2020学年高中物理第六章传感器3实验：传感器的应用学案新人教版选修3_2

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1

2.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R G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R G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，R G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R G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3

A.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，R G为光敏电阻，R1的最大电阻为51 kΩ，R2为330 Ω.白天，光的强度较大，光敏电阻R G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，R G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R G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，R G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5

2.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；当温度升高时，热敏电阻R T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R T阻值____，斯密特触发器的输入端A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R T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.R T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R T的阻值很大，R比R T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R T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，R T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较大时，反应较灵敏.