第4節(jié)　自制簡單的控制電路　

第4節(jié)自制簡單的控制電路實驗(一)光控LED燈

實驗?zāi)康?．了解光控LED燈的工作原理。2．學(xué)會用“實驗板”進行組裝調(diào)試。

實驗原理1．實驗原理框圖2．實驗電路圖3．工作原理有光照的情況下，光敏電阻的阻值只有幾歐到幾十歐，Q1的基極和發(fā)射極間電壓小，不能導(dǎo)通，Q2的基極和發(fā)射極間的電壓也較小，也不能導(dǎo)通，所以LED不會發(fā)光。當(dāng)無光照時，光敏電阻的阻值會達(dá)到MΩ量級。Q1的基極與發(fā)射極的電壓大，導(dǎo)通，Q2的發(fā)射極與基極間的電壓較大，導(dǎo)通，于是LED發(fā)光。

實驗器材電池(3V)、開關(guān)、光敏電阻、定值電阻(10kΩ)(兩只)、可調(diào)電阻(10kΩ)、NPN型三極管、PNP型三極管、電容(1μF)、發(fā)光二極管等。實驗(二)溫度報警器

實驗?zāi)康?．了解溫度報警器的工作原理。2．進一步熟悉用“實驗板”組裝電路。

實驗原理1．實驗原理框圖2．實驗電路圖3．工作原理接通電源后，先調(diào)節(jié)R1使蜂鳴器在常溫下不發(fā)聲。再利用熱水使熱敏電阻的溫度升高，到達(dá)某一溫度時，Q1的發(fā)射極和基極間的電壓足夠大，導(dǎo)通，蜂鳴器中有電流通過，會發(fā)出報警聲。

實驗器材電池(3V)、開關(guān)、定值電阻(5.1kΩ)、熱敏電阻、可調(diào)電阻、NPN型三極管、有源蜂鳴器等。[典例]把蜂鳴器、光敏電阻、干簧管繼電器開關(guān)(干簧管和繞在干簧管外的線圈組成)、電源連成電路，如甲圖所示，制成光電報警裝置，設(shè)計要求：當(dāng)有光照時，蜂鳴器發(fā)聲，當(dāng)沒有光照或者光照很弱時，蜂鳴器不發(fā)聲，電路已經(jīng)連接一部分，請將電路連接完整。實驗原理與操作[解析]電池、光敏電阻與開關(guān)及干簧管繼電器開關(guān)的外面線圈兩個接線端構(gòu)成一個回路；而另一組電池、蜂鳴器與干簧管繼電器開關(guān)里面的兩個接線端構(gòu)成另一個回路。當(dāng)有光照時，光敏電阻變小，使得干簧管繼電器開關(guān)存在磁場，導(dǎo)致開關(guān)接通，最終使得蜂鳴器發(fā)聲；若沒有光照或者光照很弱時，光敏電阻阻值變大，干簧管外的線圈產(chǎn)生的磁場較弱，干簧管開關(guān)自動斷開。連接如圖所示。[答案]見解析圖[典例]

熱敏電阻是傳感器中經(jīng)常使用的元件，某學(xué)習(xí)小組要探究一熱敏電阻的阻值隨溫度變化的規(guī)律?？晒┻x擇的器材有：待測熱敏電阻RT(實驗溫度范圍內(nèi)，阻值約幾百歐到幾千歐)；電源E(電動勢1.5V，內(nèi)阻r約為0.5Ω)；電阻箱R(阻值范圍0～9999.99Ω)；滑動變阻器R1(最大阻值20Ω)；滑動變阻器R2(最大阻值2000Ω)；微安表(量程100μA，內(nèi)阻等于2500Ω)；開關(guān)兩個，溫控裝置一套，導(dǎo)線若干。數(shù)據(jù)處理和誤差分析同學(xué)們設(shè)計了如圖甲所示的測量電路，主要實驗步驟如下：回答下列問題：①按圖示連接電路；②閉合S1、S2，調(diào)節(jié)滑動變阻器滑片P的位置，使微安表指針滿偏；③保持滑動變阻器滑片P的位置不變，斷開S2，調(diào)節(jié)電阻箱，使微安表指針半偏；④記錄此時的溫度和電阻箱的阻值。(1)為了更準(zhǔn)確地測量熱敏電阻的阻值，滑動變阻器應(yīng)選用________(填“R1”或“R2”)。(2)請用筆畫線代替導(dǎo)線，在圖乙中將實物圖(不含溫控裝置)連接成完整電路。(3)某溫度下微安表半偏時，電阻箱的讀數(shù)為6000.00Ω，該溫度下熱敏電阻的測量值為________________Ω(結(jié)果保留到個位)，該測量值________(填“大于”或“小于”)真實值。(4)多次實驗后，學(xué)習(xí)小組繪制了如圖丙所示的圖像。由圖像可知，該熱敏電阻的阻值隨溫度的升高逐漸________(填“增大”或“減小”)。[解析]

