第15课 比较器电路的识读-【精彩三年】2024-2025学年高中通用技术选择性必修1课程探究与巩固PPT课件（苏教版2019）

第五章│电子控制系统的设计及其应用 ——5　电子控制系统的设计及其应用，教材P111～112 第15课　比较器电路的识读 新课程目标 1．掌握比较器(运算放大)芯片的引脚及功能。　2.能分析常见的比较器电路。 目录 CONTENTS 教材整体感悟 知本与探源 01 02 命题整体感知 尝试与研析 01 教材整体感悟 知本与探源 教材整体感悟 知本与探源 设计一个电热供水的浴室热水温度自动控制系统 应用CF741运算放大器，设计电路图如图所示。 工作过程描述：当温度低于预设温度时，输出电压为高电平，VD1点亮，晶体三极管VT导通，继电器触点J——1吸合，电热器通电，对水加热； 教材整体感悟 知本与探源 当温度超过预设温度时，输出电压为低电平，VD2点亮，晶体三极管VT截止，继电器释放，触点J——1断开，电热器停止加热。 教材整体感悟 知本与探源 本课核心点 · 重难点 1．比较器基本结构与功能 比较(运算放大)器，常见的封装外形有圆壳式外形和直插式外形，目前主要是后者。 教材整体感悟 知本与探源 (1)以8引脚为例，认识芯片引脚排列图，在电路图中人们通常用电路符号图来表示其中一个比较器，通常体现出3个引脚，但是不能直接认为比较器的引脚个数为3。 教材整体感悟 知本与探源 (2)引脚功能 7脚接高电源，4脚接低电源。 输入端两个，引脚2和引脚3；输出端一个：引脚6。输入输出的电位关系：   输入条件 输出电平 实际情况 U3(U＋)>U2(U－) U6出高电平 U6＝＋VCC U3(U＋)<U2(U－) U6出低电平 U6＝－VCC U3(U＋)＝U2(U－)   U6＝((＋VCC＋(－VCC))/2)(具体看电源的数值) 教材整体感悟 知本与探源 2．比较器反馈区间：利用CMOS芯片输出信号，返回输入端实现区间控制 如图所示，这是温度控制电路，IC是电压比较器。当温度低于33 ℃时，加热器开始加热(继电器J吸合)，当温度达到38 ℃时，停止加热。 教材整体感悟 知本与探源 电路分析：画出等效电路。 (1)加热时，IC出1(VCC)，画出等效电路可知，在低温向高温变化过程中，该电路起作用，RP2对上限有效。 (2)不加热时，IC出0(接地)，画出等效电路可知，在高温向低温变化过程，该电路起作用，RP2对下限有效。 (3)在RP2端串联二极管，可以实现RP2只控制某一极限，如图情况下只对上限有效。 教材整体感悟 知本与探源 第(1)题图 第(2)题图 第(3)题图 02 命题整体感知 尝试与研析 命题整体感知 尝试与研析 例1 如图所示，这是某简易高温报警装置的电路图。已知RT是负温度系数的热敏电阻。电压比较器IC的3脚电位大于2脚电位时，1脚输出高电平；反之，1脚输出低电平。下列关于该电路的下列说法中，不正确的是(　　) A．RP1一定的情况下，RP2调大，报警温度会增加 B．温度越高，RT的电阻越小 C．RP2一定的情况下，RP1调小，报警温度会降低 D．1脚输出高电平时，V1导通，V2发光 C 命题整体感知 尝试与研析 【解析】 RP2一定的情况下，RP1调小，报警温度会增加。故选项C正确。 命题整体感知 尝试与研析 变式1 如图所示，当温度低于设定温度时，电热丝加热；当温度高于一定的温度，电热丝停止加热。下列说法不正确的是(　　) A．二极管V2反接的目的主要是保护三极管V1 B．电压比较器可以实现模拟信号转化为数字 信号功能 C．若想调高设定温度，可以将RP2滑片向下调节或RP4滑片向上调节 D．