《高三物理备考》44.传感器相关的实验 （电学）

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传感器相关的实验
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高考物理备考第
44
小时 编写：陈庆威
陈庆威老师推荐——高考二轮备考两步学习法（最新、最好、最实战）
第一步：【知识方法】
1.发光二极管
发光二极管简称为 LED，如下图所示。发光二极管与普通二极管一样是由一个 PN 结
组成，也具有单向导电性。当给发光二极管加上正向电压
后，从 P区注入 N区的空穴和由 N区注入 P区的电子，
在PN 结附近数微米内分别与 N区的电子和 P区的空穴复
合，产生自发辐射的荧光。不同的半导体材料中电子和空
穴所处的能量状态不同。当电子和空穴复合时释放出的能
量多少不同，释放出的能量越多，则发出的光的波长越短。常用的是发红光、绿光或黄光
的二极管。
总结：(1)二极管具有单向导电性。
(2)发光二极管除了具有单向导电性外，导电时还能发光，普通发光二极管使用磷化镓
或磷砷化镓等半导体材料制成，直接将电能转化为光能，该类发光二极管工作电流只需要
几毫安，最大不得超过 10 mA，正向导通电压大于 1.8 V。
2．晶体三极管
晶体三极管是电子电路的核心元件，具有电流放大作用。其实质是三极管能以基极电
流微小的变化量来控制集电极电流较大的变化。
1
三极管是在一块半导体基片上制作两个相距很近的 PN 结，两个 PN 结把整块半导体
分成三部分，中间部分是基区，两侧部分是发射区和集电区，排列方式有 PNP 和NPN 两
种，如下图所示，从三个区引出相应的电极，分别为基极 b发射极 e和集电极 c。
发射区和基区之间的 PN 结叫发射结，集电区和基区之间的 PN 结叫集电极。基区很
薄，而发射区较厚，杂质浓度大，PNP 型三极管发射区“发射”的是空穴，其移动方向与
电流方向一致，故发射极箭头向里；NPN 型三极管发射区“发射”的是自由电子，其移动
方向与电流方向相反，故发射极箭头向外。发射极箭头指向也是 PN 结在正向电压下的导
通方向。硅晶体三极管和锗晶体三极管都有 PNP 型和 NPN 型两种类型。
总结：(1)三极管具有电流放大作用。
(2)晶体三极管能够将微弱的信号放大，三极管的三个极分别是发射极 e，基极 b和集
电极 c。
(3)传感器输出的电流和电压很小，用一个三极管可以放大几十倍或几百倍，三极管的
放大作用表现为基极 b的电流对集电极 c的电流起了控制作用。
3.光控开关
电路组成：斯密特触发器，光敏电阻，发光二极管 LED 模仿路灯，滑线变阻器，定值
电阻，电路如图所示。
工作原理：天明时，RG变小，流过 R1的电流变大，A 端输入电压降低到 0.8V，Y 会从
低电平跳到高电平 3.4V，LED 上的电压低于正向导通电压 1.8V，LED 不会发光，当天色暗
到一定程度时，RG变大，输入端 A 的电压升高到某一个值 1.6V 时，输出端 Y 突然从高电平
跳到低电平 0.25V，此时加在 LED 上的正向电压大于导通电压 1.8V，二极管 LED 发光。
特别提醒：要想在天暗时路灯才会亮，应该把 R1的阻值调大一些，这样要使斯密特触
发器的输入端 A 电压达到某个值 1.6V，就需要 RG的阻值达到更大，即天色更暗。
拓展：如果电路不用发光二极管来模拟，直接用在电路中，就必须用到电磁继电器。
如下图。
R1
RG
AY
+5V
高压工作电路
~
220V
2
4．温度报警器（热敏电阻式报警器）
结构组成：斯密特触发器，热敏电阻，蜂鸣器，
变阻器，定值电阻，如图所示。
工作原理：常温下，调整 R1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，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），其输
出端由高电平调到低电平，蜂鸣器通电，从而发出报警声，R1的阻值不同，则报警器温度
不同。
特别提示：要使热敏电阻在感测到更高的温度时才报警，应该减小 R1的阻值，R1阻值
越小，要使斯密特触发器输入达到高电平，则热敏电阻阻值要求越小，即温度越高。
第二步：【考点例题】
【例题 1】【2017·江苏卷】某同学通过实验制作一个简易的温控装置，实验原理电路图如
图11–1 图所示，继电器与热敏电阻 Rt、滑动变阻器 R串联接在电源E两端，当继电器的
电流超过 15 mA 时，衔铁被吸合，加热器停止加热，实现温控．继电器的电阻约为20
Ω，热敏电阻的阻值 Rt与温度t的关系如下表所示
（1）提供的实验器材有：电源E1（3 V，内阻不计）、电源E2（6 V，内阻不计）、滑动
变阻器 R1（0~200 Ω）、滑动变阻器 R2（0~500 Ω）、热敏电阻 Rt，继电器、电阻箱
（0~999.9 Ω）、开关 S、导线若干．
为使该装置实现对 30~80 ℃之间任一温度的控制，电源E应选用 （选填“E1”
或“E2”），滑动变阻器 R应选用 （选填“R1”或“R2”）．
R1
RT
AY
+5V
3
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