高中物理 6.3 实验： 传感器的应用课件 新人教选修3-2

1、 一、实验目的一、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。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。提高电子技术方面的设计和制作能力。 二、实验原理二、实验原理 1光控开关光控开关 (1)电路如图电路如图631所示。所示。图图631 (2)斯密特触发器的工作原理：斯密特触发器是一个性能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的电压逐渐上升到某个值个值(1.6 V)时，输出端时，输出端Y会突然从高电平跳到低电平会突然从高电平跳到低电平(0.

2、25 V)，而当输入端而当输入端A的电压下降到另一个值的时候的电压下降到另一个值的时候(0.8 V)，Y会从低会从低电平跳到高电平电平跳到高电平(3.4 V)。 (3)光控开关的原理光控开关的原理(如图如图631)：白天，光照强度较大，：白天，光照强度较大，光敏电阻光敏电阻RG阻值较小，加在斯密特触发器输入端阻值较小，加在斯密特触发器输入端A的电压较的电压较低，则输出端低，则输出端Y输出高电平，发光二极管输出高电平，发光二极管LED不导通；当天不导通；当天暗到一定程度时，暗到一定程度时，RG阻值增大到一定值，斯密特触发器的输阻值增大到一定值，斯密特触发器的输入端入端A的电压上升到的电压上升到1

3、.6 V，输出端，输出端Y突然从高电平跳到低电突然从高电平跳到低电平，则发光二极管平，则发光二极管LED导通发光导通发光(相当于路灯相当于路灯)，这样就达到，这样就达到了使路灯天明自动熄灭，天暗自动开启的目的。了使路灯天明自动熄灭，天暗自动开启的目的。2温度报警器温度报警器(1)电路如图电路如图632所示。所示。 图图632 (2)工作原理：常温下，调节工作原理：常温下，调节R1的阻值使斯密特触发的阻值使斯密特触发器输入端器输入端A处于低电平，处于低电平， 则输出端则输出端Y处于高电平，无电流处于高电平，无电流通过峰鸣器，蜂鸣器不发声；当温度升高时，热敏电阻通过峰鸣器，蜂鸣器不发声；当温度升高

4、时，热敏电阻RT阻值减小，斯密特触发器输入端阻值减小，斯密特触发器输入端A的电压升高，当达到的电压升高，当达到某一值某一值(高电平高电平)时，其输出端时，其输出端Y由高电平跳到低电平，蜂由高电平跳到低电平，蜂鸣器通电，从而发出报警声。鸣器通电，从而发出报警声。R1的阻值不同，则报警温度的阻值不同，则报警温度不同，可以通过调节不同，可以通过调节R1来调节蜂鸣器的灵敏度。来调节蜂鸣器的灵敏度。 三、实验器材三、实验器材 1光控开关实验器材光控开关实验器材 斯密特触发器、发光二极管、二极管、继电器、灯泡斯密特触发器、发光二极管、二极管、继电器、灯泡(6 V，0.3 A)、可变电阻、可变电阻R1(最大

5、阻值最大阻值51 k)、电阻、电阻R2(330 )、光敏电阻、集成电路实验板、直流电源光敏电阻、集成电路实验板、直流电源(5 V)、导线若干、导线若干、黑纸。黑纸。 2温度报警器实验器材温度报警器实验器材 斯密特触发器、蜂鸣器、热敏电阻、可变电阻斯密特触发器、蜂鸣器、热敏电阻、可变电阻R1(最大最大阻值阻值1 k)、集成电路实验板、直流电源、集成电路实验板、直流电源(5 V)、导线若干、导线若干、烧杯烧杯(盛有热水盛有热水)。 四、实验步骤四、实验步骤 1光控开关实验步骤光控开关实验步骤 (1)按照电路图将各元件组装到集成电路实验板上。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

6、件的连接，确保无误。检查各元件的连接，确保无误。 (3)接通电源，调节电阻接通电源，调节电阻R1，使发光二极管或灯泡在普，使发光二极管或灯泡在普通光照条件下不亮。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用黑纸逐渐遮住光敏电阻，观察发光二极管或灯泡的状态。的状态。 (5)逐渐撤掉黑纸，观察发光二极管或灯泡的状态。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。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。检查各元件的连接，确保无误。(3)接通电源，调节电阻接