电路中电阻R若采用可调电阻，能对温度的设定产生影响 D 命题整体感知 尝试与研析 【解析】 比较器是数字芯片，所以改变输出端，不会影响输入设置，选项D符合题意。 命题整体感知 尝试与研析 变式2 小通同学搭建了一个粮库温、湿度模拟控制系统的电路，选择湿敏电阻和热敏电阻作为传感器，当粮库的温度或湿度过高时开启相应的控制装置(M1、M2)进行降温和除湿。其中G1、G2为集成运算放大器，其输入输出的逻辑关系见下表。下列关于该电路的说法中，正确的是(　　) D 命题整体感知 尝试与研析 A．采用负温度系数的热敏电阻和负系数的湿度传感器 B．当温度高时M1会转，当湿度低时M2停止转动 C．M2转动时V2的Vec(发射极与集电极的电压降)比M2不转时的Vec大 D．R7往上移动，使湿度更低，温度更低时电机M1与M2才能运转 【解析】 选项B，线圈J1控制触点开关J1——1，反推得到M1是湿度控制电机，选项错误；选项A，M1工作→J1——1吸合→V1导通→G1输出1→结合湿度高运转，则RS是负系数湿敏电阻。M2工作→J2——1吸合→V2导通→G2输出0→结合温度度高运转，则RT是正系数热敏电阻，选项 命题整体感知 尝试与研析 错误；选项C，转动时V2的Vec(发射极与集电极的电压降)比M2不转时的Vec小，选项错误。 命题整体感知 尝试与研析 例2 如图所示，这是某电脑机箱温度控制电路，当机箱温度高于60 ℃时，通风电扇M工作，使温度下降；当机箱温度低于40 ℃时，M停止工作。下列关于该电路的说法中，不正确的是(　　) A．RT为正温度系数电阻 B．该继电器J至少有6个引脚 C．改变RP1阻值可以调节温度上限 D．改变RP2阻值，温度上限、温度下限都会发生变化 C 命题整体感知 尝试与研析 【解析】 温度升高时通风扇M工作，所以输出高电平V＋＞V－，RT1阻值升高，RT为正温度系数热敏电阻。当加热时，J——2闭合，RP1和R1并联，总电阻变小，所以V＋还是大于V－，通风扇继续工作，直到温度低于下限，RT1阻值很小时，V＋＜V－，停止工作。RP1只和温度下限有关，和上限无关，选项C错误。继电器有两个常开触点，加上线圈，至少应该有6个引脚。 命题整体感知 尝试与研析 变式1 如图所示，这是小明设计的花盆土壤湿度控制电路。当湿度低于25%时电动机开始启动喷水，当湿度高于60%时电动机关闭停止喷水。RS1、RS2是同型号的湿敏电阻，二极管、三极管均为硅管，比较器功能：当V＋>V－时输出高电平，当V＋<V－时输出低电平。下列关于该电路的分析中，不正确的是(　　) C 命题整体感知 尝试与研析 A．A、B点为模拟信号，E点为数字信号 B．土壤湿度范围确定后，RP1阻值大于RP2阻值 C．若调试时发现湿度升高至65%时才停止喷水，则应该调小RP2 D．D点电位降低的过程花盆土壤湿度在升高 【解析】 湿度低于下限时，J——2吸合(J——1也吸合)，三极管V2导通，E点为高电平，V＋为高电平，RS2阻值大，所以RS2为负系数湿敏电阻，RS1与RS2型号相同，也是负系数湿敏电阻。选项A，由于湿度的变化是连续的，所以分压端A、B点的电位变化也是连续的，即A、B点为模拟 命题整体感知 尝试与研析 信号。电压比较器输出非连续变化的电信号，所以E点为数字信号，选项正确；选项B，该电路存在湿度的区间控制功能，湿度高时，电动机关闭停止喷水，此时仅A分压端参与电路输入，只有湿度下降到低于下限湿度时，才能启动电动机开始喷水，说明RS1负责控制湿度下限。触发工作时，RS1阻值(下限)＞RS2阻值(上限)，所以设定RP1和RP2大小时需要满足RP1阻值＞RP2阻值，选项正确；选项C，需要将上限湿度调低，RS2变大，只需将RP2调大即可，选项错误；选项D，D点电位下降说明三极管V1趋于导通，其基极电位在升高，即湿敏电阻阻值在减小，该过程中花盆土壤湿度在升高，选项正确。 