高中通用技術(shù)選考系統(tǒng)復(fù)習(xí)課時(shí)電路的設(shè)計(jì)-輸入部分控制部分輸出部分

第五章綜合電路分析課時(shí)45電路的設(shè)計(jì)——輸入部分、控制部分、輸出部分1．電路的設(shè)計(jì)常考查電路的連線，即對(duì)電子控制系統(tǒng)工作過(guò)程進(jìn)行考查。電子控制系統(tǒng)的工作過(guò)程分析：(1)明確目標(biāo)：明確給定電子控制系統(tǒng)的功能，即控制系統(tǒng)最初的輸入量和最終的被控量。(2)化整為零：要把控制系統(tǒng)劃分為輸入、控制(處理)和輸出三個(gè)部分。然后分別對(duì)每個(gè)部分的輸入和輸出進(jìn)行分析(有時(shí)這三個(gè)部分可能會(huì)有共同的元器件)，列出每個(gè)部分的輸入、輸出的真值表。(3)統(tǒng)籌分析：分析時(shí)既要分析各個(gè)部分，同時(shí)又要從全局角度綜合考慮這些部分。2．電路的設(shè)計(jì)步驟(1)明確功能模塊所完成的控制信號(hào)的傳輸線路；(2)確定所需的元器件；(3)分辨信號(hào)線、電源正、電源負(fù)；(4)完成線路的連接、設(shè)計(jì)。3．電路設(shè)計(jì)的連線方法(1)輸入部分(設(shè)定值)輸入部分(傳感器電路)的設(shè)計(jì)分為以下兩種，獲得模擬信號(hào)：光敏電阻、熱敏電阻、濕敏電阻；獲得數(shù)字信號(hào)：水位探頭、干簧管。①輸入部分一般由電阻器和傳感器組成，首先要明確所連傳感器的特性，如隨溫度、濕度、光照等變化，阻值如何變化。②電阻器應(yīng)與傳感器串聯(lián)連接，中間去接數(shù)字電路的輸入端，或三極管的基極，傳感器的位置要根據(jù)電路工作原理確定(如圖a所示)。③若控制有上、下限，則應(yīng)把電阻器和傳感器組成兩個(gè)串聯(lián)電路，中間分別接數(shù)字集成電路的兩輸入端，兩傳感器一般同在上或下部，上和下要根據(jù)電路工作原理確定。④輸入部分的電路一般由傳感器、可變電阻和低壓直流電源相互串聯(lián)構(gòu)成，在傳感器與可變電阻之間引出一條導(dǎo)線連在控制(處理)部分，這樣可以將非電量信號(hào)的變化轉(zhuǎn)變成電信號(hào)。一般的形式如圖b或圖c所示，根據(jù)電路功能的需要選擇圖b或圖c的電路連接方式。若只需要一個(gè)輸入端，則輸入電路的引線端一定連在控制(處理)部分，電路的兩端根據(jù)電路要求，一端接電源，另外一端連接公共端；若需要有兩個(gè)或多個(gè)輸入端，則只需要將每一個(gè)輸入電路的引線連到控制(處理)部分，每一個(gè)輸入電路的兩端根據(jù)電路要求，一端接電源，另外一端接公共端。(2)控制(處理)部分①考查三極管類型的選擇(NPN或PNP)②集成芯片JN6201、CB7555、CF741的引腳分布必須牢固掌握。③考查集成電路和觸發(fā)器(與非門觸發(fā)器、或非門觸發(fā)器)。電路設(shè)計(jì)中數(shù)字集成電路連線方法：a．先接好集成電路的電源和地，VCC(或VDD)腳接電源，GND(或VSS)腳接地；b．根據(jù)要求選取集成電路中某個(gè)或幾個(gè)門電路連線。門電路連線時(shí)注意：a．分清輸入與輸出腳(只1腳)；b．第1個(gè)門電路輸入端接控制電路有傳感器的輸入部分；c．中間前1個(gè)門電路輸出端與下1個(gè)門電路輸入端相連；d．