7、通电源，调节电阻R1，使蜂鸣器常温下不发声。，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。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。将热敏电阻从热水中取出，注意蜂鸣器是否发声。 五、注意事项五、注意事项 1光控开关实验光控开关实验 (1)安装前对器材进行测试，确保各元件性能良好后再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。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。能正常工作。 (3)要想天暗时路灯才会亮，应该把要想天暗时

8、路灯才会亮，应该把R1的阻值调大些。的阻值调大些。 2温度报警器实验温度报警器实验 (1)安装前对器材进行测试，确保各元件性能良好后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。再进行安装。 (2)要使热敏电阻在较低的温度时报警，应增大要使热敏电阻在较低的温度时报警，应增大R1的的阻值。阻值。 例例1如图如图633所示是用斯密特触发器控制某宿舍楼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。道内灯的示意图，试说明其工作原理。图图633 解析解析(1)电磁继电器的工作原理电磁继电器的工作原理 因集成电路允许通过的电流较小，白炽灯泡工作电流因集成电路允许通过的电流较小，

9、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框内是电磁继电器J，E为动触点，为动触点，F为静触点。当线圈为静触点。当线圈B中中通电时，铁芯中产生磁场，吸引衔铁通电时，铁芯中产生磁场，吸引衔铁D向下运动，从而带向下运动，从而带动触点动触点E向下与向下与F接触，工作电路接通；当线圈接触，工作电路接通；当线圈B中电流为中电流为零时，电磁铁失去磁性，衔铁零时，电磁铁失去磁性，衔铁D在弹簧作用下拉起，带动在弹簧作用下拉起，带动触点触点E与与F分离，自动切断工作电路。分离，自动切断工作电路。 (2)控制电路工作原理控制

10、电路工作原理 天较亮时，光敏电阻天较亮时，光敏电阻RG阻值较小，斯密特触发器输入阻值较小，斯密特触发器输入端端A电势较低，则输出端电势较低，则输出端Y输出高电平，线圈输出高电平，线圈B中无电流，中无电流，工作电路不通。工作电路不通。 天较暗时，光敏电阻天较暗时，光敏电阻RG电阻增大，斯密特触发器输入电阻增大，斯密特触发器输入端端A电势升高，当升高到一定值时，输出端电势升高，当升高到一定值时，输出端Y由高电平突然由高电平突然跳到低电平，有电流通过线圈跳到低电平，有电流通过线圈B，电磁继电器工作，接通，电磁继电器工作，接通工作电路，使灯自动开启。工作电路，使灯自动开启。 天明后，天明后，RG阻值减

11、小，斯密特触发器输入端阻值减小，斯密特触发器输入端A电势电势逐渐降低，降到一定值时，输出端逐渐降低，降到一定值时，输出端Y突然由低电平跳到高突然由低电平跳到高电平，则线圈电平，则线圈B不再有电流，电磁继电器自动切断工作电不再有电流，电磁继电器自动切断工作电路的电源，灯熄灭。路的电源，灯熄灭。 答案答案见解析见解析 例例2某研究性学习小组为探究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。他热敏电阻的特性而进行了如下实验。他们分若干次向如图们分若干次向如图634所示的烧杯中所示的烧杯中倒入开水，观察不同温度下热敏电阻的倒入开水，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

12、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。阻的阻值记录在表格中。 图图634测量次数测量次数t/R/k12010.02258.53356.54455.05554.06653.37752.88852.39952.0 (1)将表格中的实验数据在如图将表格中的实验数据在如图635给定的坐标纸上给定的坐标纸上描绘出热敏电阻的阻值描绘出热敏电阻的阻值R 随温度随温度t变化的图像。可以看出该热变化的图像。可以看出该热敏电阻的阻值随温度的升高而敏电阻的阻值随温度的升高而_(填填“增大增大”或或“减小减小”)。图图635(2)他们用该热敏电阻作为温度传感他们用该热敏电阻作为温度传感器设计了一个温度控制电路，如图器设计了一个温度控制电路，如图636所示，请在虚线框中正确画出斯密特所示，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：触发器。图中二极管的作用是： 图图636_。 (3)当加在斯密特触发器输入端的电压逐渐上升到某个当加在斯密特触发器输入端的电压逐渐上升到某个值值(1.6 V)时，输出端电压会突然从高电平跳到低电平，而当时，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。已知可变电阻电