1、1第 3 节 实验：传感器的应用一、实验目的1识别逻辑集成电路块、集成电路实验板，通过练习电子电路的组装，获得对自动控制电路设计的感性认识2了解光控开关电路及控制原理，会组装光控开关3了解温度报警器及控制原理，会组装温度报警器二、实验原理1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光控开关(1)电路如图甲所示(2)工作原理白天，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
2、 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图乙与图甲电路工作原理基本相同，只是图乙中用继电器控制白炽灯泡的通断3温度报警器(1)电路如图所示2(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
3、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(6 V，0.3 A)、可变电阻 R1(最大阻值 51 k) 、电阻 R2(330 )、光敏电阻、集成电路实验板、直流电源(5 V)、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 1 k)、集成电路实验板、直流电源(5 V)、导
4、线若干、烧杯(盛有热水)四、实验步骤1光控开关实验步骤(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 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
5、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的阻值调大些光控开关的分析3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
6、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 温度报警器的分析如图是一个火警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，火警时产生高温，电铃响起，在图中虚线处应接入怎样的元件？(2)为什么高温时
7、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)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响，表明输出给电铃的电压应该较小，输入与输出相反，可见虚线处元件应是“非”门4(2)高温时 RT的阻值减小， P、 X 之间电压降低，输入低电压时，从“非”门输出的是高电压，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两端的电压降低，则外界温度不太高时，就能使 P、 X 之间电压降低到低电压输入，电铃就能发声，因此 R 较大时，反应较灵敏答案 见解析自动控制电路的分析方法分
8、析自动控制电路经常用的方法是逻辑分析法，其分析的思路如下：从自动控制电路的某种逻辑关系入手，由敏感元件传感元件控制电路工作电路控制目的等，按此顺序依次进行分析 电路的设计和创新某学生为测量一个物体的质量，找到一个力电转换器，该转换器的输出电压正比于受压面的压力(比例系数为 k)，如图所示，测量时先调节输入端的电压，使转换器空载时的输出电压为零；而后在其受压面上放一物体，即可测得与物体的质量成正比的输出电压 U.现有下列器材：力电转换器、质量为 m0的砝码、电压表、滑动变阻器、干电池各一个，开关及导线若干，待测物体(可置于力电转换器的受压面上)请完成对该物体质量的测量(1)设计一个电路图，要求力
9、电转换器的输入电压可调，并且使电压的调节范围尽可能大；(2)简要说明测量步骤，求出比例系数 k，并测出待测物体的质量 m；(3)请设想实验中可能会出现的一个问题解析 (1)设计的电路图如图所示(2)测量步骤与结果如下：闭合开关 S，调节变阻器的滑片 P，使力电转换器的输出电压为零5将质量为 m0的砝码放在力电转换器的受压面上，记下此时的输出电压 U0.取下砝码，将待测物体放在力电转换器的受压面上，记下此时的输出电压 U.由以上测量可求出比例系数 k 及待测物体的质量 m，因为 U0 km0g，所以有 kU0m0g又由于 U kmg，所以待测物体的质量为 m m0.UU0(3)实验中可能会出现的
