資源簡介

專題27　比較器及其應用二(非選擇題)
【基礎鞏固篇】
1.小紅同學設計了一個如圖a所示的智能室內濕度控制電路，把室內濕度控制在人體適宜的濕度范圍內(60%～70%)。當濕度低于下限時，開啟加濕系統對室內進行加濕(即繼電器J1吸合)，當濕度高于上限時，開啟除濕系統對室內進行除濕(即繼電器J2吸合)。比較器功能：當V＋>V－時輸出高電平，V＋(1)當濕度超過上限時，三極管V2處于________狀態；(在A.截止；B.放大；C.飽和導通中選擇合適的選項，將序號填入“________”處)；
(2)若調小Rp4，濕度上限________，下限________(在A.調低；B.不變；C.調高中選擇合適的選項，將序號填入“________”處)；
(3)測試時發現，當濕度低于下限時，加濕系統和除濕系統都處于開啟狀態，以下可能的原因是________(在A.三極管V2的c，e極短路；B.三極管V4的c，e極短路；C.Rp1短路；D.Rp1斷路中選擇合適的選項，將序號填入“________”處)；
(4)小紅發現在沒人的時候電路也會工作，比較浪費電，為了改進電路，小紅找來了微波雷達探測模塊來采集室內有無人的信號，圖中IC為微波雷達探測模塊，當探測到有人時，IC輸出高電平。當室內無人時，無論室內濕度如何變化，加濕系統和除濕系統都不會啟動。只有當室內有人且濕度低于下限，開啟加濕系統對室內進行加濕(即繼電器J1吸合)；當室內有人且濕度高于上限，開啟除濕系統對室內進行除濕(即繼電器J2吸合)。現部分電路已搭建好(如圖b)，請在虛線框內利用至多4個與非門實現電路功能。
2.如圖1所示是小明設計的熱水器溫度自動控制電路。當溫度低于40 ℃時，電加熱裝置H開始加熱，當溫度到達45 ℃時，電加熱裝置H停止加熱，實現溫度控制在上下限之間。V2工作在開關狀態，比較器功能：V＋>V－時輸出高電平，V＋(1)要實現溫度控制，電路中的Rt應選用________(在A.正溫度系數熱敏電阻；B.負溫度系數熱敏電阻中選擇合適的選項，將序號填入“________”處)；
(2)請完成圖1虛線框a中的電路連線，實現題目要求的功能；
(3)溫度控制在上下限之間時，關于V3、V4狀態分析正確的是________(在A.V3不發光、V4發光；B.V3發光、V4不發光；C.V3、V4都發光；D.不確定中選擇合適的選項，將序號填入“________”處)；
(4)若要使溫度控制電路的上限值變低、下限值不變，合理的措施是________(在A.增大R1的阻值；B.減小R4的阻值；C.減小R1的阻值；D.增大R4的阻值中選擇合適的選項，將序號填入“________”處)；
(5)在保證原電路功能的基礎上，小明對圖1所示電路進行了改進，只有當水箱里有水且有人時，電路才能正常工作。有人時紅外傳感器輸出高電平。請使用最少數量的2輸入與非門完成圖2虛線框b中的電路設計。
3.如圖是小明搭建的一個溫控電路原理圖。IC是電壓比較器，其工作原理為：當V＋>V－時，輸出高電平；當V＋(1)當加熱器開始加熱時，以下描述不正確的是________、________(A.電路中若R2滑動片往上移動，設定溫度會被調低；B.D1是加熱指示燈；C.繼電器至少有4只引腳；D.電路中擁有三只引腳的元器件共有3個；E.反接二極管V2主要用于繼電器釋放時，對三極管V1的保護。請選出所有選項，并將序號填入“________”處)；
(2)該電路不能實現溫度區間控制，請你利用一個電阻器與繼電器的另一組轉換觸點幫助小明改進該溫控電路，以實現溫度的區間控制；
(3)小明對原有電路的局部電路的接法進行了微調(元器件不變)，如下圖。若依舊想實現溫度的區間控制，請根據下圖中已提供的一個電阻和一個二極管再次幫助小明改進電路。
