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6．3实验：传感器的应用学习重点考查热度了解两个实验的基本原理★★★通过实验，加深对传感器作用的体会，培养自己的动手能力★★★基础梳理一、实验目的1．利用斯密特触发器设计光控开关电路和温度报警器．2．提高电子技术方面的设计和制作能力．二、实验原理1．光控开关(1)电路如图所示．(2)斯密特触发器的工件原理：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的电压逐渐上升到某个值(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)．(3)光控开关的原理(如图所示)：白天，光照强度较大，光敏电阻RG阻值较小，加在斯密特触发器输入端A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1.6V，输出端Y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)，这样就达到了使路灯天明自动熄灭，天暗自动开启的目的．2．温度报警器(1)电路如图所示．(2)工作原理：常温下，调节R1的阻值使斯密特触发器输入端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的电压升高，当达到某一值(高电平)时，其输出端Y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，可以通过调节R1来调节蜂鸣器的灵敏度．三、实验器材1．光控开关实验斯密特触发器、发光二极管、二极管、继电器、灯泡(6V，0.3A)、可变电阻R1(最大阻值51kΩ)、电阻R2(330Ω)、光敏电阻、集成电路实验板、直流电源(5V)、导线若干、黑纸．2．温度报警器实验斯密特触发器、蜂鸣器、热敏电阻、可变电阻R1(最大阻值1kΩ)、集成电路实验板、直流电源(5V)、导线若干、烧杯(盛有热水)．四、实验步骤1．光控开关(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．温度报警器(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，注意蜂鸣器是否发声．(5)将热敏电阻从热水中取出，注意蜂鸣器是否发声．五、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．光控开关实验中，二极管连入电路的极性不能反接，否则继电器不能正常工作．3．光控开关实验中要想天更暗时“路灯”才会亮，应该把R1的阻值调大些．4．温度报警器实验中，要使蜂鸣器在更低的温度时报警，应该把R1的阻值调大些.规律方法规律鸟瞰考点热度题型一：实验电路故障分析★★题型二：光控开关的应用★★规律一实验电路故障分析(多选)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()A．二极管两极接反B．R1与RG位置颠倒C．R1阻值太小D．灯泡被断路【解析】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，A项正确；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，B项正确；若R1阻值太小，Y端一直为低电平，灯泡一直发光，C项错误；灯泡断路时无法发光，D项正确．【答案】ABD规律二光控开关的应用如图所示是用斯密特触发器控制某宿舍楼道内灯的示意图，试说明其工作原理．【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．如题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A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，当升高到一定值时，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，降到一定值时，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，灯熄灭．【答案】见解析聚焦高考(1)基本考查点为：自动控制电路．(2)常考点：传感器电路分析，高考还没有明确涉及．(3)常考题型预测：选择与实验，难度中等．(2009·宁夏)青岛奥运会帆船赛场采用风力发电给蓄电池充电，为路灯提供电能．用光敏电阻作为传感器控制路灯电路的开关，实现自动控制．光敏电阻的阻值随照射光的强弱而变化，作为简化模型，可以近似认为，照射光较强(如白天)时电阻几乎为0；照射光较弱(如黑天)时电阻接近于无穷大．利用光敏电阻作为传感器，借助电磁开关，可以实现路灯自动在白天关闭，黑天打开．电磁开关的内部结构如图所示.1、2两接线柱之间是励磁线圈，3、4两接线柱分别与弹簧片和触点连接．当励磁线圈中电流大于50mA时，电磁铁吸合铁片，弹簧片和触点分离3、4断开；电流小于50mA时，3、4接通．励磁线圈中允许通过的最大电流为100mA.(1)利用以下器材设计一个自动控制路灯的电路，画出电路原理图．光敏电阻R1，符号灯泡L，额定功率40W，额定电压36V，符合保护电阻R2，符号电磁开关，符号蓄电池E，电压36V，内阻很小；开关S，导线若干．(2)回答下列问题．①如果励磁线圈的电阻为200Ω，励磁线圈允许加的最大电压为________V，保护电阻R2的阻值范围为________Ω.②在有些应用电磁开关的场合，为了安全，往往需要在电磁铁吸合铁片时，接线柱3、4之间从断开变为接通．为此，电磁开关内部结构应如何改造？请结合本题中电磁开关内部结构图说明．③任意举出一个其它的电磁铁应用的例子．【解析】(1)电路原理如图所示．(2)①已知励磁线圈中允许通过的最大电流为Im＝100mA，电阻为R＝200Ω，由欧姆定律得：最大电压为Um＝ImR＝20V.由题得知，励磁线圈电流范围为50mA－100mA，根据欧姆定律得保护电阻R2的最大值为Rmax＝EImin－R＝360.05－200Ω＝520Ω最小值为Rmin＝EImax－R＝360.1－200Ω＝160Ω故保护电阻R2的阻值范围为160～520Ω.②由题应把触点从弹簧片右侧移到弹簧片左侧，保证当电磁铁吸合铁片时，3、4之间接通：不吸合时，3、4之间断开．③电磁铁应用的例子比如电磁起重机．【答案】(1)见解析图(2)①20160～520②把触点从弹簧片右侧移到弹簧片左侧，保证当电磁铁吸合铁片时，3、4之间接通：不吸合时，3、4之间断开．③电磁起重机