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第六章传感器第三节实验：传感器的应用•素养目标定位※了解斯密特触发器的性能及工作原理※练习设计制作光控开关和温度报警器，培养设计和制作应用传感器的能力•素养思维脉络课前预习反馈•1．电路图如图所示知识点1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端的电压较低，则输出端Y输出______电平，发光二极管LED不导通；当天色暗到一定程度时，RG的阻值增大到一定值，斯密特触发器的输入端A的电压上升到某个值(1.6V)，输出端Y突然从______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。较小高高低导通发光•3．要想在天更暗时路灯才会亮，应如何调节R1•要想在天更暗时路灯才会亮，应该把R1的阻值调______些，这样要使斯密特触发器的输入端A电压达到某个值(1.6V)，就需要RG的阻值更______，即天色更暗。大大•1．电路如图所示。知识点2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处于低电平，则输出端Y处于______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________，斯密特触发器输入端A电势升高，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。•3．要想在更高的温度时才报警，应如何调节R1•要使热敏电阻在感测到更高的温度时才报警，应________R1的阻值，R1阻值越______，要使斯密特触发器输入端达到高电平，则热敏电阻阻值要求越小，即温度越高。高减小高低减小小•『判一判』•(1)斯密特触发器的作用是将数字信号转换为模拟信号()•(2)发光二极管具有单向导电性()•(3)斯密特触发器是具有特殊功能的非门()思考辨析×√√•『选一选』•如图所示是一个基本逻辑电路。声控开关、光敏电阻、小灯泡等元件构成的一个自动控制电路。该电路的功能是在白天无论声音多么响，小灯泡都不会亮，在晚上，只要有一定的声音，小灯泡就亮。这种电路现广泛使用于公共楼梯间，该电路虚线框N中使用的是门电路。则下面说法正确的是()•A．R2为光敏电阻，N为或门电路•B．R2为光敏电阻，N为与门电路•C．R2为热敏电阻，N为或门电路•D．R2为热敏电阻，N为非门电路B解析：根据电路的设计要求，可知N为与门电路，R2为光敏电阻，选项B正确。•『想一想』•如图所示：1是弹簧，2是衔铁，3是触点，4是电磁铁，5是热敏电阻，6是滑动变阻器，7是电铃，它们组成一种温度自动报警电路。说明这种简单温度自动报警电路的工作原理。解析：当热敏电阻的温度升高时，电阻减小，电磁铁电路中电流增大，当电流达到一定值时电磁铁吸引衔铁使电铃电路闭合，电铃发声报警。当温度下降后，电阻增大，电流减小，电磁铁磁性减弱，衔铁被弹簧拉起，电铃电路断开，电铃不发声。课内互动探究探究一光控开关的应用•在制作光控电路实验中，某同学按图所示电路将元件安装完毕后，发现将装置置入黑暗环境中接通电源时，灯泡不发光，原因可能是什么？1提示：由题可知若二极管接反，光线暗时，二极管上为负向电压，无法导通，灯泡不亮；若R1与RG位置颠倒，则光线较暗时，Y端为高电平，晶体管不导通，灯泡不发光；灯泡断路时无法发光。故原因可能为二极管接反，R1与RG位置颠倒，灯泡被断路。•1．实验步骤•(1)按照电路图将各元件组装到集成电路实验板上。•(2)检查各元件的连接，确保无误。•(3)接通电源，调节电阻R1，使发光二极管或灯泡在普通光照条件下不亮。•(4)用黑纸逐渐遮住光敏电阻，观察发光二极管或灯泡的状态。•(5)逐渐撤掉黑纸，观察发光二极管或灯泡的状态。•2．注意事项•(1)安装前对器材进行测试，确保各元件性能良好后，再进行安装。•(2)二极管连入电路时，极性不能反接，否则继电器不能正常工作。•(3)要想天暗时路灯才会亮，应该把R1的阻值调大些。•如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。•解题指导：电磁继电器是一个间接开关，是一个电路的通断来控制另一个工作电路的通断的开关；控制电路的通断是由光敏电阻RG阻值大小来决定的。例1•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)控制电路工作原理•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。•〔对点训练1〕车床在工作时是不允许将手随便接近飞转的工件的，为了防止万一，设计了下面的光电自动控制安全电路，只要人手不小心靠近了工件，机器就自动停转，请简述其工作原理。图中的A为车床上的电动机；B为随电动机高速转动的工件；C为光源，它发出的光照在光敏电阻D上；E为电磁铁；F为衔铁；G为电源；H为弹簧。•答案：当手在C、D间靠近工件时，遮挡住射向光敏电阻的光，光敏电阻的阻值迅速变大，电路中的电流减小，使电磁铁磁性减弱从而放开衔接，造成电动机断路，使工件停转以保证安全。探究二温度报警器的应用•传感器的种类多种多样，其性能也各不相同。空调机在室内温度达到设定值后，会自动停止工作，空调机内使用了哪种传感器？•提示：空调机是根据温度调节工作状态，所以内部使用了温度传感器。2•1．实验步骤•(1)按照电路图将各元件组装到集成电路实验板上。•(2)检查各元件的连接，确保无误。•(3)接通电源，调节电阻R1，使蜂鸣器常温下不发声。•(4)用热水使热敏电阻的温度升高，观察蜂鸣器是否发声。•(5)将热敏电阻从热水中取出，观察蜂鸣器是否发声。•2．注意事项•(1)安装前对器材进行测试，确保各元件性能良好后，再进行安装。•(2)要使热敏电阻在较低的温度时报警应增大R1的阻值。•现用斯密特触发器与热敏电阻RT组成温度报警器，电路如图所示，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。例2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？解题指导：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。•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RT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。•〔对点训练2〕(2019·河南省商丘一中高二上学期期末)(改编)根据图中所提供的器材，请正确将ABCD四个接线柱的接线接好，使其成为一个以热敏电阻为传感器的简易报警器(当温度过高时，电铃会响铃报警)。•答案：•解析：根据热敏电阻的阻值随温度的升高而减小，在温度较低时，热敏电阻阻值较大，电路的电流较小，则干簧管的磁场较弱，因此另一电路不能导通；当温度较高时，电流较大，磁场增强，导致干簧管接通，导致另一电路导通，从而报警。电路图如图所示。