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专题26　比较器及其应用一(非选择题)
【基础巩固篇】
1.小马参观了农业园区的蔬菜大棚(图a所示)后，决定为家中的蔬菜大棚设计湿度指示电路和温度控制电路。请完成以下任务：
(1)如图b是小马设计的湿度指示电路。RS为负系数湿敏电阻(湿度越大，电阻越小)。当湿度处于上下限之间时，V2发光；当湿度高于上限或低于下限时V1发光。请在虚线框1中完成元件的连线，以实现上述要求；
(2)小马准备调低上限湿度，则应该将________(A.Rp1触点上移；B.Rp1触点下移；C.Rp2触点上移；D.Rp2触点下移)；
(3)如图c是小马设计的温度控制电路。Rt为负系数热敏电阻。电路调试正常后IC3“V＋”的电位大于IC4“V－”的电位。当大棚内温度大于28 ℃时，V3、V4都发光，表示风机高速运转；当温度处于18 ℃和28 ℃之间时，V3不发光，V4发光，表示风机低速运转；当温度小于18 ℃时，V3、V4都不发光，表示风机停止运转。请在虚线框2中用不多于3个“2输入与非门”画出其电路，以实现上述要求；
(4)用继电器驱动风机(风机串接调速器后低速运转)，下列电路正确的是________。
2.小明发现自家蔬菜大棚在湿度低且温度高，以及湿度高且温度低这两种情况下都会不利蔬菜生长，因此设计了如图报警电路，湿敏电阻湿度越高，电阻越小。在上述不利于蔬菜生长的情况时亮红灯，其它情况亮绿灯。根据电路图和功能要求完成下列任务。
(1)热敏电阻Rt是________(A.正温度系数；B.负温度系数)；
(2)小明选用热敏电阻时误选用了相反系数的热敏电阻，调试却成功了，以下原因不可能的是________(A.Rt和Rp2的位置互换了；B.IC2的输入端口互换了；C.R2和R1的位置互换了)；
(3)根据电路图参数，小明选择的芯片属于________类型(A.TTL；B.CMOS)；其引脚排列正确的是________；
(4)小明发现芯片的一个或非逻辑模块无法使用，准备用二极管、电阻和555芯片重新设计电路，实现同样的功能。小明画出了部分电路，请你在虚线框内完成剩余部分电路的设计。
555功能表
2脚 6脚 3脚
>Vcc >Vcc 低电平
>Vcc 3.如图a所示是小明设计的房间湿度控制电路。当房间湿度低于下限时，加湿机工作，增加室内湿度；当湿度高于上限时，接通电机，开窗通风，降低室内湿度。其中RS是湿敏电阻，比较器功能：当V＋>V－时，输出高电平；当V＋(1)下列对该电路的工作过程描述正确的是________(A.湿度低于下限时加湿机开始工作，高于上限时停止；B.湿度高于上限时开窗，低于下限时关窗；C.湿度低于下限时加湿机开始工作，高于下限时停止)；
(2)小明在调试电路时发现会出现窗户被打开，同时加湿机也启动的情况。以下对该情况出现原因的分析中，可能的是________(A.Rs短路；B.Rp1断路；C.R2短路；D.D1、D2断路)；
(3)图a电路中存在设计缺陷，窗户完全打开后电机仍在运转，且只能开窗，无法自动关窗。小明利用继电器J2的转换触点和限位开关SQ1、SQ2对电路进行了改进，以实现室内湿度高于上限时开窗，窗户打开到位SQ1断开；湿度符合要求时关窗，窗户关闭到位SQ2断开。请完成图b虚线框1中的连线，以实现功能。电机中的电流从“＋”到“－”时为开窗，电流从“－”到“＋”为关窗；
(4)实际应用中发现当室外湿度很大时，开窗通风降低室内湿度的效果不好。因此，小明决定改进电路，增加室外的湿度检测，当室内外湿度都很大时，不开窗通风，而是接通排风扇，将室内的气体排到室外。请利用一只四二输入与非门芯片，在图c虚线框2中完成连线，实现功能。
