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1、3 实验：传感器的应用目标定位1.理解光控开关、温度报警器的工作原理.2.理解光控开关、温度报警器的灵敏度调节原理.3.会用传感器制作简单的自动控制设备.一、光控开关电路分析1.工作原理(如图1所示).图12.斯密特触发器实质是一个具有特殊功能的非门，当A端电势高于1.6 V时，Y端会输出0.25 V的低电势，当A端电势低于0.8 V时，Y端会输出3.4 V的高电势.3.电路分析(1)电磁继电器的工作原理由于集成电路允许通过的电流较小，要用白炽灯泡模仿路灯，就要使用继电器来启闭另外的供电电路.如图2所示，图中虚线框内即为电磁继电器J，D为动触点，E为静触点.当线圈A中通电时，铁芯中产生磁场，吸
2、引衔铁B向下运动，从而带动动触点D向下与静触点E接触，将工作电路接通，当线圈A中电流为零时，电磁铁失去磁性，衔铁B在弹簧作用下被拉起，动触点D与静触点E分离，自动切断工作电路.图2(2)控制电路的原理天较亮时，光敏电阻RG阻值较小，斯密特触发器输入端A电势较低，则输出端Y输出高电平，线圈中无电流，工作电路不通；天较暗时，光敏电阻RG电阻增大，斯密特触发器输入端A电势升高，当升高到一定值，输出端Y由高电平突然跳到低电平，有电流通过线圈A，电磁继电器工作，接通工作电路，使路灯自动开启；天明后，RG阻值减小，斯密特触发器输入端A电势逐渐降低，降到一定值，输出端Y突然由低电平跳到高电平，则线圈A中不再
3、有电流，电磁继电器自动切断工作电路的电源，路灯熄灭.深度思考如图1甲所示，要想在天更暗时路灯才会亮，应该把R1的阻值如何调节？答案要想在天更暗时路灯才会亮，应该把R1的阻值调大些，这样要使斯密特触发器的输入端A的电压达到某个值(如1.6 V)，就需要RG的值达到更大，即天色更暗.例1如图3所示为一个逻辑电平检测电路，A与被测点相接，则()图3A.A为低电平，LED发光B.A为高电平，LED发光C.A为低电平，LED不发光D.A为高电平，LED不发光解析A为低电平时，Y为高电平，LED的电压小，不发光；A为高电平时，Y为低电平，LED的电压大，发光，故B、C正确.答案BC(1)图中“”叫斯密特触
4、发器，是一种具有特殊功能的“非”门.(2)与物理学中的电路图不同，在涉及门电路的电路图时，表示的是电路中的逻辑关系，通常不把电流的通路完整地画出来.针对训练1如图4所示的光控电路，用发光二极管LED模仿路灯，RG为光敏电阻，R1的最大电阻为51 k，R2为330 .白天，光的强度较大，光敏电阻RG的电阻值较_，加在斯密特触发器A端的电压较_，则输出端Y输出高电平，发光二极管LED_(填“导通”或“不导通”)；当天色暗到一定程度时，RG的阻值增大到一定值，斯密特触发器输入端A的电压上升到某个值(1.6 V)，输出端Y突然从高电平跳到低电平，则发光二极管LED_(填“导通”或“不导通”)，这样就达
5、到了使路灯白天熄灭，天暗自动开启的目的.图4答案小低不导通导通解析白天，光照强度较大，光敏电阻RG的电阻值较小，加在斯密特触发器A端的电压较低，则输出端Y输出高电平，发光二极管LED不导通；当天色暗到一定程度时，RG阻值增大到一定值，斯密特触发器的输入端A的电压上升到某个值(1.6 V)时，输出端Y会突然从高电平跳到低电平，则发光二极管LED导通发光(相当于路灯亮了)，这样就达到了使路灯白天熄灭，天暗自动开启的目的.二、温度报警器电路分析1.电路如图5所示.图52.工作原理常温下，调整R1的阻值使斯密特触发器的输入端A处于低电平，则输出端Y处于高电平，无电流通过蜂鸣器，蜂鸣器不发声；当温度升高
