光敏電阻和三極管制作光控開關(guān)的要點(diǎn)分析

光敏電阻和三極管制作光控開關(guān)的要點(diǎn)分析摘要：本文將基于現(xiàn)有高中教材中光敏電阻和三極管制作光控開關(guān)實(shí)驗(yàn)的不足，合理提出實(shí)驗(yàn)改進(jìn)方法及要點(diǎn)，解決現(xiàn)有教材實(shí)驗(yàn)中存在的不足，并通過實(shí)驗(yàn)加深學(xué)生對(duì)“轉(zhuǎn)換電路”作用的理解和認(rèn)知，達(dá)成實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)。關(guān)鍵詞：光敏電阻；三極管；光控開關(guān)；制作要點(diǎn)前言：隨著物聯(lián)網(wǎng)、自動(dòng)化、智能化等技術(shù)的快速發(fā)展和普及，如今社會(huì)對(duì)于傳感器技術(shù)的重視也在持續(xù)提升。教育領(lǐng)域作為未來科學(xué)技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)，其也將傳感器技術(shù)視作為重要教學(xué)內(nèi)容。不過結(jié)合實(shí)際情況來看，很多傳感器所輸出的信號(hào)均相對(duì)較弱，想要對(duì)其進(jìn)行充分利用，就需要沖突轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行信號(hào)轉(zhuǎn)換、放大處理。傳感器作為高中物理的重要組成內(nèi)容，由于學(xué)生電子電路相關(guān)知識(shí)能力較為薄弱，復(fù)雜的轉(zhuǎn)換電路將會(huì)加大學(xué)生的學(xué)習(xí)難度。因此，為能夠提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，提出一種簡(jiǎn)化傳感器工作電路將具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。一、現(xiàn)有高中教材管控開關(guān)實(shí)驗(yàn)中存在的不足高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)教科書人教版選修3-2中介紹了光敏開關(guān)的實(shí)驗(yàn)電路，具體電路構(gòu)成如圖1所示。圖1高中物料教材管理開關(guān)電路示意圖此電路的基本原理是基于光敏電阻阻值水光照強(qiáng)度變化而變化的特性達(dá)成自動(dòng)控制效果。若是在沒有光照的環(huán)境下，光敏電阻RG的阻值便會(huì)提升，此時(shí)斯密特觸發(fā)器的輸入端電平將會(huì)呈現(xiàn)為高電平（A），而輸出端電平則會(huì)呈現(xiàn)為低電平（Y），Y側(cè)的實(shí)際輸出電壓相對(duì)較高，促使執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)作，電路中的發(fā)光二極管點(diǎn)亮；若是當(dāng)前環(huán)境存在光照，那么光敏電阻RG的阻值將會(huì)隨著光照強(qiáng)度的提升而持續(xù)下降，此時(shí)斯密特觸發(fā)器的輸入端電平將會(huì)呈現(xiàn)為高端平（A），而輸出端電平則會(huì)轉(zhuǎn)換為高端平（Y），實(shí)際Y側(cè)的輸出電壓相對(duì)較小，不會(huì)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)作，以至于電路中發(fā)光二極管不工作。不過，上述電路中RG和R1共同構(gòu)成串聯(lián)分壓電路，但光敏電阻的阻值隨著光照強(qiáng)度而持續(xù)變化時(shí)，其所轉(zhuǎn)化的電壓也在不斷變化，變化后的電路信號(hào)將會(huì)傳遞給斯密特觸發(fā)器，由斯密特觸發(fā)器來實(shí)現(xiàn)電壓控制效果。但斯密特觸發(fā)器作為一種集成電路，其實(shí)際電路結(jié)構(gòu)和工作原理均相對(duì)復(fù)雜，高中生電子電路相關(guān)知識(shí)較為薄弱，對(duì)其理解難度較大，想要提高學(xué)生對(duì)于此光控開關(guān)的理解效果，就需要教師進(jìn)一步講述斯密特觸發(fā)器的工作原理及內(nèi)部集成電路，其勢(shì)必會(huì)加大學(xué)生的理解難度，不利于學(xué)生的快速理解和學(xué)習(xí)。二、光敏電阻和三極管制作光控開關(guān)的要點(diǎn)針對(duì)現(xiàn)有高中物理教材中光控開關(guān)的不足，筆者提出一種由開關(guān)三極管來替代斯密特觸發(fā)器的光敏開關(guān)設(shè)計(jì)，此設(shè)計(jì)的實(shí)際電路如圖2所示。