10、问题有：待测物体的质量超过此力电转换器的量程因电源电压不够而导致输出电压调不到零答案 见解析电路设计完成后，要对它的合理性进行分析，用光照射光敏电阻或对热敏电阻加热，检查工作电路的接通和断开是否符合实际要求例如，自控路灯电路的设计要求是白天切断工作电路，使路灯熄灭，晚上接通工作电路，使路灯发光 1下列有关传感器的说法中错误的是( )A日本福岛大地震时用的生命探测仪利用了生物传感器B “嫦娥三号”卫星搭载的 CCD 立体相机获取月球数据利用了光传感器C电子秤称量物体质量是利用了力传感器D火灾报警器能够在发生火灾时报警是利用了温度传感器解析：选 D.生命探测仪是利用生物传感器，立体相机是利用光学传
11、感器，电子秤是利用压力传感器，火灾报警是在烟雾浓度达到一定程度时能够输出电信号，使警铃发声或使红灯闪烁，自动报警，利用了光传感器而不是利用了温度传感器，故 A、B、C 对，D 错2(多选)如图所示为一个逻辑电平检测电路，A 与被测点相接，则( )AA 为低电平，LED 发光BA 为高电平，LED 发光CA 为低电平，LED 不发光DA 为高电平，LED 不发光解析：选 BC.当 A 端为高电平，Y 端输出低电平，则加在 LED 两端的是正向电压，则LED 发光；当 A 端为低电平，Y 端输出高电平，则 LED 不发光，故选 BC.3(多选)图甲表示斯密特触发器，当加在它的输入端 A 的电压逐渐
12、上升到某个值(1.6 6V)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，输出端 Y 会从低电平跳到高电平(3.4 V)图乙为一光控电路，用发光二极管 LED 模仿路灯， RG为光敏电阻下列关于斯密特触发器和光控电路的说法中正确的是( )A斯密特触发器的作用是将数字信号转换为模拟信号B斯密特触发器是具有特殊功能的非门C要想在天更暗时路灯才会亮，应该把 R1的阻值调大些D当输出端 Y 突然从高电平跳到低电平时，发光二极管发光解析：选 BCD.斯密特触发器是一种特殊的非门，它能把连续变化的模拟信号转换为突变的数字信号，选项 A
13、错误，B 正确；如果把 R1的阻值调大些，则只有 RG的阻值达到更大值时，才能使斯密特触发器的 A 端电压达到某个值(1.6 V)，即达到天更暗时路灯才会亮的目的，选项 C 正确；当输出端 Y 突然从高电平跳到低电平时，发光二极管导通发光，选项D 正确4(多选)(2018太原五中高二月考)如图所示是温度报警器电路示意图，下列关于对此电路的分析正确的是( )A当 RT的温度升高时， RT减小，A 端电势降低，Y 端电势升高，蜂鸣器会发出报警声B当 RT的温度升高时， RT减小，A 端电势升高，Y 端电势降低，蜂鸣器会发出报警声C当增大 R1时，A 端电势升高，Y 端电势降低，蜂鸣器会发出报警声D
14、当增大 R1时，A 端电势降低，Y 端电势升高，蜂鸣器会发出报警声解析：选 BC.当 RT温度升高时，电阻减小，A 点电势升高到某一数值，Y 端电势突然降低，蜂鸣器导通发出警报，A 错误，B 正确；当增大 R1时，A 端电势升高到某一数值，Y 端电势突然降低，电流通过蜂鸣器，发出报警声，C 正确，D 错误5型号为 74LS14 的集成块里面有 6 个非门，其引脚如图甲所示，这种非门由于性能特别，称为斯密特触发器当加在它的输入端 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的时候(0.8 V)，Y 会从低电
15、平跳到高电平(3.4 V)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7现用斯密特触发器与热敏电阻 RT组成温度报警器，电路如图乙所示，图中蜂鸣器可以选用 YMD 或 HMB 型，它两端的直流电压为 46 V 时会发出鸣叫声； RT为热敏电阻，常温下阻值为几百欧，温度升高时阻值减小 R1的最大电阻可在 12 k 间选择接通电源后，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
16、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，斯密特触发器输入端 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， R1的阻值不同，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，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，即温度越高答案：见解析6(2018宜春高二检测)如图是热水器的恒温集成电路， R0是热敏电阻，温度较低时其阻值很大，温度较高时阻值很小如果热水器中没有水或水温较高时，继电器会放开簧片，发热