最后1個(gè)門電路輸出端與控制電路的輸出部分相連。④考查三極管代替復(fù)合管。(等效法)注：a．復(fù)合管放大倍數(shù)β＝β1×β2。b．復(fù)合管與多級(jí)放大區(qū)別：多級(jí)放大電路，兩支三極管的集電極回路是獨(dú)立的；而復(fù)合管的兩支極管，有兩個(gè)管腳是直接連接在一起的。在電路中，復(fù)合管的兩支三極管，對(duì)電路只呈現(xiàn)e、b、c三個(gè)電極。第一個(gè)三極管的集電極或發(fā)射極作為第二個(gè)三極管的基極構(gòu)成復(fù)合管，電流能夠流通，不出現(xiàn)碰頭現(xiàn)象(若碰頭則不能構(gòu)成復(fù)合管)。復(fù)合管的工作狀態(tài)與單個(gè)三極管的工作狀態(tài)一致。⑤考查三極管之間相互替換例１［２０２１．１浙江］如圖ａ所示是某學(xué)校的防疫通道閘機(jī)，小明為其設(shè)計(jì)了如圖ｂ所示的實(shí)驗(yàn)電路。人臉識(shí)別正確時(shí)Ａ點(diǎn)（或Ｂ點(diǎn)）為高電平，體溫檢測(cè)正常時(shí)Ｅ點(diǎn)為高電平。當(dāng)Ａ點(diǎn)和Ｅ點(diǎn)同時(shí)為高電平，或者Ｂ點(diǎn)為高電平時(shí)，Ｖ７發(fā)光，代表閘門打開(kāi)；人在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)通過(guò)進(jìn)校（或出校）檢測(cè)傳感器時(shí)，Ｖ１（或Ｖ４）發(fā)出的光被遮擋，Ｖ８發(fā)光，代表閘門關(guān)閉。人離開(kāi)人臉識(shí)別檢測(cè)區(qū)時(shí)，Ａ點(diǎn)（或Ｂ點(diǎn)）為低電平；延時(shí)器輸出的高電平比Ａ點(diǎn)（或Ｂ點(diǎn)）高電平的持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)５秒。請(qǐng)完成以下任務(wù)。B(1)校時(shí)人臉識(shí)別不正確，Ｄ點(diǎn)的平為_(kāi)_____（在“A.高電平；B.低電平；C.不能確定”中選擇合適的選項(xiàng)，將序號(hào)填入“____”處）；(2)如圖所示，電機(jī)（M）電流從“+”到“-”，電機(jī)正轉(zhuǎn)，打開(kāi)閘門；電機(jī)電流從“－”到“＋”，電機(jī)反轉(zhuǎn)，關(guān)閉閘門。請(qǐng)?jiān)谔摼€框內(nèi)設(shè)計(jì)繼電器控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)的電路，并標(biāo)明J1、J2，要求三極管采用共發(fā)射極接法。提供的元件有：2個(gè)（４）小明調(diào)試閘機(jī)時(shí)發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)電路存在問(wèn)題，在出校人臉識(shí)別正確時(shí)，____（在“Ａ．人未出校，閘門的打開(kāi)與關(guān)閉間隔５秒交替進(jìn)行；Ｂ．閘門打開(kāi)又立刻關(guān)閉；Ｃ．閘門打開(kāi)后人離開(kāi)閘機(jī)返回校內(nèi)，門保持開(kāi)啟；Ｄ．人在閘門打開(kāi)５秒內(nèi)已出校，閘門仍延時(shí)至５秒關(guān)閉”中選擇合適的選項(xiàng)，將序號(hào)填入“____”處）。