6、时，热敏电阻RT阻值减小，斯密特触发器输入端A电势升高，当达到某一值(高电平)，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，R1的阻值不同，则报警温度不同.深度思考如图5所示，要使热敏电阻在感测到更高的温度时才报警，应如何调节滑动变阻器R1?答案要使热敏电阻在感测到更高的温度时才报警，应减小R1的阻值，R1阻值越小，加在斯密特触发器输入端A端达到高电平，则热敏电阻阻值要求越小，即温度越高.例2温度报警器电路如图6所示，常温下，调整_的阻值使斯密特触发器的输入端A处于低电平，则输出端Y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RT阻值_，斯密特触发器的输入端A
7、电势_，当达到某一值(高电平)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.R1的阻值不同，则报警温度不同.图6解析常温下，调整R1的阻值使斯密特触发器的输入端A处于低电平，则输出端Y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RT阻值减小，斯密特触发器输入端A电势升高，当达到某一值(高电平)时，其输出端由高电平跳到低电平，蜂鸣器通电，从而发出警报声，R1的阻值不同，报警温度不同.答案R1减小升高针对训练2如图7所示，是一个火警报警装置的逻辑电路图.RT是一个热敏电阻，低温时电阻值很大，高温时电阻值很小，R是一个阻值较小的分压电阻.图7(1)要做到低温时电铃
8、不响，火警时产生高温，电铃响起，在图中虚线处应接入怎样的元件？(2)为什么温度高时电铃会被接通？(3)为了提高该电路的灵敏度，即报警温度调得稍低些，R的值应大一些还是小一些？答案见解析解析(1)温度较低时RT的阻值很大，R比RT小得多，因此P、X之间电压较大.要求此时电铃不响，表明输出给电铃的电压应该较小，输入与输出相反，可见虚线处元件应是“非”门.(2)高温时RT的阻值减小，P、X之间电压降低，输入低电压时，从“非”门输出的是高电压，电铃响起.(3)由前面分析可知，若R较大，由于它的分压作用，RT两端的电压降低，则外界温度不太高时，就能使P、X之间电压降到低电压输入，电铃就能发声，因此R较大
9、时，反应较灵敏.三、自动控制电路的分析与设计例3现有热敏电阻、电炉丝、电源、电磁继电器、滑动变阻器、开关和导线若干.如图8所示，试设计一个温控电路.要求温度低于某一温度时，电炉丝自动通电供热，超过某一温度时，又可以自动断电，画出电路图并说明工作过程.图8解析热敏电阻与滑动变阻器及电磁继电器构成低压控制电路.答案电路图如图所示.工作过程：闭合开关S，当温度低于设计值时，热敏电阻的阻值较大，通过电磁继电器的电流不能使它工作，K接通使电炉丝加热，当温度达到设计值时，热敏电阻的阻值减小到某一值，通过电磁继电器的电流达到工作电流，K断开，电炉丝断电，停止供热.当温度低于设计值时，又重复上述过程.设计自动
10、控制电路时，一般按照以下的思路进行：(1)根据题目给出的仪器和要求画出控制电路和工作电路控制电路由电源、开关、光敏电阻(或热敏电阻等其他敏感元件)、电磁继电器和导线等组成；工作电路由电源、用电器(灯泡、电热丝或其他用电器)、导线等组成.这两个电路相互独立，又通过电磁继电器相关联，电磁继电器实际上是工作电路的开关.(2)分析自控电路的合理性电路设计完成后，要对它的合理性进行分析，用光照射光敏电阻或对热敏电阻加热，检查工作电路的接通和断开是否符合实际要求.例如，自控路灯电路的设计要求是白天切断工作电路，使路灯熄灭，晚上接通工作电路，使路灯发光.1.(温度报警器电路分析)(多选)如图9是温度报警器的