4.如圖所示是小明設計的通用技術實驗室風扇降溫控制電路，溫度高時，風扇啟動降溫，直至降到合適溫度。比較器的功能：當V＋>V－時輸出高電平，當V＋(1)小明用數字式萬用表檢測電路，測得V2的c、e端電壓顯示為－0.3 V，此時三極管V2工作狀態應處于圖b中________區；
(2)小明把R2換成一個阻值更大的電阻，則下列說法正確的是________(在A.下限溫度升高；B.上限溫度升高中選擇合適的選項，將序號填入“________”處)；
(3)小明調試電路時，發現V1損壞，請幫助小明利用繼電器J－2觸點代替V1，實現原電路功能(三極管采用共發射極接法)，在圖c虛線框1處將電路圖補畫完整；
(4)為了節能、室內排濕，小明對電路進行了下列優化改進，增加人體檢測電路，有人時輸出為低電平，無人時輸出高電平；增加濕度檢測電路，濕度大時，輸出高電平，濕度小時，輸出低電平。實現如下功能：實驗室內有人時，室內高濕或者高溫，風扇轉動工作；實驗室內無人時，風扇不工作。請幫助小明利用1個四二輸入或非門集成門電路，在圖d虛線框2中，采用邏輯電路，實現上述功能。
5.小通發現長時間使用筆記本電腦，CPU溫度過高會使電腦性能變差，為此他設計了一個輔助散熱電子控制系統。當溫度高于設定上限時，風扇M啟動降溫；當溫度低于設定下限時，風扇M停止轉動。電路原理圖(部分)如下所示，比較器的功能是：當V＋>V－時輸出高電平，當V＋(1)小通把指針式多用電表選擇開關旋到直流電壓擋，紅表筆接a點，黑表筆接b點，發現溫度上升過程中指針逐漸往左偏轉，則Rt阻值隨溫度變化的規律與________相似(單選，將字母填在“________”處)；
(2)根據功能要求，請完成虛線框1中電路的連線；
(3)若把Rp2滑動觸點適當上移，溫度控制范圍變化為________(從A.上限降低，下限不變；B.上限降低，下限升高；C.上限不變，下限升高；D.上限不變，下限降低中選擇合適的選項，將字母填在“________”處)；
(4)小通在深入研究電路后，準備利用反饋來優化電路。請利用1個合適的三極管在虛線框2中選擇合適端點完成電路連線，要求功能不變(為保持電路穩定，三極管需工作于開關狀態，Rt特性不變)。
【能力提升篇】
1.如圖所示是某熱水器的進出水控制電路。當水位低于a點時，M1水泵啟動直至水位達到b點后停機；當水位高于a點時，M2水泵可以啟動。請完成以下任務：
(1)請在虛線框1、虛線框2內分別填入一個門電路并連接三個端點，實現電路功能；
(2)關于繼電器與電機控制的說法正確的是________(A.J1控制M2，J2控制M1，采用常開觸點；B.J1控制M2，J2控制M1，采用常閉觸點；C.J1控制M1，J2控制M2，采用常開觸點；D.J1控制M1，J2控制M2，采用常閉觸點)；
(3)按下開關K后，控制的電機不啟動，下列選項中不可能的原因是________(A.R4虛焊；B.V2擊穿短路；C.V4接反；D.J2短路)；
(4)在水箱底部安裝加熱絲，在靠近出水口處安裝一個負溫度系數熱敏電阻。如圖所示電路用比較器、二極管、電阻將水溫控制在一定范圍，請在虛線框內完成連線。
2.(2023·湖麗衢三地)如圖所示是小明設計的房間濕度控制電路。當房間有人且溫度適宜時，可將房間濕度控制在一定范圍內；當房間無人或溫度過高或溫度過低時，加濕器不加濕。Rt為負溫度系數熱敏電阻，RS為負系數濕敏電阻。圖中IC為微波雷達探測模塊，當探測到有人時，IC輸出高電平，否則輸出低電平。請完成以下任務：
(1)關于該電路，以下分析合理的是(多選)________；
A.溫度適宜且加濕器加濕時，人離開房間加濕器延時停止加濕
B.增大Rp3、減小Rp4，保持Rp3＋Rp4不變時可調小溫度的可調范圍
C.加濕器始終不加濕，可能是Rp3連焊
D.加濕器加濕時，VT1、VT2一定工作在飽和狀態
(2)為實現控制目的，請從教材中學過的邏輯門中選擇兩個設計虛線框1中的電路；
