高效作业19 第19课 电子控制系统设计2——输入部分设计-【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Word教参（苏教版2019）

高效作业19[第19课：电子控制系统设计2——输入部分设计] (见学生用书P219) [A级　新教材落实与巩固] 1．如图所示，这是蔬菜大棚棚顶电子控制电路原理图。MS是负系数湿度传感器，用来检测大棚内的湿度，RT是负温度系数热敏电阻，用来检测大棚内的温度。当大棚内的湿度或温度高于某个设定值时，电动机M通电运行，将大棚顶部打开进行除湿或降温，请完成以下任务。 (1)要将设定湿度调高，可调电阻RP1的阻值应__B__(在“A.增大；B.减小”中选择合适的选项，将序号填入“__________”处)。 (2)大棚内的实际温度超过了设定温度，大棚棚顶还不打开，电路故障的原因不可能是__B__(在“A.RT与电路虚焊；B.RP2与电路虚焊；C.RP2两引脚短路”中选择合适的选项，将序号填入“________”处)。 (3)为了电路工作更加可靠，继电器线圈J需接一个三极管驱动，请在图中虚线框a、b、c三点中补画出三极管(电路逻辑功能不变)。 (4)在制作安装该电路时，发现制作元器件中只有或非门，要达到电路原有的逻辑功能，设计出输入部分(原有元件不变)，在虚线框中画出并与电路连接。 【解析】 (1)湿度大，RT电阻小，上下平衡，RP1调小。 (2)RP2与电路虚焊，与门输入端一直是0，则继电器一直运转。 (3)b端为0，三极管导通，选择PNP管。 (4)继电器导通，或非门出0，输入端为1；上下分压时，传感器接分压上方。 2．2023·天台中学检测在电子控制技术实践课上，小明准备设计一个雨水自动化灌溉系统，选择粗铜导线作为传感器。请完成以下任务。 (1)小明设计的电路如图所示，当传感器检测到土壤湿度较低时，电动机带动水泵抽取集雨器中的雨水，对草坪进行喷灌。此时，发光二极管的状态是__A__(在“A.V4亮和V5灭；B.V4灭和V5亮；C.V4灭和V5灭”中选择合适的选项，将序号填入“________”处)。 (2)以下元器件中，小明不需要用到的是__B__。 A.　　　　B.　　　　C.　　　　D. (3)为防止电动机长时间空转烧毁，要求集雨器水位低于b点时，电动机停止工作，则虚线框中应选用的逻辑门是__A__(在“A.与门；B.或门；C.与非门；D.或非门”中选择合适的选项，将序号填入“________”处)。 (4)若要降低系统湿度的设定值，可以将__B__(在“A.RP阻值调小；B.RP阻值调大；C.R5阻值调小；D.R5阻值调大”中选择合适的选项，将序号填入“________”处)。 (5)为防止因集雨器水位过低，草坪得不到喷灌，小明设计了集雨器水位补偿系统：当集雨器水位低于c点时，继电器J2吸合，电磁阀打开，进水阀门对集雨器注水。请你根据设计要求，在虚线框中将电阻R6正确地连接到电路中。 【解析】 (1)继电器J1控制着J1——1和J1——2，都是常开触点，则同时闭合，V4点亮。 (2)继电器的触点电压要大于电源电压，这里继电器触点电压小于电源电压，选项B不符合。 (3)当有水且湿度值低时工作，则输入端都为1，输出端为1，全1出1，应选用与门。 (4)上下平衡，湿度低，电阻大，则调大RP。 (5)输入端需要上下分压。 3．如图1所示，这是小明同学设计的灯的开关电路示意图。合上开关K后，按下S1后松开(电键功能：按下接通电路，松开后会弹起断开电路)，6 V小灯泡点亮，再按下S2后松开，6 V小灯泡熄灭。请完成以下任务。 (1)先合上开关K，再按下电键S1，松开后三极管V1、V2和二极管V3状态分析正确的是__C__(在“A.V1导通，V2截止，V3点亮；B.V1截止，V2导通，V3熄灭；C.V1导通，V2导通，V3熄灭”中选择合适的选项，将序号填入“________”处)。 (2)为了实现6 V小灯泡点亮后能延时自动关闭，小明同学对电路进行了改进(如图2所示)，结果发现，按下电键S1又松开后，6 V小灯泡能延时关闭，但时间较短，合理的改进措施有__CD__(在“A.增加R1的阻值；B.增加R2的阻值；C.增加R3的阻值；D.