4.小明发现家里的鱼缸长期开着净化系统比较浪费，于是设计了一款根据水的清澈度自动开关净化系统的控制电路，当水较浑浊时启动净化系统，较清澈时停止。电路中用发光二极管与光敏二极管(V1与V2、V3与V4)组成两个参数相同的水清澈度传感器。普通二极管和三极管均为硅管。IC1、IC2为比较器，V＋>V－时输出高电平，V＋(1)水浑浊时A点电位________(在A.下降；B.上升；C.不变中选择合适的选项，将序号填入“________”处)；
(2)要完成小明设想的控制，请在虚线框处填入一个合适的逻辑门将电路补充完整；
(3)要完成小明设想的控制，R2与R4调节好后阻值应________(在A.R2>R4；B.R2(4)准备元器件进行组装调试时小明发现传感器占用较大空间，比较器芯片也没有库存了，好在继电器还有多组触点的，于是对电路进行了改进，请在虚线框中选择合适的端口帮他完成连线。
5.如图a所示是小明设计的水温自动控制电路。其中Rt是热敏电阻，A1、A2是电压比较器，当V＋>V－时，输出高电平；V＋(1)热敏电阻Rt为________(从A.正温度系数热敏电阻；B.负温度系数热敏电阻中选择一个正确答案填在________处)；
(2)有关这个电路的分析，以下说法中错误的是________(从A.实际工作时发现加热器始终不工作，可能是R4阻值过大；B.当温度超过上限时，加热器仍然加热，可能是电压比较器A1损坏；C.若减小Rp的阻值，会调高上限水温和调低下限水温；D.调大R2的阻值，可以调低下限水温和调高上限水温；中选择一个正确答案填在________处)；
(3)使用一段时间后，原与非门芯片损坏，现手头只有或非门芯片，请在图b的虚线框1中用三个或非门连线，要求电路功能保持不变；
(4)小明对电路重新进行了设计，请在图c的虚线框2内用两个二极管连线，要求电路功能保持不变。
6.小明发现班里的鱼缸换水很麻烦，为此设计了如图a所示的装置。该装置能实现清澈度检测、清澈度控制和提醒更换滤材等功能，电路如图b所示，电压比较器LM393的特性如表格所示。VD1发出的光线在暗环境中经过固定距离的水体照射到Rg上，以此检测水体的清澈度。请完成下列任务。
LM393特性
输入 输出
V＋V＋>V－ 悬空
(1)下列分析中，正确的是(单选)________；
A.VD2发光表示清澈度很高，VD3发光表示清澈度很低
B.VD2发光表示清澈度很低，VD3发光表示清澈度很高
(2)VD4发光表示清澈度适中，请完成虚线框1中的电路连线，以实现该功能；
(3)当清澈度很低时，启动抽水泵M；当清澈度很高时，关闭抽水泵M；当清澈度适中时，抽水泵M保持上一个状态。请用不超过四个2输入或非门设计虚线框2的电路，实现上述功能；
(4)每次抽水泵M启动后，在设定时间内VD5不发光；若在设定时间内清澈度不能达标则VD5发光，提醒更换滤材。要实现上述功能，虚线框3中合理的电路设计是(双选)________。
7.如图所示是小明设计的花房遮阳棚光控电路。接通电源，闭合开关S1，当外界环境光线强度介于上下限之间时，打开遮阳棚(通过电机的电流从“＋”到“－”)；当外界环境光线强度高于上限或低于下限时，关闭遮阳棚(通过电机的电流从“－”到“＋”)。比较器功能：V＋>V－时输出高电平，V＋(1)根据信号AC波形画出信号B的波形；
(2)关闭遮阳棚时，关于V4、V5发光情况分析正确的是________(A.光线弱V5发光，光线强V4发光；B.光线弱V4发光，光线强V5发光；C.无论光线强弱，V4、V5均不发光)；
(3)为了应急需要，小明特意增加了手动控制开关S1、S2，初始状态接通电源，闭合开关S1，下列关于开关S1、S2功能分析不正确的是________(A.当环境光线高于上限或低于下限时，断开S1，遮阳棚关闭；B.当环境光线介于上下限之间时，接通S2，遮阳棚关闭；C.不管外界光线如何，同时接通S1、S2，遮阳棚关闭)；
(4)为实现电路功能，现有二极管、电阻等元器件若干，请你在虚线框1内补全电路。
【能力提升篇】
