現實自動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管，特性是在特定光的照射下，其阻值迅速減小，可用于檢測可見光。光敏電阻器是利用半導體的光電效應制成的一種電阻值隨入射光的強弱而改變的電阻器，它對光線十分敏感，它的電阻值能隨著外界光照強弱（明暗）變化而變化。它在無光照射時，呈高阻狀態；當有光照射時，其電阻值迅速減小。如聲控燈中采用了光敏電阻器作為白天控制燈光的裝置。通常情況下，光敏電阻器都制成薄片結構，以便吸收更多的光能。

例1.在晝夜明燈的地下停車場，駕駛員根據車位入口上方的紅綠燈入停。圖1是小吳設計的自動控制電路圖，將光控開關（遮光時開關閉合）裝在每個車位地面中央，紅綠燈裝在車位入口上方。當車位未停車時綠燈亮，當車位已停車時紅燈亮，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程的知識，考查同學們對電磁鐵原理的理解。根據光控開關的作用，分析左側控制電路的通斷，再分析兩燈的工作狀態即可解題。

由題意可知，當車位已停車時，光控開關被遮光而閉合，由圖1可知，此時左側控制電路連通，電磁繼電器中的電磁鐵產生磁性，吸下銜鐵，L2燈泡電路被接通，所以L2為紅燈；當車位未停車時，光控開關有光照而斷開，電磁鐵中無磁性，彈簧將銜鐵拉起，L1電路接通而發光，所以L1為綠燈。故答案為D。

【點撥】本題考查電磁繼電器的應用，但理解光控開關遮光時開關閉合，未遮光開關斷開是解題的關鍵。

例2.為倡導節能環保，某科研機構設計了新型路燈，工作原理如下圖所示。

控制電路中R2為半導體硅制成的光敏電阻，R2阻值隨光強（國際單位坎德拉，符號：cd）變化的規律如表1所示。工作電路中開關S2的狀態由R2兩端的電壓決定：光照足夠強時，R2兩端的電壓很小，開關S2與b點接觸，處于斷開狀態，路燈L關閉；當光強降為20cd時，R2兩端的電壓剛好升至2V。開關S2與c點接觸，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正常工作時電流為1A。求：

（1）若路燈L每天正常工作8小時，其消耗的電能；

（2）工作電路剛好接通時，R1接入電路的阻值；

（3）保持R1接入電路的阻值不變，當R2兩端的電壓為1V時，R2的阻值是多大？分析表格中光強與電阻數據的規律，確定此時光強是多大；

（4）為了節約能源，使路燈更晚一些打開，應怎樣調節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間，由W=UIt計算其消耗電能。

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，工作電路接通時R2電壓為2V，由表格數據知此時R2的電阻大小，再由歐姆定律計算電路中電流。

當光強度為20cd時，R2兩端的電壓剛好升至2V，再關S2與c點接觸，電路接通，路燈L正常工作。

由表格數據可知，當光照強度為20cd時，R2的阻值為10Ω，又因為用控制電路中R1與R2串聯，

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R2兩端的電壓為1V時，根據串聯電路特點，根據歐姆定律計算出電路中電流，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；

由表格數據可知，R2的電阻與光強成反比，由表格第一次電阻40Ω時，光強為5cd，則電阻為4Ω時，光強為50cd；

（4）使路燈L要晚一些燈打開，即光強變小，R2阻值變大，為使其電壓仍為2V時接通工作電路，根據串聯電路的分壓原理，R1的阻值應適當調大。

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

（2）工作電路剛好接通時，R1接入電路的阻值20Ω；

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

（4）為了節約能源，使路燈L要晚一些打開，R1的阻值應適當調大。

【點撥】本題考查了電能、電阻的計算，要明確題意，正確分析工作電路和控制電路的電路結構，關鍵是從表格找到在不同光強R2電阻值。