一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1)利用斯密特觸發(fā)器設(shè)計(jì)光控開(kāi)關(guān)電路和溫度報(bào)警器.(2)提高電子技術(shù)方面的設(shè)計(jì)和制作能力.二、實(shí)驗(yàn)原理1．光控開(kāi)關(guān)(1)電路如圖6－3－1所示.
(2)斯密特觸發(fā)器的工件原理：斯密特觸發(fā)器是一個(gè)性能特殊的非門(mén)電路,當(dāng)加在它的輸入端A的電壓逐漸上升到某個(gè)值(1.6 V)時(shí),輸出端Y會(huì)突然從高電平跳到低電平(0.25 V),而當(dāng)輸入端A的電壓下降到另一個(gè)值的時(shí)候(0.8 V),Y會(huì)從低電平跳到高電平(3.4 V). (3)光控開(kāi)關(guān)的原理(如圖6－3－1所示)：白天,光照強(qiáng)度較大,光敏電阻RG阻值較小,加在斯密特觸發(fā)器輸入端A的電壓較低,則輸出端Y輸出高電平,發(fā)光二極管LED不導(dǎo)通；當(dāng)天暗到一定程度時(shí),RG阻值增大到一定
值,斯密特觸發(fā)器的輸入端A的電壓上升到1.6 V,輸出端Y突然從高電平跳到低電平,則發(fā)光二極管LED導(dǎo)通發(fā)光(相當(dāng)于路燈),這樣就達(dá)到了使路燈天明自動(dòng)熄滅,天暗自動(dòng)開(kāi)啟的目的. 2．溫度報(bào)警器(1)電路如圖6－3－2所示.
(2)工作原理：常溫下,調(diào)節(jié)R1的阻值使斯密特觸發(fā)器輸入端A處于低電平,則輸出端Y處于高電平,無(wú)電流通過(guò)蜂鳴器,蜂鳴器不發(fā)聲；當(dāng)溫度升高時(shí),熱敏電阻RT阻值減小,斯密特觸發(fā)器輸入端A的電壓升高,當(dāng)達(dá)到某一值(高電平)時(shí),其輸出端Y由高電平跳到低電平,蜂鳴器通電,從而發(fā)出報(bào)警聲.R1的阻值不同,則報(bào)警溫度不同,可以通過(guò)調(diào)節(jié)R1來(lái)調(diào)節(jié)蜂鳴器的靈敏度.
三．實(shí)驗(yàn)器材 1．光控開(kāi)關(guān)實(shí)驗(yàn) 斯密特觸發(fā)器、發(fā)光二極管、二極管、繼電器、燈泡(6 V,0.3 A)、可變電阻R1(最大阻值51 kΩ)、電阻R2(330 Ω)、光敏電阻、集成電路實(shí)驗(yàn)板、直流電源(5 V)、導(dǎo)線若干、黑紙. 2．溫度報(bào)警器實(shí)驗(yàn) 斯密特觸發(fā)器、蜂鳴器、熱敏電阻、可變電阻R1(最大阻值1 kΩ)、集成電路實(shí)驗(yàn)板、直流電源(5 V)、導(dǎo)線若干、燒杯(盛有熱水).
四．實(shí)驗(yàn)步驟 1．光控開(kāi)關(guān) (1)按照電路圖將各元件組裝到集成電路實(shí)驗(yàn)板上. (2)檢查各元件的連接,確保無(wú)誤. (3)接通電源,調(diào)節(jié)電阻R1,使發(fā)光二極管或燈泡在普通光照條件下不亮. (4)用黑紙逐漸遮住光敏電阻,觀察發(fā)光二極管或燈泡的狀態(tài). (5)逐漸撤掉黑紙,觀察發(fā)光二極管或燈泡的狀態(tài).
2．溫度報(bào)警器(1)按照電路圖將各元件組裝到集成電路實(shí)驗(yàn)板上.(2)檢查各元件的連接,確保無(wú)誤.(3)接通電源,調(diào)節(jié)電阻R1,使蜂鳴器常溫下不發(fā)聲.(4)用熱水使熱敏電阻的溫度升高,注意蜂鳴器是否發(fā)聲.(5)將熱敏電阻從熱水中取出,注意蜂鳴器是否發(fā)聲.
五、注意事項(xiàng) (1)安裝前,對(duì)器材進(jìn)行測(cè)試,確保各元件性能良好后,再進(jìn)行安裝. (2)光控開(kāi)關(guān)實(shí)驗(yàn)中,二極管連入電路的極性不能反接,否則繼電器不能正常工作. (3)光控開(kāi)關(guān)實(shí)驗(yàn)中要想天更暗時(shí)“路燈”才會(huì)亮,應(yīng)該把R1的阻值調(diào)大些. (4)溫度報(bào)警器實(shí)驗(yàn)中,要使蜂鳴器在更低的溫度時(shí)報(bào)警,應(yīng)該把R1的阻值調(diào)大些.