增加C的容量”中选择合适的选项，将序号填入“________”处)。 (3)为了实现6 V小灯泡能在光照强度弱时自动点亮，光照强度强时自动熄灭，小明同学决定利用可变电阻和光敏电阻实现电路功能。请在虚线框中连线补全电路，使连接后的电路能实现上述功能。 【解析】 (1)按下S1后，三极管V2的基极高→V2导通→V1导通→V3被短路；S1松开后，由于R5的缘故，V2保持导通。 (2)延时时间与C和R3有关，C或R3越大，则延时时间越长。 (3)天黑亮灯，亮灯时三极管V2基极为高电平，根据分压特点，光敏电阻接下方。 4．2023·书生中学检测如图所示，这是小明根据电脑CPU降温原理改编设计的自动降温通风装置部分电路，其中IC是运算放大器，输入输出逻辑关系如表所示。当温度达到40 ℃时，该装置风扇电机工作，实现通风降温。请完成以下任务。 (1)小明制作上述电路时使用的三极管均为硅管。为判别三极管类型，他把多用电表调到合适的电阻挡，调零后用黑表笔接触其中一个三极管管脚J1，红表笔接触另两个管脚，发现两次测得的电阻均较小(约500 Ω)。再用红表笔接触管脚J1，黑表笔接触另两个管脚，发现两次测得的电阻均较大(约100 kΩ)。则该三极管是__NPN__(填写类型)，管脚J1是__基__极。 (2)现有以下四个型号的直流电磁继电器，小明制作电路时应选用的直流电磁继电器为__D__。 　A.　 　　B.　　 　C.　　　　D. (3)上述电路还缺少温度分压电路，为实现温度达到40 ℃时，该装置风扇电机工作，实现通风降温，RT是负温度系数热敏电阻。请根据电路的逻辑关系，在虚线框中把电路连接完整。 (4)测试时，小明将RT放入盛有冷水的烧杯，插入温度计，加入热水使水温等于40 ℃，调节RP1使__B__(在“A.V5发光；B.V6发光”中选择合适的选项，将序号填入“________”处)；然后他用多用电表“10 V DC”挡，测量R4两端(g、h两点)电压，电压为__B__(在“A.6 V；B.5.3 V；C.0 V”中选择合适的选项，将序号填入“________”处)。 【解析】 (1)因为两次测量电阻均小，PN结正偏，则J1为P，另两端为N，这是NPN管，J1是基极。 (2)继电器的额定直流电压是6 V，排除选项A和B；触点开关J——2所接电压为直流24 V，所以触点负荷应大于24 V，选项D符合。 (3)温度高时，电机运转，反推：电机运转→继电器运转→三极管V4导通→三极管V2导通→IC出0→V＋<V－，结合RT是负系数，根据分压特色，RT接下方。 (4)当温度高时，J1和J2同步吸合，V6发光；三极管导通时Vce不为0，选项B符合。 5．小明在通用技术实践课上，设计了如图所示的延时电路。当按钮开关S1按下时(S1功能：按下接通电路，松开后会弹起断开电路)，LED灯亮；松开S1时，LED灯仍旧亮，过一会儿自动熄灭。请根据电路图和功能要求完成以下任务。 (1)当按下S1(不松手)时，LED灯亮，小明用多用电表测得V1三极管Uec电压约为0.3 V，此时三极管V1工作在__C__(在“A.截止；B.放大；C.饱和”中选择合适的选项，将序号填入“________”处)状态。 (2)小明在测试电路时，发现松开S1后LED灯很快就熄灭，延时亮灯的时间太短，合理的调整措施有__A__和__C__(在“A.C1换用容量较大的电容；B.把RP1的中心动触点往右调；C.V1、V2换用电流放大系数值大的三极管；D.减小R3的阻值”中选择合适的选项，将序号填入“________”处)。 (3)小明后来对电路进行了改进，在原有电路基础上添加光敏电阻、可调电阻、三极管等元件搭成一个光控延时电路，实现光线暗时LED灯亮，光线亮时LED灯延时熄灭。请在下面虚线框中将电路连线补充完整。 (4)小明安装好光控延时电路后进行了调试，发现LED灯在周围环境光线亮时亮，在光线暗时却不亮。造成该现象的原因可能是__D__(在“A.RG虚焊；B.RP2电阻调得太大；C.三极管V3内部短路；D.光敏电阻RG与可调电阻RP2位置接反”中选择合适的选项，将序号填入“________”处)。 【解析】 (1)Vec<Vces，三极管处于饱和状态。 (2)延时周期与R和C的大小有关，则选项A正确，选项B错误；电流放大系数值大的三极管可以将Ib转换为更大集电极电流，发光二极管可以继续发光，选项C正确。 (3)光线暗时亮灯时需要三极管开关闭合，所以光敏电阻分压在下方。 (4)功能反相，则原因可能是传感器接反。 6．2023·缙云中学检测如图所示，这是小明设计的智能风扇电路图，SW是电源开关，只有当环境温度高于设定值时，按启动按钮后风扇E(按下闭合，松手断开)才能转动，当环境温度低于设定值时，风扇停转。其中IC1的同相输入端(“＋”端)的电位大于反相输入端(“－”端)的电位时，IC1输出高电平，反之，IC1输出低电平。集成芯片NE555的功能表如表所示。 输入 输出 4脚 2脚 6脚 3脚 低电平 ×(不用分析) ×(不用分析) 低电平 高电平 ＜VCC ＜VCC 高电平 ＞VCC ＞VCC 低电平 ＞VCC ＜VCC 保持上一状态 (1)根据题意，环境温度变高时，热敏电阻RT的阻值将__B__(在“A.变大；B.变小”中选择合适的选项，将序号填入“________”处)。 (2)根据NE555芯片内部关于3脚和7脚的部分等效原理图，当风扇转动时，发光二极管V1的状态是__B__(在“A.亮；B.灭”中选择合适的选项，将序号填入“________”处)。 (3)如图1所示，这是电位器实物图和它的原理图符号，实物图中的①、②和③三个接线端与原理图符号中的①、②和③三个接线端一一对应。当电位器顺时针转动时，原理图符号中滑动触点的②位置往③位置滑动；逆时针转动时，滑动触点的②位置往①位置滑动。现要求电位器顺时针转动时调高设定温度，请你在图2虚线框中将电位器与接线端正确连接。 (4)小明将电路简化成如图所示电路，实现原电路功能。请你在虚线框中选择合适的端子连接电路。 【解析】 (1)风扇运转→继电器吸合→V3导通→3脚为1→4脚必为1→IC1的V＋>V－，RT是负系数。 (2)风扇运转→继电器吸合→V3导通→3脚为1，则7、1脚之间断开，V1不亮。 (3)温度变大，则V－变小，调节RP，使下端电阻减小，顺时针旋转，向③移动，②③之间电阻减小。 (4)温度低时，2、6脚都为1，则热敏电阻接下方。 [B级　素养形成与评价] 7．如图所示，这是小明设计的防盗报警试验电路。RG用于检测外界太阳光照，S为干簧管，安装在门框内部，门打开时干簧管的触点断开，门关闭时触点闭合。要求白天不报警，当天黑且门被打开时，蜂鸣器HA报警。 (1)R2、R3可从4个不同型号的定值电阻中选择，下列选项中选用合理的是__AC__(多选)。 A．R2＝2.2 kΩ，R3＝1 kΩ B．R2＝3.3 kΩ，R3＝4.7 kΩ C．R2＝4.7 kΩ，R3＝2.2 kΩ D．R2＝2.2 kΩ，R3＝3.3 kΩ (2)在测试中发现门关闭状态下，天刚黑，HA就报警，原因可能是__A__。 A．V1反接 B．干簧管S连焊 C．R4阻值过小 (3)小明想在卧室内增加一个发光报警装置，只有在HA报警且卧室门口有人时，发光二极管发光报警，已知IC为人体红外传感器，卧室门口有人时输出0，无人时则输出1。请用1个NPN型三极管和2个定值电阻完成虚线框1中的电路设计，实现上述功能。 【答案】 如图 (4)使用过程中，555芯片损坏，小明决定利用门电路来代替555芯片，以实现类似的报警功能，请完成虚线框2中的电路连线。 【解析】 本题考查555芯片组成的控制电路及电路设计。 (1)此电路要在晚上(4脚电位为高电位)当门打开时报警，要2、6脚的电位小于VCC，所以要R2>2R3，只有选项A、C符合。 (2)在门关闭的状态下，天刚黑，HA就报警，即4脚为高电位时3脚出高电位。选项A，二极管V1反接处于不导通状态，则相当于门打开，所以电路就报警，选项正确。选项B，干簧管S连焊，相当于天黑关门，电路应该是不会报警的，选项错误。选项C，天黑关门3脚应该出低电位的，R4过小三极管VT1也不会导通报警的，选项错误。 (3)在HA报警时(7脚不接地)，如果卧室门口有人时(即人体红外传感器IC出低电位)，此时如果要利用一个NPN型三极管导通让发光二极管发光，可以设计两个电路(注：当HA不报警时，利用7脚接地让三极管截止，发光二极管不发光)。但如果人体红外传感器IC允许输入的电流较小，上述电路的设计就不合理了。