光敏電阻和三極管制作光控開關的要點分析摘要：本文將基于現有高中教材中光敏電阻和三極管制作光控開關實驗的不足，合理提出實驗改進方法及要點，解決現有教材實驗中存在的不足，并通過實驗加深學生對“轉換電路”作用的理解和認知，達成實驗教學目標。關鍵詞：光敏電阻；三極管；光控開關；制作要點前言：隨著物聯網、自動化、智能化等技術的快速發展和普及，如今社會對于傳感器技術的重視也在持續提升。教育領域作為未來科學技術發展的基礎，其也將傳感器技術視作為重要教學內容。不過結合實際情況來看，很多傳感器所輸出的信號均相對較弱，想要對其進行充分利用，就需要沖突轉換電路進行信號轉換、放大處理。傳感器作為高中物理的重要組成內容，由于學生電子電路相關知識能力較為薄弱，復雜的轉換電路將會加大學生的學習難度。因此，為能夠提高學生的學習效果，提出一種簡化傳感器工作電路將具有一定的現實意義。一、現有高中教材管控開關實驗中存在的不足高中物理課程標準教科書人教版選修3-2中介紹了光敏開關的實驗電路，具體電路構成如圖1所示。圖1高中物料教材管理開關電路示意圖此電路的基本原理是基于光敏電阻阻值水光照強度變化而變化的特性達成自動控制效果。若是在沒有光照的環境下，光敏電阻RG的阻值便會提升，此時斯密特觸發器的輸入端電平將會呈現為高電平（A），而輸出端電平則會呈現為低電平（Y），Y側的實際輸出電壓相對較高，促使執行機構運作，電路中的發光二極管點亮；若是當前環境存在光照，那么光敏電阻RG的阻值將會隨著光照強度的提升而持續下降，此時斯密特觸發器的輸入端電平將會呈現為高端平（A），而輸出端電平則會轉換為高端平（Y），實際Y側的輸出電壓相對較小，不會驅動執行機構運作，以至于電路中發光二極管不工作。不過，上述電路中RG和R1共同構成串聯分壓電路，但光敏電阻的阻值隨著光照強度而持續變化時，其所轉化的電壓也在不斷變化，變化后的電路信號將會傳遞給斯密特觸發器，由斯密特觸發器來實現電壓控制效果。但斯密特觸發器作為一種集成電路，其實際電路結構和工作原理均相對復雜，高中生電子電路相關知識較為薄弱，對其理解難度較大，想要提高學生對于此光控開關的理解效果，就需要教師進一步講述斯密特觸發器的工作原理及內部集成電路，其勢必會加大學生的理解難度，不利于學生的快速理解和學習。二、光敏電阻和三極管制作光控開關的要點針對現有高中物理教材中光控開關的不足，筆者提出一種由開關三極管來替代斯密特觸發器的光敏開關設計，此設計的實際電路如圖2所示。圖2基于光敏電阻和三極管的光控開關電路示意圖雖然學生同樣沒有接觸過改進后電路中所采用的開關三極管，但相對于現有教材中光敏開關電路中所采用的斯密特觸發器來說明，開關三極管的工作原理更加簡單，所以采用開關三極管以后，不僅可以降低教師的教學難度，還可以提高學生的理解效果，更有利于實施光敏開關實驗教學。之所以會選用開關三極管作為替代電子元器件，主要原因在于開關三極管不僅具有電流轉換、電流放大作用，而且還具有電路短路、接通等電子開關控制作用，是一種集電壓導通、電流控制于一體的電子元器件，可以有效滿足光控開關的實際制作要求，所以在綜合分析研究后，最終采用了開關三極管作為替代電子元器件。在圖2中，電阻R1和光敏電阻RG雖然仍然會共同組成串聯分壓電路，并在實際應用過程中會將光敏電阻的阻值變化轉化為電壓變化，進而實現控制開關三極管電子通斷效果。在沒有光照的情況下，由于光敏電阻的實際特性，光敏電阻的實際阻值將會達到較大值，此時開關三極管b側所獲取的電壓相對較高，而c側和e側所獲取的電壓相對較低，進而會導致電路VT被導通，而c側和e側的電路則會等同于短路，不會傳遞電流，最終形成一個由電源、R2、發光二極管、開關三極管共同組成的電路回路，并且此回路將會被導通，促使發光二極管點亮；若是在有光照環境下，基于光敏電阻的特性，隨著光照強度的不斷提升，光敏電阻的阻值持續減小，此時開關三極管b側所獲取的電壓相對較低，電路VT將不會導通，也不會形成一個可以促使發光二極管運作的導通回路，導致發光二極管不運作。此電路回路相對簡單，實際電流流向也較為明確，并且不存在現有教材中所采用集成電路式設計，所以將會有效降低學生的理解難度。在實際實驗過程中，教師講述完原理及光敏開關制作方法以后，后續所有內容均可以由學生自己動手來完成，促使學生不用集成電路實驗板，也可以完成光敏開關電路的自行制作。具體分析后可以發現，改進后電路中的被控對象仍然是發光二極管，其在實際實驗中僅需要較小的電流便可以被點亮，促使整體實驗過程中對光控開關的模擬效果較好，制作難度較低。但若是想要驅動更大功能的電子設備運作，就需要通過在電路中引入繼電器來啟動另外的供電電源，以此來滿足電子設備的實際運作要求。以白熾燈作為被控對象后，繼續對光控開關電路進行優化完善，進而獲取到圖3中的電路。圖3大功率光控開關電路示意圖在此電路運作時，若是電路中的開關三極管處于導通狀態，那么b側的電流將會相對較少，而c側的電流則會相對較大，只要c側的電流足夠驅動繼電器運作，那么電路中開關Ja便會有效閉合，進而控制白熾燈L工作，而其他方面則基本上與不設置繼電器的簡單光控開關電路保持一致，兩者雖然具體設計存在一定差異，但均可以達成光控開關的效果。三、結束語綜上所述，現有高中物理教材中所采用的光控開關設計電路存在集成電路這一不足，將會極大提高學生的學習和理解難度。對此，本文提出了一種開關三極管替代集成電路的光控開關設計電路，此電路不僅適用于發光二極管等低電流電子設備的光控實驗使用，也可以在進行適當修改后運用于白熾燈等大功率電子設備的光控實驗使用，具有較強普適性和實用性，值得在當前高中物理傳感器原理講解和教學過程中進行使用，進而加深學生對于傳感器的理解和學習。參考文獻[1]葉升印,梁晉瑋,曹群生.一款光控頻率選擇表面的器件開關特性研究[J].微