(3)為實現控制目的，虛線框2中的電路設計不合理的是(單選)________。
3.如圖a所示是定時控制氣霧栽培控制系統示意圖，當液溫、液位、pH值及鹽分均符合要求時系統定時對作物噴灑營養液。小明為其設計了如圖b所示的實驗電路。其中pH值和鹽分正常時B輸出高電平，探頭F用于檢測儲液箱中的營養液液位值，負溫度系數熱敏電阻Rt用于檢測儲液箱溫度。當檢測到儲液箱溫度值低于15 ℃且儲液箱液位高于F點時，加熱絲加熱，使儲液箱溫度值達到設定溫度。到達設定時間，定時器輸出高電平觸發信號，之后恢復低電平，當液位在F點以上、pH值和鹽分正常且加熱器不加熱時噴霧泵開啟噴霧；噴霧過程中，一旦檢測到液溫、液位、pH值及鹽分中任一項不符合要求立即停止噴霧。請完成以下任務：
(1)當加熱絲不加熱時，D點的電平為________(在A.高電平；B.低電平；C.不能確定中選擇合適的選項，將序號填入“________”)；
(2)虛線框1處缺少一個邏輯門，請從教材中學過的邏輯門中選擇一個符合控制要求的，將邏輯符號畫在虛線框1中；
(3)請你使用不超過四個2輸入與非門設計虛線框2中的電路，實現上述功能；
(4)調試時發現由于只有單點進行溫度控制，繼電器J1觸點開閉頻繁，小明設計了如圖c所示的電路，想將儲液箱的溫度控制在15 ℃～25 ℃之間，請用一個電阻和一個二極管幫助小明完成虛線框3中的電路設計。
4.如圖所示為某恒溫水池的控制電路，Rt為負溫度系數熱敏電阻，IC1為電壓比較器(當V＋＜V－時輸出低電平，否則輸出高電平)，水池溫度控制在27 ℃～31 ℃之間。當水池水位低于探針a時自動加水，高于探針b時自動停止加水。請完成下列任務：
(1)為了安全，要求實現水位高于下限水位且溫度低于27 ℃才開始加熱，請在虛線框1中畫出一個缺少的邏輯門；
(2)經測試，該系統在水位高且溫度低于下限時，能自動開始加熱，但溫度到了上限無法停止加熱，有可能是________(在A.Rp2短路；B.R4過大；C.V3斷路中選擇合適的選項，將序號填入“________”處)；
(3)調大Rp2，將會________(在A.調低上限溫度；B.調高上限溫度；C.調低下限溫度；D.同時調低上下限溫度中選擇合適的選項，將序號填入“________”處)；現需將溫度調整成28 ℃～30 ℃，為了減少調整次數，應________(在A.先調小Rp1，再調大Rp2；B.先調小Rp2，再調小Rp1；C.先調大Rp1，再調小Rp2；D.先調大Rp2，再調小Rp1中選擇合適的選項，將序號填入“________”處)；
(4)為了實現水位控制在探針a和探針b之間，請在虛線框2中補全“兩條”連線。
5.為響應能源“雙控”政策，小明用所學的通用技術知識設計了控制空調工作的簡易電路，如圖1所示，當室外溫度高于3 ℃時，空調始終不工作；當室外溫度低于3 ℃且室內溫度低于10 ℃時，空調開始工作，室溫升至16 ℃時，空調停止工作。繼電器吸合時，空調工作(工作電路未畫出)，Rt1和Rt2為負溫度系數的熱敏電阻，比較器的輸入輸出關系為：V＋＞V－，輸出高電平；V＋＜V－，輸出低電平，VT1工作在開關狀態。請完成以下任務：
(1)當室外溫度低于3 ℃時，A點為________；(在A.高電平；B.低電平；C.無法確定中選擇合適的選項，將序號填入“________”處)；
(2)為實現控制目的，請你幫助小明完成虛線框1內的連線設計；
(3)為實現控制目的，請你選擇一個合適的三極管并接入虛線框2內的三個端口，要求三極管只有導通(飽和或放大)與截止兩種狀態；
(4)小明調試時發現，當室外溫度低于3 ℃且室內溫度低于10 ℃時，無論教室有沒有人，空調都會進入工作狀態，于是他對原電路進行改進，添加人體檢測器，如圖2所示，只有當室內人數不少于6人時，空調才會工作，此時人體檢測器輸出高電平，否則輸出低電平。請你用兩個3輸入與非門設計虛線框3內的電路，實現上述功能。
