應用廣泛的半導體元件

李參軍 楊小榮

在初中物理實驗中，我們常用滑動變阻器來改變電路中的電阻，從而調節電流、電壓，而在生活中，廣泛存在著多種可以自動調節電阻的元件，它們就是光敏電阻、熱敏電阻、壓敏電阻等各種各樣的半導體元件。今天我們通過3道典型考題來看看這些神奇的半導體材料的廣泛應用。

例1（2020·福建）圖1為利用光敏電阻設計的監控裝置示意圖，R1是光敏電阻，當光照射的強度增大時其阻值變小，R2是定值電阻，電源電壓不變。當有人經過通道遮蔽光線時（ ）。

A. 通過R1的電流變大 B. R1兩端的電壓變小

C. R2兩端的電壓變大 D. R2兩端的電壓變小

解析：兩電阻串聯，當有人經過通道遮蔽光線時光照射的強度減小，光敏電阻R1阻值變大，電路的電阻變大，由歐姆定律可得電路的電流變小，A錯誤;因為電源電壓不變，R2兩端電壓變小，故由串聯電路電壓的規律可得R1兩端電壓變大，B錯誤;電流變小時，因為定值電阻阻值不變，根據U2=IR2，可知R2兩端電壓變小，C錯誤，D正確。

答案：D

點評：解題關鍵是明確當光照射的強度減小時光敏電阻阻值變大。

例2（2020·寧夏）如圖2甲所示是某款手持式電子測溫儀。圖2乙是它工作的原理圖，其中電源電壓保持不變，R是熱敏電阻，用于靠近人體測溫，定值電阻R0為保護電阻，顯示儀由電流表或電壓表改裝而成。在測量人的體溫時，顯示儀的示數會隨被測者體溫的升高而變大，則下列分析正確的是（ ）。

A. 顯示儀是由電流表改裝成的

B. 熱敏電阻R的阻值隨著溫度的升高而增大

C. 被測溫者體溫越高，電路消耗的電功率越大

D. 將R0更換為阻值更大的電阻，測相同溫度，顯示儀示數變大

解析：由電路圖可知，熱敏電阻R與保護電阻R0串聯，因顯示儀與熱敏電阻并聯，故顯示儀是由電壓表改裝成的，顯示熱敏電阻兩端電壓，A錯誤。因為當被測者體溫升高時，顯示儀的示數也會變大，由串聯電路分壓原理可得，這時熱敏電阻的電阻變大，即熱敏電阻R的阻值隨著溫度的升高而增大，B正確。由于被測者體溫越高，熱敏電阻的阻值越大，電路中的總電阻越大，所以由歐姆定律I = U/R可知這時電路的電流越小，而根據P = UI進一步可得電路消耗的電功率越小，C錯誤。溫度相同時熱敏電阻的阻值不變，將R0更換為阻值更大的電阻，則其相對于熱敏電阻的阻值變大，由串聯電路分壓特點可得R0兩端電壓變大，R兩端的電壓變小，因此顯示儀示數會變小，D錯誤。

答案：B

點評：解題關鍵是準確判斷出顯示儀是由電壓表改裝成的。

例3（2020·黑龍江·牡丹江）圖3甲所示是我市某家用電輔熱式平板太陽能熱水器，其銘牌上標有電加熱的功率為1000 W。圖3乙是其儲水箱水位探測電路原理圖，其中電源電壓為24 V，A為水位指示表（由量程為0～0.6 A電流表改成），R0阻值為10 Ω，Rx為壓敏電阻，其阻值與儲水箱水深的關系如圖3丙所示。求：

（1）熱水器正常電加熱時，電熱絲電阻多大？（結果保留一位小數）若遇到陰雨天，將儲水箱中50 kg、30 ℃的水加熱到50 ℃，正常通電要多長時間？（假設電熱全部被水箱中的水吸收且水無熱損失）

（2）當水位指示表指示儲水箱水深為0.2 m時，探測電路中的電流多大？

解析：（1）由題可知，電加熱器的額定功率P = 1000 W，正常工作時的電壓U = 220 V，所以由[I=UR]和P = UI可得，電熱絲的電阻為R = [U2P] [=（220 V）21000 W] = 48.4 Ω;將儲水箱中50 kg、30 ℃的水加熱到50 ℃時水吸收的熱量為Q吸 = cm[Δ]t = 4.2 × 103 J/（kg·℃） × 50 kg × （50 ℃ - 30 ℃）= 4.2 × 106 J，若電熱全部被水箱中的水吸收且水無熱損失，則W = Q吸 = Pt，所以由[P=Wt]可得通電時間為[t=WP=4.2×106 J1000 W=4200 s]。

（2）由圖丙可知，當水深h = 0.2 m時，壓敏電阻的阻值是Rx = 150 Ω，則探測電路中的電流值是：[I=URx+R0=24 V150 Ω+10 Ω=0.15 A]。

點評：需要說明的是，題目是根據深度求電流表的示數，其實我們還可以根據電流表的示數反推出水的深度，具體的方法是：先通過R = U/I計算出電路中的總電阻，再減去R0的電阻即得壓敏電阻的阻值，最后通過圖丙就可以得到水的深度。