圖2基于光敏電阻和三極管的光控開關(guān)電路示意圖雖然學(xué)生同樣沒有接觸過改進(jìn)后電路中所采用的開關(guān)三極管，但相對(duì)于現(xiàn)有教材中光敏開關(guān)電路中所采用的斯密特觸發(fā)器來說明，開關(guān)三極管的工作原理更加簡(jiǎn)單，所以采用開關(guān)三極管以后，不僅可以降低教師的教學(xué)難度，還可以提高學(xué)生的理解效果，更有利于實(shí)施光敏開關(guān)實(shí)驗(yàn)教學(xué)。之所以會(huì)選用開關(guān)三極管作為替代電子元器件，主要原因在于開關(guān)三極管不僅具有電流轉(zhuǎn)換、電流放大作用，而且還具有電路短路、接通等電子開關(guān)控制作用，是一種集電壓導(dǎo)通、電流控制于一體的電子元器件，可以有效滿足光控開關(guān)的實(shí)際制作要求，所以在綜合分析研究后，最終采用了開關(guān)三極管作為替代電子元器件。在圖2中，電阻R1和光敏電阻RG雖然仍然會(huì)共同組成串聯(lián)分壓電路，并在實(shí)際應(yīng)用過程中會(huì)將光敏電阻的阻值變化轉(zhuǎn)化為電壓變化，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)控制開關(guān)三極管電子通斷效果。在沒有光照的情況下，由于光敏電阻的實(shí)際特性，光敏電阻的實(shí)際阻值將會(huì)達(dá)到較大值，此時(shí)開關(guān)三極管b側(cè)所獲取的電壓相對(duì)較高，而c側(cè)和e側(cè)所獲取的電壓相對(duì)較低，進(jìn)而會(huì)導(dǎo)致電路VT被導(dǎo)通，而c側(cè)和e側(cè)的電路則會(huì)等同于短路，不會(huì)傳遞電流，最終形成一個(gè)由電源、R2、發(fā)光二極管、開關(guān)三極管共同組成的電路回路，并且此回路將會(huì)被導(dǎo)通，促使發(fā)光二極管點(diǎn)亮；若是在有光照環(huán)境下，基于光敏電阻的特性，隨著光照強(qiáng)度的不斷提升，光敏電阻的阻值持續(xù)減小，此時(shí)開關(guān)三極管b側(cè)所獲取的電壓相對(duì)較低，電路VT將不會(huì)導(dǎo)通，也不會(huì)形成一個(gè)可以促使發(fā)光二極管運(yùn)作的導(dǎo)通回路，導(dǎo)致發(fā)光二極管不運(yùn)作。此電路回路相對(duì)簡(jiǎn)單，實(shí)際電流流向也較為明確，并且不存在現(xiàn)有教材中所采用集成電路式設(shè)計(jì)，所以將會(huì)有效降低學(xué)生的理解難度。在實(shí)際實(shí)驗(yàn)過程中，教師講述完原理及光敏開關(guān)制作方法以后，后續(xù)所有內(nèi)容均可以由學(xué)生自己動(dòng)手來完成，促使學(xué)生不用集成電路實(shí)驗(yàn)板，也可以完成光敏開關(guān)電路的自行制作。具體分析后可以發(fā)現(xiàn)，改進(jìn)后電路中的被控對(duì)象仍然是發(fā)光二極管，其在實(shí)際實(shí)驗(yàn)中僅需要較小的電流便可以被點(diǎn)亮，促使整體實(shí)驗(yàn)過程中對(duì)光控開關(guān)的模擬效果較好，制作難度較低。但若是想要驅(qū)動(dòng)更大功能的電子設(shè)備運(yùn)作，就需要通過在電路中引入繼電器來啟動(dòng)另外的供電電源，以此來滿足電子設(shè)備的實(shí)際運(yùn)作要求。以白熾燈作為被控對(duì)象后，繼續(xù)對(duì)光控開關(guān)電路進(jìn)行優(yōu)化完善，進(jìn)而獲取到圖3中的電路。圖3大功率光控開關(guān)電路示意圖在此電路運(yùn)作時(shí)，若是電路中的開關(guān)三極管處于導(dǎo)通狀態(tài)，那么b側(cè)的電流將會(huì)相對(duì)較少，而c側(cè)的電流則會(huì)相對(duì)較大，只要c側(cè)的電流足夠驅(qū)動(dòng)繼電器運(yùn)作，那么電路中開關(guān)Ja便會(huì)有效閉合，進(jìn)而控制白熾燈L工作，而其他方面則基本上與不設(shè)置繼電器的簡(jiǎn)單光控開關(guān)電路保持一致，兩者雖然具體設(shè)計(jì)存在一定差異，但均可以達(dá)成光控開關(guān)的效果。三、結(jié)束語綜上所述，現(xiàn)有高中物理教材中所采用的光控開關(guān)設(shè)計(jì)電路存在集成電路這一不足，將會(huì)極大提高學(xué)生的學(xué)習(xí)和理解難度。對(duì)此，本文提出了一種開關(guān)三極管替代集成電路的光控開關(guān)設(shè)計(jì)電路，此電路不僅適用于發(fā)光二極管等低電流電子設(shè)備的光控實(shí)驗(yàn)使用，也可以在進(jìn)行適當(dāng)修改后運(yùn)用于白熾燈等大功率電子設(shè)備的光控實(shí)驗(yàn)使用，具有較強(qiáng)普適性和實(shí)用性，值得在當(dāng)前高中物理傳感器原理講解和教學(xué)過程中進(jìn)行使用，進(jìn)而加深學(xué)生對(duì)于傳感器的理解和學(xué)習(xí)。參考文獻(xiàn)[1]葉升印,梁晉瑋,曹群生.一款光控頻率選擇表面的器件開關(guān)特性研究[J].微