现实自动控制电阻类型分析之光敏电阻

华庆富

光敏电阻器又称光导管，特性是在特定光的照射下，其阻值迅速减小，可用于检测可见光。光敏电阻器是利用半导体的光电效应制成的一种电阻值随入射光的强弱而改变的电阻器，它对光线十分敏感，它的电阻值能随着外界光照强弱（明暗）变化而变化。它在无光照射时，呈高阻状态；当有光照射时，其电阻值迅速减小。如声控灯中采用了光敏电阻器作为白天控制灯光的装置。通常情况下，光敏电阻器都制成薄片结构，以便吸收更多的光能。

例1.在昼夜明灯的地下停车场，驾驶员根据车位入口上方的红绿灯入停。图1是小吴设计的自动控制电路图，将光控开关（遮光时开关闭合）装在每个车位地面中央，红绿灯装在车位入口上方。当车位未停车时绿灯亮，当车位已停车时红灯亮，则图中L1、L2（ ）。

A.都是红灯 B.都是绿灯

C.L1是红灯，L2是绿灯 D.L1是绿灯，L2是红灯

【解析】本题旨在考查电磁铁的工作过程的知识，考查同学们对电磁铁原理的理解。根据光控开关的作用，分析左侧控制电路的通断，再分析两灯的工作状态即可解题。

由题意可知，当车位已停车时，光控开关被遮光而闭合，由图1可知，此时左侧控制电路连通，电磁继电器中的电磁铁产生磁性，吸下衔铁，L2灯泡电路被接通，所以L2为红灯；当车位未停车时，光控开关有光照而断开，电磁铁中无磁性，弹簧将衔铁拉起，L1电路接通而发光，所以L1为绿灯。故答案为D。

【点拨】本题考查电磁继电器的应用，但理解光控开关遮光时开关闭合，未遮光开关断开是解题的关键。

例2.为倡导节能环保，某科研机构设计了新型路灯，工作原理如下图所示。

控制电路中R2为半导体硅制成的光敏电阻，R2阻值随光强（国际单位坎德拉，符号：cd）变化的规律如表1所示。工作电路中开关S2的状态由R2两端的电压决定：光照足够强时，R2两端的电压很小，开关S2与b点接触，处于断开状态，路灯L关闭；当光强降为20cd时，R2两端的电压刚好升至2V。开关S2与c点接触，电路接通，路灯L正常工作。

已知，控制电路和工作电路中电源电压分别为6V和220V，路灯L正常工作时电流为1A。求：

（1）若路灯L每天正常工作8小时，其消耗的电能；

（2）工作电路刚好接通时，R1接入电路的阻值；

（3）保持R1接入电路的阻值不变，当R2两端的电压为1V时，R2的阻值是多大？分析表格中光强与电阻数据的规律，确定此时光强是多大；

（4）为了节约能源，使路灯更晚一些打开，应怎样调节R1。

【解析】（1）由于工作电路图中只有路灯L，已知电源电压、路灯L正常工作电流和工作时间，由W=UIt计算其消耗电能。

由题路灯两端电压U=220V，正常工作电流1A，所以正常工作8小时消耗的电能：

W=UIt=220V×1A×8×3600s=6.336×106J；

（2）控制电路图中R1与R2串联，工作电路接通时R2电压为2V，由表格数据知此时R2的电阻大小，再由欧姆定律计算电路中电流。

当光强度为20cd时，R2两端的电压刚好升至2V，再关S2与c点接触，电路接通，路灯L正常工作。

由表格数据可知，当光照强度为20cd时，R2的阻值为10Ω，又因为用控制电路中R1与R2串联，

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接入电路的阻值不变，当R2两端的电压为1V时，根据串联电路特点，根据欧姆定律计算出电路中电流，从而求得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；

由表格数据可知，R2的电阻与光强成反比，由表格第一次电阻40Ω时，光强为5cd，则电阻为4Ω时，光强为50cd；

（4）使路灯L要晚一些灯打开，即光强变小，R2阻值变大，为使其电压仍为2V时接通工作电路，根据串联电路的分压原理，R1的阻值应适当调大。

【答案】（1）若路灯L每天正常工作8小时，其消耗的电能为6.336×106J；

（2）工作电路刚好接通时，R1接入电路的阻值20Ω；

（3）保持R1接入电路的阻值不变，当R2两端的电压为1V时，R2的阻值是4Ω，此时光强是50cd；

（4）为了节约能源，使路灯L要晚一些打开，R1的阻值应适当调大。

【点拨】本题考查了电能、电阻的计算，要明确题意，正确分析工作电路和控制电路的电路结构，关键是从表格找到在不同光强R2电阻值。