命题整体感知 尝试与研析 变式2 如图所示，这是水箱水温控制电路，其中RT为正温度系数热敏电阻；IC是电压比较器，当输入电位V＋>V－时，输出高电平；当输入电位V＋<V－时，输出低电平，当温度低于25 ℃时，加热器开始加热；当温度达到35 ℃时停止加热，若想改变水温控制范围为28 ℃～32 ℃，下列调节措施中快速合理的是(　　) A．先调大RP2，再调小RP1 B．先调小RP1，再调小RP2 C．先调大RP1，再调小RP2 D．先调小RP2，再调大RP1 B 命题整体感知 尝试与研析 【解析】 根据题意，要把上限调低、下限调高，所以应该把RP1调小，RP2调小，选项B正确。 命题整体感知 尝试与研析 例3 [2023·宁波中学检测]如图所示，这是保温箱温度显示电路(设定显示区间20 ℃～30 ℃)。电路中RT是负温度系数热敏电阻，LM393为电压比较器，调整电位器RP1、RP2、RP3用于改变电压比较器输入端的电位VP1、VP2、VP3(始终VP1>VP2)，从而设定温度显示区间。下列分析不正确的是(　　) A．当温度在20 ℃～30 ℃时，VD2亮 B．当温度低于20 ℃时，VD1亮 C．RP1动触点向下移，温度显示区间变大 D．RP3动触点向上移，温度显示区间的上限值和下限值均变小 C 命题整体感知 尝试与研析 【解析】 RT是负系数热敏电阻，温度升高过程中，RT变小，VP3变大，所以上限时VP3最大，下限时VP3最小。题干设定始终VP1＞VP2，所以温度在20 ℃～30 ℃时VP1＞VP3＞VP2，可知IC1控制下限，IC2控制上限。选项A、B正确；选项C，RP1下移，RP1变小，IC2的U＋变小，平衡调节，U－变小，RT变大，温度上限变小，区间变小，选项错误；选项D，RP3同时影响上下限，RP3变大，平衡调节，RT变大，温度变小，选项正确。 命题整体感知 尝试与研析 变式1 如图所示的电路中，RT为负系数热敏电阻，下列用波形表示温度t与Vo的关系中可能的是(　　) A.　　　　 　B.　　　 　 　C.　　 　　　D. A 命题整体感知 尝试与研析 【解析】 当温度达到下限温度及以下时，A点电位最低，电压比较器IC2输出低电位，所以Vo为低电平；当温度达到上限温度及以上时，A点电位最高，电压比较器IC1输出低电平，所以Vo为低电平；当温度介于上下限温度之间时，电压比较器IC1和IC2输出均为高电平，所以Vo为高电平。故选项A正确。 命题整体感知 尝试与研析 变式2 如图所示，这是小明设计的水箱恒温控制电路。当温度低于下限时，继电器吸合，加热器加热；温度高于上限时，继电器断开，加热器不加热。水箱内水位低于安全水位时，加热电路不工作。比较器功能：V＋>V－时输出高电平，V＋<V－时输出低电平。下列分析不合理的是(　　) A．RT为正温度系数热敏电阻 B．水位高于安全水位时，水 位传感器输出高电平 C．RP2触点下移，温度下限降低 D．LED为温度低于下限指示灯 D 命题整体感知 尝试与研析 【解析】 若热敏电阻RT为负温度系数元件，可推出温度太低时上方比较器出0，触发器出0，在水位传感器输出1的情况下，J不工作，不符合题意，故应为正温度系数元件。若水位传感器输出0，继电器J一定关闭。若水位传感器输出1，当其检测温度较低时，电阻较小，信号电平较低，下方比较器输出0，J工作，反之J关停，温度处于上下限之间时J保持。LED与J的工作同步，所以其亮灯意义应为加热指示。 