(1)用半偏法測量熱敏電阻的阻值，盡可能讓該電路的電壓在S2閉合前后保持不變，由于該支路與滑動變阻器前半部分并聯(lián)，滑動變阻器的阻值越小，S2閉合前后該并聯(lián)部分電阻變化越小，從而電路兩端的電壓變化越小，故滑動變阻器應(yīng)選R1。(2)電路連接圖如圖所示。1．(實驗原理的創(chuàng)新)如圖所示是用斯密特觸發(fā)器控制某宿舍樓道內(nèi)照明燈的示意圖，試說明其工作原理。解析：天較亮?xí)r，光敏電阻RG阻值較小，斯密特觸發(fā)器輸入端A電勢較低，則輸出端Y輸出高電平，線圈中無電流，工作電路不通。天較暗時，光敏電阻RG電阻增大，斯密特觸發(fā)器輸入端A電勢升高，當(dāng)升高到一定值，輸出端Y由高電平突然跳到低電平，有電流通過線圈F，電磁繼電器工作，接通工作電路，使照明燈自動開啟。天明后，RG阻值減小，斯密特觸發(fā)器輸入端A電勢逐漸降低，降到一定值，輸出端Y突然由低電平跳到高電平，則線圈F不再有電流，電磁繼電器自動切斷工作電路的電源，照明燈熄滅。答案：見解析創(chuàng)新考查角度和創(chuàng)新思維2．(實驗器材的創(chuàng)新)

某小組研究熱敏電阻阻值隨溫度的變化規(guī)律。根據(jù)實驗需要已選用了規(guī)格和量程合適的器材。(1)先用多用電表預(yù)判熱敏電阻阻值隨溫度的變化趨勢。選擇適當(dāng)倍率的歐姆擋，將兩表筆________，調(diào)節(jié)歐姆調(diào)零旋鈕，使指針指向右邊“0Ω”處。測量時觀察到熱敏電阻溫度越高，相同倍率下多用電表指針向右偏轉(zhuǎn)角度越大，由此可判斷熱敏電阻阻值隨溫度的升高而________。(2)再按圖連接好電路進行測量。①閉合開關(guān)S前，將滑動變阻器R1的滑片滑到________端(選填“a”或“b”)。將溫控室的溫度設(shè)置為T，電阻箱R0調(diào)為某一阻值R01。閉合開關(guān)S，調(diào)節(jié)滑動變阻器R1，使電壓表和電流表的指針偏轉(zhuǎn)到某一位置。記錄此時電壓表和電流表的示數(shù)、T和R01。斷開開關(guān)S。再將電壓表與熱敏電阻C端間的導(dǎo)線改接到D端，閉合開關(guān)S。反復(fù)調(diào)節(jié)R0和R1，使電壓表和電流表的示數(shù)與上述記錄的示數(shù)相同。記錄此時電阻箱的阻值R02。斷開開關(guān)S。②實驗中記錄的阻值R01________R02(選填“大于”“小于”或“等于”)。此時熱敏電阻阻值RT＝________。(3)改變溫控室的溫度，測量不同溫度時的熱敏電阻阻值，可以得到熱敏電阻阻值隨溫度的變化規(guī)律。解析：(1)選擇倍率適當(dāng)?shù)臍W姆擋，將兩表筆短接進行歐姆調(diào)零；歐姆表指針向右偏轉(zhuǎn)角度越大，則阻值越小，可判斷熱敏電阻的阻值隨溫度升高而減小。(2)①閉合開關(guān)S前，應(yīng)將滑動變阻器R1的阻值調(diào)到最大，即將滑片滑到b端。②因兩次電壓表和電流表的示數(shù)相同，因為R01＝R02＋RT，即RT＝R01－R02，可知R01大于R02。答案：(1)短接減小(2)①b

②大于R01－R021.

