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- 2021-05-26 发布
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3
实验
:
传感器的应用
实验一
:
用光控开关控制电路
【
实验目的
】
1.
了解光控开关的工作原理。
2.
练习利用传感器制作自动控制设备。
【
实验原理
】
1.
斯密特触发器
:
(1)
特点
:
斯密特触发器
:
当输入端电压逐渐上升到某一个值
(1.6 V)
时
,
输出端会突然从高电平跳到低电平
(0.25 V),
当输入端电压下降到另一个值
(0.8 V)
时
,
输出端会从低电平跳到高电平
(3.4 V)
。
(2)
功能
:
可以将连续变化的模拟信号转化为突变的数字信号
(3)
电路符号
:
知识拓展
:
电平是电子电路中的专业术语
,
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
,“
高电平”则反之。
2.
光控开关
:
(1)
电路图
:
(2)
工作原理
:
①
白天
,
光照强度较大
,
光敏电阻
R
G
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。
②
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
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
导通发光
(
相当于路灯亮了
)
。
③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
0.8 V
时
,
输出端
Y
突然由低电平跳到高电平
,
二极管
LED
熄灭。
3.
光控开关控制电路
:
(1)
电路图
:
(2)
工作原理
:
①
天较亮时
,
光敏电阻
R
G
阻值较小
,
斯密特触发器输入端
A
电压较低
,
则输出端
Y
输出高电平
,
线圈中无电流
,
电磁继电器
J
不工作
,
工作电路不通
,
灯不亮。
②
天较暗时
,
光敏电阻
R
G
阻值增大
,
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
突然由高电平跳到低电平
,
有电流通过线圈
,
电磁继电器
J
开始工作
,
接通工作电路
,
灯自动开启。
③
天逐渐变亮后
,
光敏电阻
R
G
阻值逐渐减小
,
斯密特触发器输入端
A
电势逐渐降低
,
当降低到一定值
(0.8 V)
时
,
输出端
Y
突然由低电平跳到高电平
,
线圈中不再有电流通过
,
则电磁继电器
J
自动切断工作电路的电源
,
使灯熄灭。
【
实验器材
】
光控开关实验
:
斯密特触发器、发光二极管、二极管、电磁继电器、灯泡
(6 V,0.3 A)
、可变电阻
R
1
(
最大阻值
51 kΩ)
、电阻
R
2
(330 Ω)
、光敏电阻、集成电路实验板、直流电源
(5 V)
、导线若干、黑纸。
实验二
:
使用温控开关控制报警电路
【
实验目的
】
1.
了解温度开关的工作原理。
2.
练习利用温控开关制作温度自动报警器。
【
实验原理
】
1.
温度自动报警器电路
:
2.
温度自动报警器工作原理
:
(1)
常温下
,
调整
R
1
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。
(2)
当温度升高时
,
热敏电阻
R
T
的阻值减小
,
斯密特触发器的输入端
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
,
从而发出报警声
,R
1
的阻值不同
,
报警温度不同。
【
实验器材
】
温度报警器实验
:
斯密特触发器、蜂鸣器、热敏电阻、可变电阻
R
1
(
最大阻值
1 kΩ)
、集成电路实验板、直流电源
(5 V)
、导线若干、烧杯
(
盛有热水
)
。
【
实验过程
】
一、光控开关控制电路实验步骤
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
R
1
,
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。
二、温度报警器实验步骤
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
R
1
,
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。
【
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
,
否则将烧坏门电路集成块。
3.
光控开关实验中要想天更暗时“路灯”才会亮
,
应该把
R
1
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
R
1
的阻值调大些。
类型一 光控开关的应用
【
典例
1】
把蜂鸣器、光敏电阻、干簧管继电器开关、
电源连成电路如图所示
,
制成光电报警装置。当报警器
有光照射时
,
蜂鸣器发声
,
当没有光照或者光照很弱时
,
蜂鸣器不发声。①光敏电阻
:
光敏电阻受光照后
,
阻值
会变小。②干簧管继电器开关
:
由干簧管和绕在干簧管
外的线圈组成
,
如图所示。当线圈中有一定的电流时
,
线圈产生的磁场使密封在干簧管内的两个铁质簧片磁化
,
两个簧片在磁力作用下由原来的分离状态变成闭合状态。当线圈中没有电流或者电流很微弱时
,
磁场消失
,
簧片在弹力的作用下恢复到分离状态。电路已经连接一部分
,
请将电路完整连接好。
【
正确解答
】
电池、光敏电阻与开关及干簧管继电器开关外面接线构成一个回路
;
而另一组电池、蜂鸣器与干簧管继电器开关里面的两个接线构成又一个回路。当有光照时
,
光敏电阻变小
,
使得干簧管继电器开关存在磁场
,
导致开关接通
,
最终使得蜂鸣器发声。
答案
:
见正确解答
类型二 用热敏电阻控制电路
【
典例
2】
如图甲所示为热敏电阻的
R-t
图象
,
图乙为用此热敏电阻
R
和继电器组成的一个简单恒温箱温控电路
,
继电器线圈的电阻为
200 Ω
。当线圈中的电流大于或等于
20 mA
时
,
继电器的衔铁被吸合。为继电器线圈供电电池的电动势
E=8 V,
内阻可以不计。图中的“电源”是恒温箱加热电源。
(1)
图甲说明热敏电阻的阻值随着温度的升高而
______ (
选填“增大”“减小”或“不变”
)
。
(2)
应该把恒温箱内加热器接
______(
选填“
AB”
或“
CD”)
端。
(3)
如果要使恒温箱内的温度保持
100 ℃,
滑动变阻器
R
1
接入电路的电阻值为
______ Ω
。
【
正确解答
】
(1)
由图甲可知热敏电阻的阻值随着温度的升高而减小
;
(2)
当温度较低的时候
,
热敏电阻的电阻较大
,
电路中的电流较小
,
此时继电器的衔铁与
AB
部分连接
,
此时是需要加热的
,
恒温箱内的加热器要工作
,
所以该把恒温箱内的加热器接在
A
、
B
端。
(3)
当温度达到
100
℃
时
,
加热电路就要断开
,
此时的继
电器的衔铁要被吸合
,
即控制电路的电流要到达
20 mA=0.02 A,
根据闭合电路欧姆定律可得
:
I=
解得
:R
1
=150
Ω
。
答案
:
(1)
减小
(2)AB
(3)150
【
总结提升
】
在解答本题的时候要分析清楚
,
控制电路和加热电路是两个不同的电路
,
只有当温度较低
,
需要加热的时候
,
加热电路才会工作
,
而控制电路是一直通电的。
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