命题整体感知 尝试与研析 例4 如图所示，这是温度控制电路，IC是电压比较器，当输入电位V＋>V－时，输出高电平；当输入电位V＋<V－时，输出低电平。当温度低于33 ℃时，加热器开始加热(继电器J吸合)，当温度达到38 ℃时，停 止加热，下列关于该电路的说法中，正确的是(　　) A．RT是正温度系数热敏电阻 B．将RP1的触点向上滑动，可以调低下限温度，调高上限温度 C．若在RP2端串联上一个二极管，则调节RP2，无法做到同时改变上下限温度设置 D．若RP2断路，则只能调节下限温度 C 命题整体感知 尝试与研析 【解析】 选项A，当加热时，IC输出高电平，V＋>V－，则RT阻值大，故RT是负温度系数热敏电阻，选项错误；选项B，RP1同时调整上下限，将RP1中心滑片向上滑动，上下限同时调低，选项错误；选项D，若RP2断路，无法实现区间控制，选项错误。 命题整体感知 尝试与研析 例4 [2022·浙江6月选考]如图所示的控制电路，当温度低于下限时继电器J吸合，加热器开始加热；温度高于上限时继电器J释放，加热器停止加热；RT短路或断路时，加热器均不加热。下列说法不正确的是(　　) A．R6断路且温度低于下限时，V5发光 B．R3短路时，加热器不会加热 C．加热器加热时，N1输出低电平 D．RT断路时，N2输出高电平 A 命题整体感知 尝试与研析 【解析】 选项A，加热时J吸合，则V1和V2要导通，那么N1输出0，N2输出1，若R6断路，V2基极没有电流，V2无法导通，V5无法发光，选项错误。低温时，N2输出高电平，U＋输出高电平，RT为负系数热敏电阻。N1的U－＞N2的U－，温度降低时，U＋由小变大直到达到下限，N2输出1、N1仍输出0时，J吸合，开始加热。此时由于V3导通，R1和R5并联，N1和N2的V＋电压升高，形成区间，由此形成上下限控制。R3短路，低于下限时，N1和N2均输出1，V1和V2截止，不会加热；N1输出低电平，V2才可能导通，因此加热器加热时，N1输出低电平；RT断路，N1和N2的U＋输出高电平，N1和N2均输出高电平。 命题整体感知 尝试与研析 变式 如图所示，这是小明设计的继电器控制电路。S1、S2是按钮开关，按下时接通，松开时断开。比较器功能：V＋>V－时输出高电平，V＋<V－时输出低电平。下列说法不正确的是(　　) A．V4发光表示继电器J释放 B．S2按下后松开，V3发光 C．S1按下后松开，继电器J吸合 D．同时按下S1和S2，不能使继电器J吸合 C 命题整体感知 尝试与研析 【解析】 选项A，V4发光，比较器输出为0，三极管V7截止，继电器J释放，选项正确；选项B，S2按下，三极管V2导通，集电极为低电平，运算放大器输出为高电平，S2松开后三极管还是导通，V3发光，选项正确；选项C，S1按下，比较器输出为0，V7截止，继电器J释放，三极管V2截止，集电极为高电位，S1松开，三极管V2还是截止，集电极仍为高电位，比较器输出仍为0，继电器J仍释放，选项错误；选项D，同时按下S1和S2，比较器输出为0，不能使继电器J吸合，选项正确。 命题整体感知 尝试与研析 |随|堂|检|测| 1．如图所示，这是小马同学设计的香菇种植培养基湿度检测电路。集成电路IC1的输入、输出关系如表所示。2个湿度探头插入培养基中，通过2个发光二极管的发光状态显示培养基湿度的变化。下列对该电路的分析中，不正确的是(　　) 输入 输出 V＋>V－ 9 V V＋<V－ 0 V C 命题整体感知 尝试与研析 A．当培养基湿度大于设定值时，LED1一直亮 B．当培养基湿度小于设定值时，LED2一直亮 C．要调低培养基湿度的设定值，电位器RP应向左滑动 D．电阻R4和R5具有分压和限制发光二极管电流的作用 【解析】 调低培养基湿度的设定值，培养基阻值变大，则RP需要变大，需往右滑动，选项C错误。 