現(xiàn)實(shí)自動(dòng)控制電阻類型分析之光敏電阻

華慶富

光敏電阻器又稱光導(dǎo)管，特性是在特定光的照射下，其阻值迅速減小，可用于檢測(cè)可見(jiàn)光。光敏電阻器是利用半導(dǎo)體的光電效應(yīng)制成的一種電阻值隨入射光的強(qiáng)弱而改變的電阻器，它對(duì)光線十分敏感，它的電阻值能隨著外界光照強(qiáng)弱（明暗）變化而變化。它在無(wú)光照射時(shí)，呈高阻狀態(tài)；當(dāng)有光照射時(shí)，其電阻值迅速減小。如聲控?zé)糁胁捎昧斯饷綦娮杵髯鳛榘滋炜刂茻艄獾难b置。通常情況下，光敏電阻器都制成薄片結(jié)構(gòu)，以便吸收更多的光能。

例1.在晝夜明燈的地下停車場(chǎng)，駕駛員根據(jù)車位入口上方的紅綠燈入停。圖1是小吳設(shè)計(jì)的自動(dòng)控制電路圖，將光控開(kāi)關(guān)（遮光時(shí)開(kāi)關(guān)閉合）裝在每個(gè)車位地面中央，紅綠燈裝在車位入口上方。當(dāng)車位未停車時(shí)綠燈亮，當(dāng)車位已停車時(shí)紅燈亮，則圖中L1、L2（ ）。

A.都是紅燈 B.都是綠燈

C.L1是紅燈，L2是綠燈 D.L1是綠燈，L2是紅燈

【解析】本題旨在考查電磁鐵的工作過(guò)程的知識(shí)，考查同學(xué)們對(duì)電磁鐵原理的理解。根據(jù)光控開(kāi)關(guān)的作用，分析左側(cè)控制電路的通斷，再分析兩燈的工作狀態(tài)即可解題。

由題意可知，當(dāng)車位已停車時(shí)，光控開(kāi)關(guān)被遮光而閉合，由圖1可知，此時(shí)左側(cè)控制電路連通，電磁繼電器中的電磁鐵產(chǎn)生磁性，吸下銜鐵，L2燈泡電路被接通，所以L2為紅燈；當(dāng)車位未停車時(shí)，光控開(kāi)關(guān)有光照而斷開(kāi)，電磁鐵中無(wú)磁性，彈簧將銜鐵拉起，L1電路接通而發(fā)光，所以L1為綠燈。故答案為D。

【點(diǎn)撥】本題考查電磁繼電器的應(yīng)用，但理解光控開(kāi)關(guān)遮光時(shí)開(kāi)關(guān)閉合，未遮光開(kāi)關(guān)斷開(kāi)是解題的關(guān)鍵。

例2.為倡導(dǎo)節(jié)能環(huán)保，某科研機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)了新型路燈，工作原理如下圖所示。

控制電路中R2為半導(dǎo)體硅制成的光敏電阻，R2阻值隨光強(qiáng)（國(guó)際單位坎德拉，符號(hào)：cd）變化的規(guī)律如表1所示。工作電路中開(kāi)關(guān)S2的狀態(tài)由R2兩端的電壓決定：光照足夠強(qiáng)時(shí)，R2兩端的電壓很小，開(kāi)關(guān)S2與b點(diǎn)接觸，處于斷開(kāi)狀態(tài)，路燈L關(guān)閉；當(dāng)光強(qiáng)降為20cd時(shí)，R2兩端的電壓剛好升至2V。開(kāi)關(guān)S2與c點(diǎn)接觸，電路接通，路燈L正常工作。

已知，控制電路和工作電路中電源電壓分別為6V和220V，路燈L正常工作時(shí)電流為1A。求：

（1）若路燈L每天正常工作8小時(shí)，其消耗的電能；

（2）工作電路剛好接通時(shí)，R1接入電路的阻值；

（3）保持R1接入電路的阻值不變，當(dāng)R2兩端的電壓為1V時(shí)，R2的阻值是多大？分析表格中光強(qiáng)與電阻數(shù)據(jù)的規(guī)律，確定此時(shí)光強(qiáng)是多大；

（4）為了節(jié)約能源，使路燈更晚一些打開(kāi)，應(yīng)怎樣調(diào)節(jié)R1。

【解析】（1）由于工作電路圖中只有路燈L，已知電源電壓、路燈L正常工作電流和工作時(shí)間，由W=UIt計(jì)算其消耗電能。

由題路燈兩端電壓U=220V，正常工作電流1A，所以正常工作8小時(shí)消耗的電能：

W=UIt=220V×1A×8×3600s=6.336×106J；

（2）控制電路圖中R1與R2串聯(lián)，工作電路接通時(shí)R2電壓為2V，由表格數(shù)據(jù)知此時(shí)R2的電阻大小，再由歐姆定律計(jì)算電路中電流。

當(dāng)光強(qiáng)度為20cd時(shí)，R2兩端的電壓剛好升至2V，再關(guān)S2與c點(diǎn)接觸，電路接通，路燈L正常工作。

由表格數(shù)據(jù)可知，當(dāng)光照強(qiáng)度為20cd時(shí)，R2的阻值為10Ω，又因?yàn)橛每刂齐娐分蠷1與R2串聯(lián)，

所以I1=I2=[U2R2]=[2V10Ω]=0.2A，

U1=U′-U2=6V-2V=4V，

所以R1=[U1I1]=[4V0.2A]=20Ω；

（3）保持R1接入電路的阻值不變，當(dāng)R2兩端的電壓為1V時(shí)，根據(jù)串聯(lián)電路特點(diǎn)，根據(jù)歐姆定律計(jì)算出電路中電流，從而求得R2的阻值。

U1′=U′-U2′=6V-1V=5V，

所以I2′=I1′=[U1′R1]=[5V20Ω]=0.25A，

R2的阻值：R2=[U2′I2′]=[1V0.25A]=4Ω；

由表格數(shù)據(jù)可知，R2的電阻與光強(qiáng)成反比，由表格第一次電阻40Ω時(shí)，光強(qiáng)為5cd，則電阻為4Ω時(shí)，光強(qiáng)為50cd；

（4）使路燈L要晚一些燈打開(kāi)，即光強(qiáng)變小，R2阻值變大，為使其電壓仍為2V時(shí)接通工作電路，根據(jù)串聯(lián)電路的分壓原理，R1的阻值應(yīng)適當(dāng)調(diào)大。

【答案】（1）若路燈L每天正常工作8小時(shí)，其消耗的電能為6.336×106J；

（2）工作電路剛好接通時(shí)，R1接入電路的阻值20Ω；

（3）保持R1接入電路的阻值不變，當(dāng)R2兩端的電壓為1V時(shí)，R2的阻值是4Ω，此時(shí)光強(qiáng)是50cd；

（4）為了節(jié)約能源，使路燈L要晚一些打開(kāi)，R1的阻值應(yīng)適當(dāng)調(diào)大。

【點(diǎn)撥】本題考查了電能、電阻的計(jì)算，要明確題意，正確分析工作電路和控制電路的電路結(jié)構(gòu)，關(guān)鍵是從表格找到在不同光強(qiáng)R2電阻值。