17、器断路，反之会吸住簧片接通发热器如果热水器中没有水时，电路中 BC 部分就处于_(选填“断路”或“短路”)状态，则在电路图的虚线框内的门电路应是_门，当温度较低时，门电路的输入端 A 是_(选填“高”或“低”)电势解析：热水器中没有水， BC 部分相当于断路热水器中没有水或水温较高时，继电器都能使发热器断路，故可判断虚线框内应是“与”门，当温度较低时， R0阻值较大，故门电路输入端 A 是高电势答案：断路 与 高7电动机的自动控制电路如图所示，其中 RH为热敏电阻， RL为光敏电阻，当温度升高时， RH的阻值远小于 R1；当光照射 RL时，其阻值远小于 R2，为使电动机在温度升高或受8到光照时
18、能自动启动，电路中的虚线框内应选_门逻辑电路；若要提高光照时电动机启动的灵敏度，可以_ R2的阻值(选填“增大”或“减小”)解析：为使电动机在温度升高或受到光照时能自动启动，所以是“或门” 即热敏电阻或光敏电阻的电阻值较小时输入端电势升高，此时电动机工作，则输入为 1 时，输出为1，若要提高光照时电动机启动的灵敏度，需要在光照较小，即 RL有一个较小的变化时，R2两端的电压变化就比较明显，此时输入为 1，输出为 1，所以要增大 R2.答案：或 增大8一热敏电阻在温度为 80 时阻值很大，当温度达到 100 时阻值就很小，今用一电阻丝给水加热，并配以热敏电阻以保持水温在 80 到 100 之间，
19、可将电阻丝与热敏电阻并联，一并放入水中，如图所示，图中 R1为热敏电阻， R2为电阻丝请简述其工作原理解析：开始水温较低时， R1阻值较大，电阻丝 R2对水进行加热；当水温达到 100 左右时， R1阻值变得很小， R2被短路，将停止加热；当温度降低到 80 时， R1阻值又变得很大， R2又开始加热这样就可达到保温的效果答案：见解析9逻辑电路在电子线路中有着重要的应用某同学利用“非”门电路设计了一个路灯自动控制门电路天黑了，让路灯自动接通；天亮了，让路灯自动熄灭图中 RG是一个光敏电阻，当有光线照射时，光敏电阻的阻值会显著减小 R 是可调电阻，起分压作用 “非”门电路能将输入的高压信号转变为
20、低压信号，或将低压信号转变为高压信号J 为路灯总开关控制继电器，它在获得高压时才启动(图中未画路灯电路)(1)当天黑时， RG变_， “非”门电路获得_电压，J 得到_电压(选填“大” “小”或“高” “低”)(2)如果路灯开关自动接通时天色还比较亮，现要调节自动控制装置，使得它在天色较9黑时才会自动接通开关，应将 R 调_(选填“大”或“小”)一些解析：(1)天黑时，光线减弱，光敏电阻 RG变大，A 端输入低电压， Y 端输出高压信号，J 得到高电压，开始控制路灯工作(2)如果路灯开关自动接通时天色还比较亮，应将 R 调大，A 端输入电压较高，当天色较黑时， RG的电阻变大，A 端的电压降低
21、，Y 端的电压升高，J 得到高电压，开始控制路灯工作答案：(1)大 低 高 (2)大10某研究性学习小组为探究热敏电阻的特性而进行了如下实验他们分若干次向如图所示的烧杯中倒入开水，观察不同温度下热敏电阻的阻值，并把各次的温度值和对应的热敏电阻的阻值记录在表格中测量次数 t/ R/k1 20 10.02 25 8.53 35 6.54 45 5.05 55 4.06 65 3.37 75 2.88 85 2.39 95 2.0(1)将表格中的实验数据在如图给定的坐标纸上描绘出热敏电阻的阻值 R 随温度 t 变化的图象可以看出该热敏电阻的阻值随温度的升高而_(选填“增大”或“减小”)(2)他们用该
22、热敏电阻作为温度传感器设计了一个温度控制电路，如图所示，请在虚线框中正确画出斯密特触发器图中二极管的作用是：_10_.(3)当加在斯密特触发器输入端的电压逐渐上升到某个值(1.6 V)时，输出端电压会突然从高电平跳到低电平，而当输入端的电压下降到另一个值(0.8 V)时，输出端电压会从低电平跳到高电平，从而实现温度控制已知可变电阻 R112.6 k，则温度可控制在_到_之间(结果保留整数，不考虑斯密特触发器的分流影响)解析：当温度升高， R 下降到一定值，这时斯密特触发器输入端电压刚好下降到触发电平 0.8 V，输出端输出高电平，电磁继电器中没有电流，电路不工作，这时的温度 t1为控温上限 U 触 E，代入数据可得 R2.4 k，根据 R t 图象可得此时温度约为RR1 R82 .当温度降低， R 增加到一定值，这时斯密特触发器输入端电平刚好上升到触发电压1.6 V，输出端输出低电平，电磁继电器中通过电流，电路开始工作，这时的温度 t2为控温下限 U 触 E，代入数据可得 R5.9 k；根据 R t 图象可得此时温度RR1 R约为 38 .故温度可控制在 38 到 82 之间答案：(1)如图所示 减小(2)如图所示为了防止电磁继电器释放衔铁时线圈中产生的自感电动势损坏集成电路(3)38 8211