这样也可以让三极管在人体红外传感器IC出高(无人时)导通，使得发光二极管不发光，三极管在人体红外传感器IC出低(有人时)截止，使得发光二极管不发光。 (4)当天亮时，蜂鸣器不报警，VT1基极为低电平，故RG输入端与触发器输入下端相连；当天黑时，干簧管断开，蜂鸣器报警，VT1基极为高电平，触发器输入上端此时应为高电平，故干簧管应接在输入端的下方接地。 8．如图所示，这是小明搭建的温度异常报警电路，当RT检测到温度过高或过低时，电路会发出声光报警信号。其中R2、R3、R4为阻值相同的电阻，初始IC3的“＋”脚电位为VCC。请完成以下任务。 (1)为了方便调试温度的上下限，虚线框1中电路的输入部分设计更合理的是__B__。 　A.　　　　　　　　　B. (2)IC1的输出端A、IC2的输出端B与IC3的输出端F的逻辑关系可表示为__D__(在“A.F＝A＋B；B.F＝AB；C.F＝；D.F＝”中选择合适的选项，将序号填入“________”处)。 (3)小明认为虚线框2中的R2、R3也可以用两个二极管代替，请在下图虚线框中完成电路连线，实现原有的控制功能。 (4)小明使用555芯片、1个二极管和2个阻值相同的电阻R7、R8对虚线框3中的电路输出部分进行了改进。已知初始状态不报警，请帮助小明在虚线框3中完成电路连线，实现报警之后温度恢复到正常范围也能保持报警的功能。 【解析】 (1)电位器(A)和可调电阻(B)都可以实现电压的调节，但是调节可调电阻RP3会对IC1的U＋电位产生影响，而用电位器时，调节RP2不会对U＋电位产生影响，因此采用选项B可调电阻方案调节时更加方便。 (2) A B 电路串并联情况 IC3U－ F 1 1 R2、R3并联再与R4串联 VCC 0 1 0 R3、R4并联再与R2串联 VCC 1 0 1 R2、R4并联再与R3串联 VCC 1 0 0 均不通 0 1 (3)根据第(2)小题可知，两个二极管应构成与门。 (4)要实现保持功能，意味着没有触发信号时，VCC<U2－6<VCC，故R7与R8串联，实现VCC，二极管单向导通，将信号从输入传递到输出。 9．2023·玉环中学检测如图所示，这是电池充电和放电控制电路。当蓄电池输出电压在设定范围且太阳光照正常，合上开关S，负载(用电器)RL由蓄电池供电，太阳能电池给蓄电池充电。 (1)两个比较器“V－”的电位由__B__决定(在“A.R2的阻值大小；B.ZD的稳压值；C.蓄电池的输出电压”中选择合适的选项，将序号填入“________”处)。 (2)电路中二极管V1的作用是__C__(在“A.整流；B.降压；C.防止反充电”中选择合适的选项，将序号填入“________”处)。 (3)当蓄电池端电压小于设定的过充电压(14 V)时，V3指示灯亮，表示J1常开触点闭合；当蓄电池端电压大于设定的过充电压时，V3指示灯灭，表示J1常开触点断开；当蓄电池端电压小于设定的过放电压(11 V)时，V4指示灯亮，表示J2常闭触点断开。请在虚线框1中完成电路的连线，要求电路调试完成后P1点的电位大于P2点的电位。 【答案】 如图(要求：有分压取样电路，P1、P2、A、B连对) (4)电路对蓄电池的过充和过放保护是通过继电器来执行的。请在虚线框2中用2个继电器、2个三极管、2个二极管和2个电阻补全电路。三极管采用共发射极接法，继电器注明J1、J2。 【答案】 如图 【解析】 (1)ZD是稳压二极管，反接于电路，导通后导通压降稳定在6 V，V－的电压取决于ZD的稳压值。 (2)V1是二极管，具有单向导通特性，可以防止蓄电池给太阳能电池充电。 (3)IC前端连接输入电路，输入电路的特征是传感器与可调电阻串联形式，这里P1和P2应串联，考虑P1电压大于P2，因此电路连线先过串联P1再串联P2后接地。蓄电池电压小于14 V时，V3亮，C为低电平，则A点电位小于V－，由于此时还没有小于11 V，V4没有亮，那么D点为高电平，B点电位要高于V－，所以B点电位高于A点电位，因此P1连B，P2连A。也可以P1、P2并联，P1接B，P2接A。 (4)因为V3或V4灯亮时继电器吸合，C或者D为低电平，应采用PNP三极管。因为是共发射极接法，因此继电器接在三极管集电极，二极管反接并联在继电器线圈上，三极管基极串联限流电阻，注意发射极电流流向。连线如答案所示。 学科网（北京）股份有限公司 $$