Слайд 1Электронные системы. Логические операции (ворота)
Учитель физики
НИШ ФМН г ШЫМКЕНТ
Ахметова Г.К.
Слайд 2Цели урока
- знать и применять условные обозначения элементов электрической цепи;
- графически
изображать схемы электрического тока, содержащие источники питания (аккумуляторы или батареи), выключатели, лампы, резисторы (постоянные и переменные), предохранители, звонки, амперметры и вольтметры, колокольчики, свето-зависимые резисторы, термисторы и светоизлучающие диоды
Знать различие между аналоговыми и цифровыми системами, и иметь представление о логических командах NOT, AND, NAND, OR и NOR;
Слайд 3Все электронные системы состоят из трех основных частей:
Входное устройство преобразует свет,
звук, тепло или движение в электрическую энергию.
В процессе происходит изменение электрического сигнала.
Выходное устройство преобразует электрическую энергию в энергию света, звука, тепла или движения.
Электронные системы
Слайд 4Аналоговые и цифровые преобразователи
Существуют два основных типа электронного устройства:
Аналоговые устройство может
принимать любое значение в непрерывном диапазоне. Например: речь - аналоговый сигнал.
Цифровой прибор может принимать одно из двух значений, включен или выключен. (Это также может быть записано в виде 0 или 1, высокое или низкое напряжение). Компакт-диск использует цифровой сигнал.
Слайд 5Устройства вывода
Эти устройства преобразуют электрическую энергию в свет, звук, тепло или
движение.
Громкоговоритель
Символ:
Это аналоговое устройство преобразующее
электрическую энергию в звук
Мотор
Символ: Это аналоговое устройство и преобразующее
электрическую энергию в движение.
Слайд 6соленоид
Символ: Это цифровое устройство и изменяет
электрическую энергию в движение. Он может быть
использован в качестве электронного затвора.
лампа
Символ:
Это аналоговое устройство и изменяет
электрическую энергию в свет.
Слайд 7Реле
Symbol:
Это цифровое устройство и изменяет
электрическую энергию в движение, электрическое или электронное устройство (ключ), предназначенное для замыкания или размыкания электрической цепи при заданных изменениях электрических или неэлектрических входных воздействий. Работа электромагнитных реле основана на использовании электромагнитных сил, возникающих в металлическом сердечнике при прохождении тока по виткам его катушки. В исходном положении якорь удерживается пружиной. При подаче управляющего сигнала электромагнит притягивает якорь, преодолевая её усилие, и замыкает и/или размыкает контакты в зависимости от конструкции реле. После отключения управляющего напряжения пружина возвращает якорь в исходное положение.
Слайд 8Светодиод
Символ: Это цифровое
устройство преобразующее
электрическую энергию в свет.
Он загорается, только если правильно подключен в цепи. Для этого стрелка должна указывать в сторону отрицательной клеммы аккумулятора.
Схема ниже показывает светодиод, подключенный правильно:
Резистор всегда соединяется последовательно со светодиодом, чтобы ограничить ток и напряжение проходящее через него.
Слайд 9Следующий пример показывает, как рассчитать необходимое сопротивление резистора
Светодиод используется в схеме
с подачей 5V. Рассчитайте требуемое значение сопротивления, если максимальное напряжение светодиода является 2В и ток 10 мА.
VR = VS – VLED = 5 – 2 = 3V
R = V / I = 3 / 0.010 = 300Ом
Слайд 10Устройства ввода
Эти устройства преобразуют свет, звук, тепло или движение в электрическую
энергию.
Микрофон
Символ: Это устройство преобразует звуковую энергию в
электрическую энергию и является аналоговым
устройством.
Термопара
Символ: Это устройство преобразует тепловую энергию в
электрическую энергию и является аналоговым
устройством.
Слайд 11Термистор(терморезистор)
Символ: Это устройство преобразует тепловую энергию в
электрическую энергию и является аналоговым
устройством.
Когда температура увеличивается, сопротивление
термистора уменьшается.
фоторезистор
Символ: Это устройство преобразует световую энергию в
электрическую энергию и является аналоговым устройством.
Когда увеличивается уровень освещенности,
сопротивление фоторезистора уменьшается.
Слайд 12Конденсатор
Конденсатор
Символ: Это устройство ввода, которое накапливает
и хранит
электрическую энергию.
Когда конденсатор заряжается , напряжение на его
обкладках возрастает со временем
Время, необходимое для конденсатора для зарядки зависит от размера конденсатора и сопротивления последовательного резистора. Чем больше емкость / сопротивление, тем больше времени требуется, чтобы зарядить.
Слайд 13Потенциометр ( реостат)
Это устройство представляет собой переменный резистор, который может быть
использован для управления выходного напряжения.
Он имеет символ
Он состоит из длинного провода с фиксированным
сопротивлением. Когда ползунок С двигается от А до В
увеличивается сопротивление АС , пока ВС уменьшается.
Это позволяет выходному напряжению, оставаться
между 0 В и напряжением питания.
В любой момент .