(3)請(qǐng)使用合適的邏輯門，補(bǔ)全題圖C(2)(3)【解析】（１）人臉識(shí)別不正確，Ａ點(diǎn)為低電平，Ｖ３截止，Ｖ２截止，則Ｄ點(diǎn)為低電平，故答案選Ｂ。（２）Ｖ７發(fā)光，電機(jī)正轉(zhuǎn)，電流從“＋”到“－”，代表閘門打開(kāi)，此時(shí)Ｆ為低電平，Ｇ為高電平，繼電器Ｊ１吸合工作，所以Ｇ端點(diǎn)連接ＮＰＮ型極管（高電平觸發(fā)）共發(fā)射極繼電器Ｊ１電路；Ｖ８發(fā)光，電機(jī)反轉(zhuǎn)，電流從“－”到“＋”，此時(shí)Ｆ為高電平，Ｇ為低電平，繼電器Ｊ２吸合工作，所以Ｆ端點(diǎn)連接ＮＰＮ型三極管（高電平）共發(fā)射極繼電器Ｊ２電路。（（３）根據(jù)題干可知，標(biāo)記關(guān)鍵點(diǎn)分析：進(jìn)校時(shí)，Ａ點(diǎn)和Ｅ點(diǎn)同時(shí)為１時(shí)，Ｖ７發(fā)光，代表閘門打開(kāi)，則Ｇ為１，Ｆ為０，所以Ｉ為０，Ｈ為１，所以下面的或門的輸入端都是００，上面的或門有１出１。而Ａ為１時(shí)，Ｖ３導(dǎo)通，Ｖ２導(dǎo)通，光線沒(méi)有遮擋，Ｄ＝０，這時(shí)Ｂ＝０，Ｃ＝０。同理，出校時(shí)，Ｂ＝１，Ｃ＝０，這時(shí)Ａ＝０，Ｄ＝０。所以Ｃ點(diǎn)和Ｄ點(diǎn)連在下面的或門，Ａ點(diǎn)和Ｅ點(diǎn)同時(shí)為高電平或Ｂ點(diǎn)為高電平時(shí)，連在上面的或門。（４）進(jìn)校時(shí)A點(diǎn)（人臉識(shí)別正確）和E點(diǎn)（體溫檢測(cè)正常）為1時(shí)，H出1，此時(shí)人沒(méi)有經(jīng)過(guò)進(jìn)校（光線）檢測(cè)區(qū)，A為1，C為0，B為0，D也為0，所以I為0，此時(shí)G為1，F(xiàn)為0，閘機(jī)打開(kāi)。當(dāng)人臉離開(kāi)識(shí)別和體溫檢測(cè)區(qū)時(shí)，A、E為0，故此時(shí)H和I均為0，保持打開(kāi)；當(dāng)人臉離開(kāi)識(shí)別和體溫檢測(cè)區(qū)后，延時(shí)５秒高電平，人進(jìn)入進(jìn)校（光線）檢測(cè)區(qū)時(shí)，Rg１阻值變大，Ｄ為1，I為1，H仍為0，所以F為１，G為0，閘機(jī)關(guān)閉；人經(jīng)過(guò)進(jìn)校（光線）檢測(cè)區(qū)后Rg１受光照影響阻值變小，Ｄ為0，I為0，H為0，保持關(guān)閉。當(dāng)出現(xiàn)人臉識(shí)別正確并離開(kāi)識(shí)別檢測(cè)區(qū)后，但人沒(méi)有經(jīng)過(guò)出校（光線）檢測(cè)區(qū)，會(huì)導(dǎo)致閘機(jī)打開(kāi)后，保持打開(kāi)狀態(tài)。同理出校時(shí)也會(huì)經(jīng)歷閘機(jī)打開(kāi)，保持打開(kāi)，閘機(jī)關(guān)閉，保持關(guān)閉的過(guò)程。人一旦5秒內(nèi)能經(jīng)過(guò)出校（光線）檢測(cè)區(qū)，閘機(jī)正常關(guān)閉（有可能時(shí)間不到5秒），如果人未經(jīng)過(guò)出校（光線）檢測(cè)區(qū)，閘機(jī)不會(huì)關(guān)閉（不受延時(shí)器控制）。