命题整体感知 尝试与研析 2．如图所示的光控灯实验电路，VG是光敏三极管(光线增强，电流变大)，V1、V2均为硅三极管。下列分析不正确的是(　　) A．三极管V1的作用是放大光敏三极管VG的电流 B．光线足够强时，A点电位约为11.3 V C．若要使光线更亮时灯L发光，RP1的 动触点向上滑动 D．电阻R4断路，灯L不发光 D 命题整体感知 尝试与研析 【解析】 选项A，流过光敏三极管的电流就是三极管V1的基极电流，因三极管V1电路是共集电极电路，只能处于放大状态，选项正确；选项B，当光线足够强时，流过电阻R1的电流就很大，则电压放大器“－”输入端的电位高于“＋”输入端的设定电位，其输出为低电位，导致V2三极管为饱和导通，其Ube(发射结电压)约为0.7 V，所以A点电位约为11.3 V，选项正确；选项C，此电路是当光线强度暗到某一设定值时电压放大器“－”输入端的电位低于“＋”输入端的设定电位，其输出为高电位，导致三极管V2截止，继电器常闭触点没有吸断，灯L亮。要使光线更亮时灯L发光， 命题整体感知 尝试与研析 电压放大器“－”输入端的电位要升高，则电压放大器“＋”输入端的设定电位也要相应升高，即RP1电阻接入电路的电阻变大，所以RP1的动触点向上滑动，选项正确；选项D，电阻R4断路，导致V2三极管截止，继电器常闭触点没有吸断，灯L应该是亮的，故选项D错误。 命题整体感知 尝试与研析 3．[2023·富阳中学检测]如图所示电路中，LM393是电压比较器，当V＋>V－时，1脚输出高电平，当V＋<V－时，1脚输出低电平，RT是负温度系数热敏电阻，M是散热风扇。下列关于该电路的说法中，不正确的是(　　) A．温度上升，未达到上限温度时，B点电位约为4 V B．温度上升，温度高于上限温度时，M工作 C．温度下降，温度低于上限温度未到下限温度时，M不工作 D．温度下降，未达到下限温度时，B点电位小于4 V C 命题整体感知 尝试与研析 【解析】 高温时应该散热，VT2导通，比较器出1，同时VT1也导通，R4短路，使得B点电位突然降低，从而实现触发后散热风扇打开，让温度下降到下限才关闭散热风扇的区间控制。选项A，在温度上升过程中，且未到达上限，比较器应该出0，VT1不导通，B点电位约为4 V，选项正确；选项C，要到下限才关闭M，选项错误；选项D，温度下降，未到下限时VT1导通，B点电位小于4 V，选项正确。 命题整体感知 尝试与研析 4．如图所示，这是断线报警电路。将细铜线暗缠在重要物件上，物件被移动，细铜线断开，蜂鸣器发声报警。S1、S2、S3为按钮开关，按下时接通，松开时断开。比较器功能：V＋>V－时输出高电平，V＋<V－时输出低电平。下列说法不正确的是(　　) A．报警时，V4熄灭 B．断线报警时，立即接好断线可解除报警 C．按住S1，断线后重新接好，再松开S1，蜂鸣器不发声 D．报警时，接好断线后，按一下S1、S2、S3中的任一按钮，均可解除报警 B 命题整体感知 尝试与研析 【解析】 断线报警时IC出0并且通过V3返回至V1基极，此时即使接好断线V1仍导通，IC继续出0，形成自锁，选项B错误 命题整体感知 尝试与研析 5．冬天餐桌太冷，小明打算设计一款能将温度保持在40 ℃～50 ℃的热桌垫。他构思了下列四种控制电路，均采用NTC热敏电阻和规格合适的其他元器件，其中不可能调试成功的是(　　) A.　　　　　　　　B. C.　　　　　　　　D. D 命题整体感知 尝试与研析 【解析】 能实现区间控制的关键是实现正反馈，即反馈信号要有利于加强输入信号。选项A、B、C均符合，选项D为负反馈，不符合。 感谢聆听，再见！ $$