目前有些居民區(qū)內(nèi)樓道燈的控制，使用的是一種延時開關(guān)。該延時開關(guān)的簡化原理如圖所示。圖中D是紅色發(fā)光二極管(只要有很小的電流通過就能使其發(fā)出紅色亮光)，R為限流電阻，K為按鈕式開關(guān)，虛線框內(nèi)S表示延時開關(guān)電路，當(dāng)按下K接通電路瞬間，延時開關(guān)觸發(fā)，相當(dāng)于S閉合，這時釋放K后，延時開關(guān)S約在1min后斷開，電燈熄滅。根據(jù)上述信息和原理圖，我們可推斷：按鈕開關(guān)K按下前，發(fā)光二極管是________(填“發(fā)光的”或“熄滅的”)，按鈕開關(guān)K按下再釋放后，電燈L發(fā)光持續(xù)時間約________min。這一過程中發(fā)光二極管是________（填“發(fā)光的”或“熄滅的”）。限流電阻R的阻值和燈絲電阻RL相比，應(yīng)滿足R________RL（填“>”

“<”

“?”

“<<”）的條件。解析：開關(guān)K按下前，S為斷開，有電流經(jīng)過發(fā)光二極管，故發(fā)光二極管是發(fā)光的。當(dāng)按下開關(guān)K后，延時開關(guān)S閉合，二極管和R被短路，二極管不發(fā)光，由于延時開關(guān)S約1min后斷開，故電燈L能持續(xù)發(fā)光1min，由于R為限流電阻，且二極管只要有很小的電流通過就能發(fā)光，故應(yīng)滿足R?RL。答案：發(fā)光的1熄滅的?2．用壓敏電阻可制成壓力傳感器，它受到的壓力越大，輸出的電壓就越大，用它可以對汽車稱重。經(jīng)實測，某壓力傳感器輸出電壓與力的關(guān)系式為U＝×10－5F，將該壓力傳感器水平放置，并和電阻箱R′(最大電阻999.9Ω)及部分其他器材組成了如圖所示的電路，閉合開關(guān)S，當(dāng)線圈中的電流I≥20mA時，電磁繼電器的銜鐵被吸合。已知繼電器線圈的電阻為30Ω，繼電器控制電路的電壓由傳感器的輸出電壓U提供。(假設(shè)U不受繼電器電路影響)(1)當(dāng)壓力增加到一定程度時，電鈴報警，說明汽車超載，則圖中電鈴應(yīng)接在________(選填“A、B”或“C、D”)兩端。(2)為使車重G≥3.6×105N時啟動報警系統(tǒng)，則電阻箱R′的電阻應(yīng)調(diào)節(jié)到________Ω。(3)通過調(diào)整電阻箱R′的阻值，可以調(diào)整報警車重，能使該裝置報警的最小車重為________N。解析：(1)當(dāng)壓力增大到一定程度時，壓力傳感器輸出電壓達(dá)到一定數(shù)值，線圈中電流大于或等于20mA時，電磁繼電器的銜鐵被吸合，C、D間的電路就會被接通，因此電鈴應(yīng)接在C、D之間。3．電控調(diào)光玻璃能根據(jù)光照強度自動調(diào)節(jié)玻璃的透明度，將光敏電阻Rx和定值電阻R0接在9V的電源上，光敏電阻阻值隨照度變化關(guān)系如表所示：注：“照度”是表示光的強弱的物理量，單位為勒克斯(lx)(1)當(dāng)強度為4lx時光敏電阻Rx的阻值大小為__________Ω。照度/lx12345電阻值/Ω1896

3.6(2)其原理是光照增強，光敏電阻Rx阻值變小，施加于玻璃兩端的電壓降低，玻璃透明度下降，反之則玻璃透明度上升。若電源電壓不變(內(nèi)阻忽略不計)，R0是定值電阻，則下列電路圖中符合要求的是______(填序號)。4．物理課外興趣小組的一同學(xué)在科技創(chuàng)新大賽中根據(jù)所學(xué)物理知識設(shè)計了一種“闖紅燈違規(guī)證據(jù)模擬記錄器”，如圖(a)所示，它可以通過拍攝照片來記錄機動車輛闖紅燈時的情景。它的工作原理是：當(dāng)光控開關(guān)接收到某種顏色光時，開關(guān)自動閉合，且當(dāng)壓敏電阻受到車的壓力，它的阻值變化(如圖b)引起電流變化達(dá)到一定值時，繼電器的銜鐵就被吸下，工作電路中