[例1]　如圖6－3－3所示是用斯密特觸發(fā)器控制某宿舍樓道內(nèi)燈的示意圖,試說(shuō)明其工作原理.
[解析]　(1)電磁繼電器的工作原理 因集成電路允許通過(guò)的電流較小,白熾燈泡工作電流較大,所以使用繼電器來(lái)啟閉工作電路.如題圖所示虛線框內(nèi)是電磁繼電器J,D為動(dòng)觸點(diǎn),E為靜觸點(diǎn).當(dāng)線圈A中通電時(shí),鐵芯中產(chǎn)生磁場(chǎng),吸引銜鐵B向下運(yùn)動(dòng),從而帶動(dòng)觸點(diǎn)D向下與E接觸,工作電路接通；當(dāng)線圈A中電流為零時(shí),電磁鐵失去磁性,銜鐵B在彈簧作用下拉起,帶動(dòng)觸點(diǎn)D與E分離,自動(dòng)切斷工作電路.
(2)控制電路工作原理 天較亮?xí)r,光敏電阻RG阻值較小,斯密特觸發(fā)器輸入端A電勢(shì)較低,則輸出端Y輸出高電平,線圈A中無(wú)電流,工作電路不通. 天較暗時(shí),光敏電阻RG電阻增大,斯密特觸發(fā)器輸入端A電勢(shì)升高,當(dāng)升高到一定值時(shí),輸出端Y由高電平突然跳到低電平,有電流通過(guò)線圈A,電磁繼電器工作,接通工作電路,使燈自動(dòng)開(kāi)啟.
天明后,RG阻值減小,斯密特觸發(fā)器輸入端A電勢(shì)逐漸降低,降到一定值時(shí),輸出端Y突然由低電平跳到高電平,則線圈A不再有電流,電磁繼電器自動(dòng)切斷工作電路的電源,燈熄滅. [答案]　見(jiàn)解析
[例2]　在制作光控電路實(shí)驗(yàn)中,某同學(xué)按圖6－3－4所示電路將元件安裝完畢后,發(fā)現(xiàn)將裝置置入黑暗環(huán)境中接通電源時(shí),燈泡不發(fā)光,原因可能是(　　) A．二極管兩極接反 B．R1與RG位置顛倒 C．R1阻值太小 D．燈泡被斷路
[解析]　由題可知若二極管接反,光線暗時(shí),二極管上為負(fù)向電壓,無(wú)法導(dǎo)通,燈泡不亮,A項(xiàng)正確；若R1與RG位置顛倒,則光線較暗時(shí),Y端為高電平,晶體管不導(dǎo)通,燈泡不發(fā)光,B項(xiàng)正確；若R1阻值太小,Y端一直為低電平,燈泡一直發(fā)光,C項(xiàng)錯(cuò)誤；燈泡斷路時(shí)無(wú)法發(fā)光,D正確. [答案]　ABD
[例3]　某學(xué)生為測(cè)量一個(gè)物體的質(zhì)量,找到一個(gè)力電轉(zhuǎn)換器,該轉(zhuǎn)換器的輸出電壓正比于受壓面的壓力(比例系數(shù)為k),如圖6－3－5所示,測(cè)量時(shí)先調(diào)節(jié)輸入端的電壓,使轉(zhuǎn)換器空載時(shí)的輸出電壓為零；而后在其受壓面上放一物體,即可測(cè)得與物體的質(zhì)量成正比的輸出電壓U. 現(xiàn)有下列器材：力電轉(zhuǎn)換器、質(zhì)量為m0的砝碼、電壓表、滑動(dòng)變阻器、干電池各一個(gè),開(kāi)關(guān)及導(dǎo)線若干,待測(cè)物體(可置于力電轉(zhuǎn)換器的受壓面上).
請(qǐng)完成對(duì)該物體質(zhì)量的測(cè)量. (1)設(shè)計(jì)一個(gè)電路圖,要求力電轉(zhuǎn)換器的輸入電壓可調(diào),并且使電壓的調(diào)節(jié)范圍盡可能大. (2)簡(jiǎn)要說(shuō)明測(cè)量步驟,求出比例系數(shù)k,并測(cè)出待測(cè)物體的質(zhì)量m. (3)請(qǐng)?jiān)O(shè)想實(shí)驗(yàn)中可能會(huì)出現(xiàn)的一個(gè)問(wèn)題.
[解析]　(1)設(shè)計(jì)的電路圖如圖所示.

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