11、电路示意图，下面对此电路的分析正确的是()图9A.当RT的温度升高时，其阻值减小，A端电势降低，Y端电势升高，蜂鸣器会发出报警声B.当RT的温度升高时，其阻值减小，A端电势升高，Y端电势降低，蜂鸣器会发出报警声C.当增大R1时，A端电势升高，Y端电势降低，蜂鸣器会发出报警声D.当增大R1时，A端电势降低，Y端电势升高，蜂鸣器会发出报警声答案BC2.(自动控制电路的分析与设计)如图10所示，某小型电磁继电器，其中L为含铁芯的线圈.P为可绕O点转动的铁片，K为弹簧，S为一对触头，A、B、C、D为四个接线柱.电磁继电器与传感器配合，可完成自动控制的要求，其工作方式是()图10A.A与B接信号电压，C
12、与D跟被控电路串联B.A与B接信号电压，C与D跟被控电路并联C.C与D接信号电压，A与B跟被控电路串联D.C与D接信号电压，A与B跟被控电路并联答案A解析A、B接电磁继电器的线圈，所以A、B应接信号电压，线圈电流随信号电压变化使电磁继电器相吸或释放，从而使C、D接通或断开，进而起到控制作用，故正确答案为A.3.(自动控制电路的分析与设计)如图11所示是自动水位报警的示意图，其中继电器的线圈通过电流时，磁铁吸引衔铁1，使它与触头3断开，与触头2接触.若要求水位正常时绿灯亮，高出一定水位时红灯亮，现有红、绿灯泡各一个，红灯泡应安在_位置，绿灯泡应安在_位置(填“A”或“B”).图11答案BA解析水
13、位正常时，线圈中没有电流，衔铁1与触头3接触，这时应绿灯亮，所以绿灯泡应安在A位置，当高出一定水位时，线圈中有电流，磁铁吸引衔铁1，使它与触头3断开，与触头2接触，这时应红灯亮，所以红灯泡应安在B位置.4.(光控开关电路分析与设计)光敏电阻在各种自动化装置中有很多应用，其中就可用于街道路灯的自动控制开关，如图12所示为模拟电路，其中A为光敏电阻，B为电磁继电器，C为照明电路，D为路灯，请连成正确的电路，达到日出灯熄、日落灯亮的效果.图12答案见解析图解析电路连接如图所示.当天亮时，光线照射光敏电阻A，其阻值迅速减小，控制回路电流增大，电磁继电器B工作，吸下衔铁使触点断开，路灯熄灭.当夜晚降临，
14、光线变暗，光敏电阻A的阻值增大，控制回路电流减小，弹簧将衔铁拉起，触点接通，路灯点亮.题组一光控开关电路分析1.逻辑电路在电子线路中有着重要的应用.某同学利用“非”门电路设计了一个路灯自动控制门电路.天黑了，让路灯自动接通；天亮了，让路灯自动熄灭.图1中RG是一个光敏电阻，当有光线照射时，光敏电阻的阻值会明显减小.R是可调电阻，起分压作用.“非”门电路能将输入的高压信号转变为低压信号，或将低压信号转变为高压信号，J为路灯总开关控制电路，它在获得高电压时才启动(图中未画出路灯电路).图1(1)当天黑时，RG的阻值变_，“非”门电路获得_电压，J得到_电压.(填“大”、“小”或“高”、“低”)(2
15、)如果路灯开关自动接通时天色还比较亮，现要调节自动控制装置，使得它在天色较暗时才会自动接通开关，应将R的阻值调_(填“大”或“小”)一些.答案(1)大低高(2)大解析(1)天黑时，光线减弱，光敏电阻RG的阻值变大，A端输入低电压，Y端输出高电压，J得到高电压，开始控制路灯工作.(2)如果路灯开关自动接通时天色还比较亮，应将R的阻值调大，使A端输入电压较高，当天色较暗时，RG的电阻变大，A端的电压降低，Y端的电压升高，J得到高电压，开始控制路灯工作.2.把蜂鸣器、光敏电阻、干簧管继电器、开关、电源按如图2甲所示电路连接，制成光电报警装置.当报警器有光照射时，蜂鸣器发声，当没有光照或者光照很弱时，蜂鸣器不发声.光敏电阻：光敏电阻受光照射后，阻值会变小.干簧管继电器：由干簧管和绕在干簧管外的线圈组成，如图乙所示，当线圈中有一定的电流时，线圈产生的磁场使密封在干簧管内的两个铁质簧片磁化，两个簧片在磁力作用下由原来的分离状态变成闭合状态.当线圈中没有电流或者电流很微弱时，磁场消失，簧片在弹力的作用下回