專題27　比較器及其應用二(非選擇題)
基礎鞏固篇
1.(1)A　(2)C　A　(3)B　(4)如圖所示
　
2.(1)B　(2)如圖所示
(3)D　(4)D　(5)如圖所示
3.(1)B　D　(2)如圖所示
(3)如圖所示
4.(1)A　(2)A　(3)如圖所示
(4)如圖所示
使用集成門電路中其他或非門，實現要求的邏輯功能也可以。
5.(1)B　(2)如圖所示
(3)C　(4)如圖所示
或者
解析　(1)隨著溫度上升，指針左偏，說明a，b之間的電勢差變低，則電阻Rt隨著溫度升高而降低，因此選B。(2)風扇M啟動，J－1工作，n點出低電平；或非門觸發器是有1出0；溫度低于下限時，a點電位高，z點和m點出0；溫度在上下限之間時，a點電位降低，x點電位比y點電位高，z點出0，m點出1；溫度高于上限時，a點電位低，z點和m點出1。因此連線如參考答案所示。
(3)根據題(2)可知x點決定下限，y點決定上限。因為V3，V4二極管限位功能，y點電位不變，因此上限不變；Rp2上移，x點電位下降，Ua也會變小，因此下限升高。(4)溫度高于上限，Ua電位變高，b點出0，三極管V1導通，反饋回信號，信號可以通過截止PNP三極管作用于U－，讓其電位變高，實現范圍控制。也可以通過PNP三極管作用于U＋，讓其電位變低，實現范圍控制。因此連線如參考答案所示。
能力提升篇
1.(1)如圖所示
(2)C　(3)B　(4)如圖所示
2.(1)AC　(2)如圖所示　(3)C
3.(1)C　(2)如圖所示
(3)如圖所示
或
或
(4)如圖所示
4.(1)　(2)A　(3)A　A
(4)如圖所示
5.(1)A　(2)(3)如圖所示
(4)如圖所示
解析　(1)當室外溫度低于3 ℃時，繼電器吸合，VT2導通，VT2基極接低電平，那就要求VT1截止，VT1基極接高電平，所以A點為高電平。(2)當室外溫度低于3 ℃且室內溫度低于10 ℃時，空調工作，VT1截止，VT2導通，A出高電平，B出低電平，R1和R2不變。(3)第(2)題的連線解決了當室外溫度低于3 ℃且室內溫度低于10 ℃時空調開始加熱的問題，以及室外溫度高于3 ℃(VT1導通，VT2截止)空調停止工作的問題。但當室內溫度高于10 ℃且低于16 ℃時空調保持加熱，及室內溫度高于16 ℃時空調停止加熱的問題還沒有解決。當空調工作時(B出低電平)，需要三極管將下方比較器V＋通過R3和
地接通，因此需要PNP三極管，其中基極接R4，發射極接R3，集電極接地。當B入低電平時，Rp1與R3及三極管并聯，并聯形成的新電路阻值下降，導致整體調節溫度上升，原來是高于10 ℃就出低電平，現在就變成高于16 ℃才出低電平，實現了下限到上限的轉變，從而能在室內溫度高于10 ℃且低于16 ℃時讓空調保持加熱。(4)根據題目的描述，室內溫度低于10 ℃時B出低電平，室內溫度從10 ℃上升到16 ℃時B依然出低電平，室內溫度高于16 ℃時B出高電平，室外溫度低于3 ℃時A出高電平，室外溫度高于3 ℃時A出低電平，人數大于6人，C出高電平。繪制以下的真值表、邏輯表達式為：
A B C F 說明
0 0 0 1 室外溫度高于3 ℃，A出低電平，空調不工作
0 0 1 1 室外溫度高于3 ℃，A出低電平，空調不工作
0 1 0 1 室外溫度高于3 ℃，A出低電平，空調不工作
0 1 1 1 室外溫度高于3 ℃，A出低電平，空調不工作
1 0 0 1 人數少于6人，空調不工作
1 0 1 0 符合條件，空調工作
1 1 0 1 人數少于6人，空調不工作
1 1 1 1 室內溫度高于16攝氏度，B出高電平，空調不工作
F＝A·B·C。

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