例2[2020.1浙江]小明去大田港旁邊的東方湖游玩，看到當(dāng)大田港水位明顯高于東方湖水位時(shí)，管理人員就將進(jìn)水閘門打開(kāi)，讓大田港的清水注入東方湖；當(dāng)東方湖的水位上漲到與大田港水位相同或大田港的水變渾時(shí)，就關(guān)閉閘門?；貋?lái)后小明設(shè)計(jì)了如圖所示的進(jìn)水閘門控制實(shí)驗(yàn)電路，用發(fā)光二極管V1和光敏電阻Rg來(lái)檢測(cè)水的清澈程度，用水位差檢測(cè)傳感器的觸點(diǎn)d1與d2、d3的接觸狀態(tài)反映大田港水位與東方湖水位的變化狀態(tài)。普通二極管和三極管均為硅管。IC為電壓比較器，V＋>V－時(shí)輸出高電平，V＋<V－時(shí)輸出低電平。請(qǐng)完成以下任務(wù)。(1)當(dāng)水的清澈度下降時(shí)，V2集電極電位________(在A.下降；B.上升；C.不變中選擇合適的選項(xiàng)，將序號(hào)填入“________”處)；(2)當(dāng)水清澈時(shí)，水位差檢測(cè)傳感器觸點(diǎn)d1與d2接觸，V6發(fā)光；觸點(diǎn)d1與d3接觸，V7發(fā)光；觸點(diǎn)d1與d2、d3均不接觸，V6、V7保持原來(lái)的發(fā)光狀態(tài)。當(dāng)水變渾時(shí)，無(wú)論d1處于什么位置，都是V7發(fā)光。請(qǐng)你用不超過(guò)四個(gè)2輸入或非門設(shè)計(jì)虛線框位置的電路，實(shí)現(xiàn)上述功能；(3)小明對(duì)設(shè)計(jì)好的電路進(jìn)行調(diào)試，發(fā)現(xiàn)水變渾時(shí)V6沒(méi)有熄滅，V7也不發(fā)光。以下調(diào)整措施中不起作用的是________(在A.減小R5；B.減小R4；C.減小R2中選擇合適的選項(xiàng)，將序號(hào)填入“________”處)；BA(2)(4)小明準(zhǔn)備用兩個(gè)繼電器來(lái)控制電機(jī)的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)，當(dāng)V6發(fā)光時(shí)，電機(jī)正轉(zhuǎn)(流過(guò)電機(jī)的電流由“＋”到“－”)，當(dāng)V7發(fā)光時(shí)，電機(jī)反轉(zhuǎn)(流過(guò)電機(jī)的電流由“－”到“＋”)。請(qǐng)?jiān)谔摼€框位置設(shè)計(jì)電機(jī)的控制電路，并標(biāo)明J1、J2，要求三極管采用共發(fā)射極接法。提供的元件有：1個(gè)NPN型三極管和1個(gè)PNP型三極管、2個(gè)電阻、2個(gè)普通二極管、2個(gè)繼電器(每個(gè)繼電器只有2個(gè)常開(kāi)觸點(diǎn))。(4)方案一：方案二：【解析】本題考查電路的綜合能力應(yīng)用。(1)當(dāng)水清澈度下降，V1的光照減弱，Rg的電阻變大，三極管V2的基極電壓變小，三極管趨近于截止?fàn)顟B(tài)，集電極電位上升。(2)根據(jù)條件得知C點(diǎn)與d1、d2有關(guān)，A點(diǎn)與d1、d3有關(guān)；由燈亮情況反向分析，如圖所示，當(dāng)V6發(fā)光時(shí)，R為0，S為1(只是標(biāo)記一下，R和S可以更換)結(jié)合或非門的邏輯關(guān)系，有1出0；當(dāng)V7發(fā)光時(shí)，R為1，結(jié)合清晰度低，V7一直