高二物理人教版选修3-2同步课件：6-3 实验：传感器的应用

※了解光控开关的工作原理※了解温度报警器的工作原理下图是一个简单的磁控防盗报警装置．门的上沿嵌入一小块永磁体M，门框内与M相对的位置嵌入干簧管H，并且将干簧管接入图示的电路．睡觉前连接好电路，当盗贼开门时，蜂鸣器就会叫起来．请探究它的工作原理．1.电路图如下图所示光控开关2．工作原理白天，光强度较大，光敏电阻RG电阻值，加在斯密特触发器A端的电压，则输出端Y输出电平，发光二极管LED；当天色暗到一定程度时，RG的阻值到一定值，斯密特触发器的输入管A的电压上升到某个值(1.6V)，输出端Y突然从高电平跳到电平，则发光二极管LED(相当于路灯亮了)，这样就达到了使路灯天明熄灭，天暗自动开启的目的.较小较低高不导通增大低导通发光1.电路如下图所示．温度报警器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，则输出端Y处于，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，斯密特触发器输入端A电势，当达到某一值(高电平)，其输出端由电平跳到电平，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．要使热敏电阻在感测到更高的温度时才报警，应R1的阻值．低电平高电平减小升高高低减小答案：①了解光控开关和温度报警器的工作原理，练习用传感器制作自动控制设备②③热敏电阻一、斯密特触发器的工作原理斯密特触发器是一个性能特殊的非门电路，当加在它的输入端A的电压逐渐上升至某个值(1.6V)时，输出端Y会突然从高电平跳到低电平(0.25V)，而当输入端A的电压下降到另一个值的时候(0.8V)，Y会从低电平跳到高电平(3.4V)．斯密特触发器可以将连续变化的模拟信号转换为突变的数字信号，而这正是进行自动控制所必需的．二、普通二极管和发光二极管的异同1．都具有单向导电性．2．发光二极管除了具有单向导电性外，导电时还能发光．普通的发光二极管是用磷化镓或磷砷化镓等半导体材料制成的，直接将电能转化为光能．该类发光二极管的正向导通电压大于1.8V.三、晶体三极管的特点1．晶体三极管能够把微弱的信号放大，晶体三极管的三极分别是发射极e、基级b和集电极c.2．传感器输出的电流或电压很微弱，用一个三极管可以放大几十倍以至上百倍．三极管的放大作用表现为基级b的电流对集电极c的电流起了控制作用．四、解决与传感器有关的电路设计问题的策略处理与传感器有关的电路设计问题时，可将整个电路分解为：1．传感器所在的信息采集部分．2．转化传输部分(这部分电路往往与直流电路的动态分析有关)．3．执行电路部分，即利用传感器传来的信息进行某种显示或某种动作．易错点：审题不仔细导致出错案例：某些非电学量的测量是可以通过一些相应的装置转化为电学量来测量的．一平行板电容器的两个极板竖起放置在光滑的水平平台上，极板的面积为S，极板间的距离为d，电容器的电容公式为C＝ES/d(E是常数但未知)．极板固定不动，与周围绝缘，极板2接地，且可在水平平台上滑动，并始终与极板1保持平行．极板2的另一个侧边与劲度系数为k、自由长度为L的两个完全相同的弹簧相连，两弹簧的另一端固定，弹簧L与电容器垂直，如图1所示．如图2所示是这一装置的应用示意图，先将电容器充电至电压为U后即与电源断开，再在极板2的右侧的整个表面上施以均匀向左的待测压强p，使两极板之间的距离发生微小的变化，测得此时电容器的电压改变量为ΔU.设作用在电容器极板2上的静电力不会引起弹簧可测量到的形变，求待测压强p.[易错分析]容易错误地认为：两根弹簧等同一根弹簧，计算结果为P＝kdΔUSU.解本题的知识点误区为：误认为两根弹簧的作用效果等同于一根弹簧，造成错解．[正确解答]本题考查传感器的原理．该题根据平行板电容器在电荷量不变的情况下，其两端电压随板间距离变化而变化，从而把力学量(压强p)转化为电学量(电压)来测量．因为U＝QC，C＝ESd，Q＝CU＝ESUd，U′＝QC′，ΔU＝U－U′＝QdES－Qd′ES＝QΔdES，所以Δd＝ESΔUQ，F＝pS,2k·Δd＝pS，p＝2kΔdS＝2kdΔUSU.[正确答案]P＝2kdΔUSU如下图所示为低压控制电路操纵路灯工作的电路，试分析其工作原理．光控开关的应用解析：(1)电磁继电器的工作原理因集成电路允许通过的电流较小，白炽灯泡工作电流较大，所以使用继电器来启闭工作电路．如图所示虚线框内是电磁继电器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，从而带动触点D向下与E接触，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在弹簧作用下拉起，带动触点D与E分离，自动切断工作电路．(2)控制电路原理天较亮时，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．在如下图所示模仿路灯光控实验中，要想在天更暗时路灯才会点亮，应该把R1的阻值调大些还是调小些？说明理由．答案：应该把R1调大些，由实验可知，当RG较大时，非门输入端才为高电平，输出端Y为低电平，发光二极管才发光(或继电器工作)，把R1调大，使得RG更大时才出现上述情况，所以当天更暗时，RG更大时，路灯才会点亮.现用斯密特触发器与热敏电阻RT组成温度报警器，电路如下图所示，图中蜂鸣器可以选用YMD或HMB形，它两端的直流电压为4～6V时会发出鸣叫声；RT为热敏电阻，常温下阻值为2kΩ左右，温度升高时阻值减小．R1的最大电阻可在1～2kΩ间选择．温度报警器接通电源后，先调节R1使蜂鸣器在常温下不发声，再用热水使热敏电阻的温度上升，到达某一温度时就会发出报警声．请你说明这个电路的工作原理．想一想：怎样能够使热敏电阻在感测到更高的温度时才报警？解析：该电路的工作原理是：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R1阻值减小，斯密特触器输入端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．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，即温度越高．点评：①在逻辑电路中，常把电势的高低叫做“电平”的高低，“输出低电平”的意思是，输出端处于低电势的状态．②斯密特触发器是具有特殊功能的非门，常用符号表示．在蜂鸣式温度报警器电路中，若将RT和R1两电阻位置互换，R1取适当阻值，如下图所示，还仍能报警吗？为什么？答案：变成了低温报警器．因为温度降低时，热敏电阻RT阻值增大，有可能使非门输入端A出现高电平，Y端出现低电平，蜂鸣器中有电流通过而发声，温度越高，RT减小，A端为低电平，蜂鸣器不能发声．