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- 2021-05-27 发布
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传感器的应用
课堂探究
实验1光控开关
1.实验目的
了解光控开关电路及控制原理,练习组装光控开关。
2.实验器材
斯密特触发器、发光二极管、二极管、继电器、灯泡(6 V,0.3 A)、可变电阻R1(最大阻值51 kΩ)、电阻R2(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。
3.实验原理
(1)电路如图所示
(2)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的电压逐渐上升到某个值(1.6 V)时,输出端Y会突然从高电平跳到低电平(0.25 V),而当输入端A的电压下降到另一个值(0.8 V)的时候,Y会从低电平跳到高电平(3.4 V)。
(3)光控开关的原理:
甲图:白天,光强度较大,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;当天色暗到一定程度时,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1.6 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);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。这样就达到了使路灯天明自动熄灭,天暗自动开启的目的。
乙图: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电压较低,则输出端Y输出高电平,线圈J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J,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J中不再有电流,则电磁继电器自动切断工作电路的电源,路灯熄灭。
4.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)用黑纸渐渐遮住光敏电阻,观察发光二极管或灯泡的状态。
(5)渐渐撤掉黑纸,观察发光二极管或灯泡的状态。
5.实验注意事项
(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)要想天暗时路灯不会亮,应该把R1的阻值调大些。
6.装置的调整
要想在天更暗时路灯才会点亮,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电压达到某个值(如1.6 V),就需要RG的阻值达到更大,即天色更暗。
R1和RG为分压电阻,其两端电压与其电阻成正比,所以斯密特触发器A端的电压高低与两个电阻都有关系。
实验2温度报警器
1.实验目的
了解温度报警器及控制原理,练习组装温度报警器。
2.实验器材
斯密特触发器、蜂鸣器、热敏电阻、可变电阻R1(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)。
3.实验原理
(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。
4.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)将热敏电阻放入热水中,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。
5.实验注意事项
(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)要使热敏电阻在感测到更高的温度时才报警,应减小R1的阻值,R1的阻值越小,要使斯密特触发器输入端达到高电平,则热敏电阻要越小,即温度越高。
【例题1】 (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照明灯的示意图,试说明其工作原理。
解析: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F,电磁继电器工作,接通工作电路,使照明灯自动开启。
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F不再有电流,电磁继电器自动切断工作电路的电源,照明灯熄灭。
答案:见解析
题后反思 斯密特触发器是具有特殊功能的非门,它可以将连续变化的输入信号变成突变的输出信号。光控开关的敏感元件是光敏电阻,光照越强,其电阻阻值越小。
【例题2】 (温控电路的应用)如图是一个火灾报警装置的逻辑电路图。RT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。
(1)要做到低温时电铃不响,火灾时产生高温,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?
解析:(1)当环境温度较低时RT的阻值很大,R比RT小得多,因此P、X之间电压较大。要求此时电铃不发声,表明输出给电铃的电压应该较小,所以图中虚线处的元件输入与输出相反,可见虚线处元件应是“非”门。
(2)当环境温度变高时RT阻值减小,P、X之间电压降低,输入低电平时,从“非”门输出的是高电平,电铃响起。
(3)由前面分析可知,若R较大,由于它的分压作用,RT两端的电压不太高,即外界温度不太高时,就能使P、X之间电压降到低电压,输入低电平,电铃就能发声。因此R越大,电路灵敏度越高。
答案:见解析
题后反思 把热敏电阻与斯密特触发器连成电路可制成温度报警器。传感器通过敏感元件来感受温度变化,再通过转换元件把敏感元件的输出转换成电学量信号,最后借助于转换电路把电学量信号转换为便于处理、显示、记录或控制的量,输送给控制电路,完成电路的自动控制。
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