網光敏電阻在生活中的應用
——光控LED燈

李 璇

（深圳市光明區第二中學 廣東深圳 518000）

一、“光控LED燈”的設計背景

在初中物理電學知識的學習中，有一些特殊電阻，導電性會受到溫度、光照、壓力等外界因素的影響，它們被稱為熱敏電阻、光敏電阻、壓敏電阻等。這些特殊電阻是使用半導體材料制成的，在我們現在的生活中應用非常廣泛，在電學習題中出現的頻率也較高。對于特殊電阻的考察，往往會結合實際的生活情境，比如下面這兩道習題：

1.為保障安全運行，高鐵列車上安裝有煙霧報警裝置。如圖所示是某校科技小組設計的列車煙霧報警儀的簡化原理圖，電源兩端電壓保持不變，R0為定值電阻，光敏電阻R的阻值隨光照強度的減弱而增大，當輸出信號端的電壓達到某一數值時，報警器開始報警。當列車上有煙霧遮擋了射向光敏電阻R的激光時，下列說法正確的是（ ）

A.電流表示數不變，輸出信號端電壓變大

B.電流表示數變小，輸出信號端電壓變大

C.電流表示數變大，輸出信號端電壓變小

D.電流表示數變小，輸出信號端電壓不變

2.某研究性學習小組設計了一種測定風力的裝置，其原理如圖甲所示。迎風板與一個壓敏電阻Rx連接，工作時迎風板總是正對風吹來的方向，壓敏電阻隨風力的變化而變化，已知電源電壓恒為9V，定值電阻R＝2Ω，電壓表量程為0～3V，壓敏電阻Rx，與迎風板承受風力F的關系如圖乙所示。

（1）電壓表示數隨風力的增大而_______（選填“增大”“減小”或“不變”）。

（2）求無風時定值電阻R消耗的電功率。

（3）求該裝置所能測量的最大風力。

題目中出現的背景描述和特殊電阻的說明，對學生的閱讀、理解、知識遷移能力有較高的要求。而在初中物理實驗中，并沒有涉及特殊電阻的實操性實驗，這使得學生對于特殊電阻的學習只能停留在習題的描述中。這樣的學習方式，一方面使得部分學生對于這類題目感到難以理解，另一方面學生也不知道如何將所學知識運用到生活中。為此，筆者特以光敏電阻的應用為例，帶領學生制作“光控LED燈”，讓學生了解光敏電阻的特性，體會特殊電阻在生活中的應用實例。

二、“光控LED燈”的簡介

（一）“光控LED燈”的電路及元件選擇

“光控LED燈”的材料包括面包板、電源、光敏電阻、定值電阻、發光二極管、三極管、導線。面包板：各種電子元件可以插入面包板中的小孔進行連接，省去一些焊接或手動接線。電源：3V的紐扣電池。光敏電阻：利用半導體的光電導效應制成，其阻值隨光照強度的增大而減小。光照越強，電阻越小；光照越弱，電阻越大。定值電阻：22kΩ的定值電阻。發光二極管：LED燈珠。三極管：8050三極管。

（二）“光控LED燈”的設計原理

“光控LED燈”能根據環境光線實現智能照明，天黑會自動亮起，白天會自動熄滅。由于光敏電阻的阻值隨光照強度的增大而減小，[1]因此如果直接將光敏電阻與LED燈串聯，則會出現天黑LED燈自動熄滅，白天LED燈自動亮起的情況。所以，在選擇電路元件時，選取了一個三極管，它的作用是與光敏電阻組合在一起構成一個電子開關，實現光照強時LED燈不發光，光照弱時LED燈發光。三極管有三個極，基極b，集電極c，發射極e。在原理上，當基極b有電流時，三極管導通，c-e之間有電流通過。當基極b電流為0時，三極管截止，c-e之間沒有電流通過。

（三）“光控LED燈”的工作原理

白天（即光照強度大時），光敏電阻阻值小，三極管相當于短路，基極b電流為0，三極管處于截至狀態，c-e之間如同一個斷開的開關。此時沒有電流通過LED燈，LED燈不發光。晚上（即光照強度小時），光敏電阻阻值大，三極管基極b有電流通過，處于導通狀態，c-e之間如同一個閉合的開關，其等效電路圖如圖丁所示。此時有電流通過LED燈，LED燈發光。

三、“光控LED燈”的制作

本電路元件使用簡單，對于已經有基礎電學知識的學生，其電路設計也是容易理解的。筆者帶領學生制作的過程如下[2]：（1）了解光敏電阻的特性，進而知道三極管與光敏電阻組合起來的功能。（2）能夠分析“光控LED燈”電路圖，知道其工作原理。（3）介紹部分電子元件，包括：面包板的內部結構，LED燈正、負極的識別方法，三極管基極、集電極、發射級的識別方法。（4）學生根據電路圖連接電路，并模擬白天和晚上觀察LED燈的發光。

四、結束語

在此之前，學生對于光控燈的體驗一般是通過題目的描述或是生活中家里購買的小夜燈，而這次的小制作，學生親自動手制作出光控燈，并模擬白天和晚上LED燈的發光情況，讓他們體驗到了光敏電阻的特殊之處。這不僅讓學生感受到了學有所用，也為他們設計出關于特殊電阻電路提供了更多的可能性。雖然現實生活中關于特殊電阻的電路要復雜得多，但這樣的小制作有利于豐富學生對特殊電阻的了解，引發他們對特殊電阻在生活中應用的思考，激發探究特殊電阻的興趣。