Слайд 14Делитель напряжения
Вместо того, чтобы с помощью потенциометра разделить входное напряжение, мы
можем использовать два фиксированных резистора. Это обеспечивает фиксированное выходное напряжение любого значения Поскольку в последовательной цепи ток является одинаковым во всех точках, взаимосвязь между напряжением и сопротивлением может быть записана в виде
VS / RT = V1 / V2 = R1 / R2
Слайд 15Температурный сенсор
Термистор можно использовать как делитель напряжения.
Потому что выходное напряжение
изменяется автоматически при изменении температуры.
Сопротивление термистора уменьшается с ростом температуры.
VO будет уменьшаться.
Сопротивление термистора уменьшается с ростом температуры.
VO будет увеличиваться.
Слайд 16Световой сенсор
LDR тоже можно использовать как делитель напряжения. Т.к. напряжение на
выходе автоматически меняется при изменении уровня освещенности.
Сопротивление фоторезистора снижается при увеличении уровня света.
VO будет увеличиваться.
Слайд 17Переключатель
Коммутатор (ключ) может быть использован для подачи выходного сигнала, который
является высоким или низким, когда переключатель замкнут.
S открыт: ток не течет через резистор, так что нет напряжения на нем.
Vo равен 5V.
S закрыт: ток течет через резистор, так что есть напряжение на нем.
Vo равен 0 В.
Слайд 18S открыт: ток не течет через резистор, так что нет напряжения
на нем.
Vo =0 В.
S закрыт: ток течет через резистор, так что есть напряжение на нем.
Vo =5V.
Слайд 19Транзистор
Транзистор представляет собой электронный компонент, который может быть использован в
качестве переключателя. Он имеет три терминала, которые называются базой, коллектором и эмиттером, и его символ показан ниже.
Когда напряжение достаточно высоко, будет наблюдаться поток электронов с эмиттера на коллектор с помощью базы. Если напряжение слишком низкое, транзистор не будет проводить. Требуемое напряжение для переключения транзистора это 0,7 В
Слайд 20Транзисторный переключатель
Когда контакт перемещается из X в Y напряжение потенциометра возрастает.
Когда он достигает 0.7В транзистор начинает проводить ток в светодиод .
Транзистор действует как электронный переключатель.
Слайд 21Светоуправляемый переключатель
Если уровень освещенности уменьшается, то сопротивление LDR увеличивается.
Vo увеличится.
Когда напряжение базы становится больше, чем 0.7V, транзистор проводит ток к светодиоду
Слайд 22Темплоуправляемый коммутатор
Поскольку температура увеличивается, сопротивление термистора уменьшается.
Vo будет увеличиваться, до тех
пор пока не станет больше, чем 0,7 В. Тогда транзистор будет проводить ток и светодиод будет гореть.
Слайд 23Коммутатор временной задержки
При отключении выключателя, конденсатор разряжается.
Vo будет 0В, транзистор не
будет проводить ток, и светодиод не загорится.
Включение переключателя, вызывает зарядку конденсатора.
Vo будет увеличиваться, до тех пор пока не станет больше, чем 0,7 В, тогда транзистор будет проводить ток и светодиод будет гореть.
Чем больше значения R и С конденсатора тем больше временная задержка перед включением светодиода.
Слайд 24Усилители
Усилитель представляет собой устройство аналогового процесса, который используется для увеличения
мощности электрического сигнала. Усилитель хорошего качества будет увеличивать амплитуду входного сигнала без изменения его частоты.
Прирост усилителя говорит о том, во сколько раз больше выходной сигнал по сравнению с входным. Это просто число, а не устройство.
Мы можем рассчитать коэффициент усиления усилителя в двух направлениях: усиление напряжения и усиление мощности
Слайд 25Логические операции ( ворота)
Логические ворота – это электронные компоненты, собранные в цепь,
которая имеет один или более входов и всегда один выход. Для любых логических ворот любой вход или выход может принимать одно из двух значений (обычно низкое или высокое напряжение), которое обозначается как 0 и 1.
Есть три типа логических ворот:
NOT-ворота (НЕТ)
Символ:
Если входное напряжение высокое (1) выходное напряжение низкое (0), т.е. не высоко, и наоборот.
Таблица истинности для нет
Слайд 26OR-ворота (ИЛИ)
Символ:
Таблица истинности для OR (или) ворот является
Слайд 27AND-ворота (И)
Символ :
Таблица истинности для AND (И) ворот является
Слайд 28Use a textbook or other resource to fill in the table
below:
Слайд 29Use a textbook or other resource to fill in the table
below:
Слайд 30NOT
0
1
1
0
NOT gate inverts the input signal
Слайд 31OR
0
1
1
1
Output is 1 if either of the inputs is 1, or
if both inputs are 1.
Слайд 32AND
0
0
0
1
Output is 1 only if both of the inputs is 1.
Слайд 33NAND
1
1
1
0
Output is opposite of AND gate.
Слайд 34NOR
1
0
0
0
Output is opposite of OR gate.
Слайд 35Name this circuit symbol.
NAND
NOR
NOT
OR
Слайд 36Name this circuit symbol.
NAND
NOR
NOT
OR
Слайд 37Name this circuit symbol.
AND
NAND
NOT
OR
Слайд 38Name this circuit symbol.
OR
NAND
NOT
NOR
Слайд 39Name this circuit symbol.
AND
NAND
NOT
OR
Слайд 44Использованная литература
IGSCE Teacher’s Guide
CIE papers