑这个电流，因此可以认为发射结主要是电子流。
2．基区中电子的扩散与复合电子进入基区后，先在靠近发射结的附近密集，渐渐形成电子浓度差，在浓度差的作用下，促使电子流在基区中向集电结扩散，被集电结电场拉入集电区形成集电极电流Ic。
也有很小一部分电子（因为基区很薄）与基区的空穴复合，扩散的电子流与复合电子流之比例决定了三极管的放大能力。
3．集电区收集电子由于集电结外加反向电压很大，这个反向电压产生的电场力将阻止集电区电子向基区扩散，同时将扩散到集电结附近的电子拉入集电区从而形成集电极主电流Icn。
另外集电区的少数载流子（空穴）也会产生漂移运动，流向基区形成反向饱和电流，用Icbo来表示，其数值很小，但对温度却异常敏感。
[扩展阅读3] 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。
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。
[教师总结] 分析路灯自动控制模型中的各部分组成及工作过程。
（三）能力展示[思考] 分析音乐喷泉的工作过程，并画出音乐喷泉的电子控制系统的方框图。
（四）课堂小结本节我们从对比分析两种路灯控制系统的基本组成入手，再通过搭接一个路灯自动控制的电子模型，同学们要知道电子控制系统的基本组成，并能用方框图分析生活中常见的电子控制系统的工作过程。
（五）课后思考电子控制系统内部常见电子元件的工作原理，对于学生是弱项，教师在本节要加以引导，以利于学生对电子控制系统内部工作过程的理解。
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