1.如图所示是小明设计的过载欠压器报警器控制电路。当电机过载时，流过RH的电流超过上限允许值；当电机欠压时，流过RH的电流超过下限允许值。IC1、IC2是电压比较器，比较器的功能：当V＋>V－时输出高电平，当V＋(1)为实现纺织机过载或欠压时，报警器均能发出报警信号。虚线框1内应选择________(在A.与门；B.或门；C.与非门；D.或非门中选择合适的选项，将序号填入“________”处)；
(2)若调大R3阻值，则________(在A.上限被调高，下限被调低；B.上、下限均被调高；C.下限被调高，上限被调低；D.上、下限均被调低中选择合适的选项，将序号填入“________”处)；
(3)小明改进了电路，要求报警器在电压恢复后仍然保持报警，S按下后解除报警。请你利用两个相同的门电路在虚线框2内补全电路，实现该功能(S为复合按钮，按住时，常闭触点断开，常开触点闭合)；
(4)在以上改进电路的基础上，要使白天过载或欠压时BZ发出声音报警；晚上过载或欠压时VD1发出灯光报警，请你在虚线框3内，利用所给元器件实现该功能。
2.如图1所示是小明设计的小鸡孵化温度控制电路，当温度正常(介于上下限之间)时不报警，温度高于上限或低于下限时均报警。Rt为负温度系数热敏电阻。N1、N2为电压比较器，V＋>V－时输出高电平，V＋(1)当温度高于上限时，两个电压比较器的输出为________(A.N1输出高电平、N2输出低电平；B.N1输出低电平、N2输出高电平；C.N1、N2均输出高电平；D.N1、N2均输出低电平)；
(2)请在图1虚线框1中选择合适的接线端子连线，将电路图补画完整；
(3)若要调高下限温度且上限温度保持不变，下列措施中，合理的是________(A.仅把Rp1滑片下移；B.仅把Rp2滑片上移；C.R2更换为更大的电阻，并把Rp1滑片上移)；
(4)小明把电路功能改进为温度低于下限开始加热，温度高于上限停止加热，请在图2虚线框2中连线，将电路图补画完整。
图2
3.小明同学去工厂参观过程中，发现用于装卸货物的物料车没有明显的运货和返回的提示，于是结合自己学习的电子控制技术知识，设计了如图b所示的物料车运输指示电路，其中VT1、VT2工作在开关状态。物料车在斜坡上往复运送物料，当车尾部的磁铁到达最低处时，绿色指示灯点亮；当车头部的磁铁到达最高处时，红色指示灯点亮，如图a所示。请完成下列任务：
(1)分析电路图b可知，干簧管S1应放置于斜坡的________(在A.最高处；B.最低处；C.任意位置中选择合适的选项，将序号填入“________”处)；
(2)物料车运输指示电路正常工作过程中，下列现象描述正确的是________(在下列选项中选择合适的选项，将序号填入“________”处)；
A.物料车从最低点开始向上运动过程中，绿灯一直亮，直到到达最高点，绿灯灭
B.物料车运动至最高点的瞬间红灯亮，再向下运动的过程中，红灯一直不亮
C.物料车在向上和向下运动过程中，除最高点和最低点外，两盏灯都不亮
D.物料车向上运动时，绿灯快速闪烁，向下运动时，红灯快速闪烁
(3)小明同学发现图b电路在应用中存在一定局限性，拓展空间较小，于是想利用集成门电路来实现物料车的运输指示。为实现图b电路的指示功能，应选择________(在A.两个与非门构成的基本触发器；B.两个或非门构成的基本触发器中选择合适的选项，将序号填入“________”处)，并运用选择的触发器在图c中完成连线；
(4)小明同学在图c的基础上，想增加物料车的自动卸货功能，用安装在车内的发光二极管VD和光敏电阻Rg检测货物是否卸下(载货未完成前Rg一直被遮挡)。如图d所示，当物料车满载到达最高点时，干簧管S接通，直流电机M正转(电流从左向右)使车厢翻转开始卸货，卸货完毕后，直流电机M反转(电流从右向左)使车厢还原。物料车未到达最高点时，电机不工作。IC为电压比较器，V＋>V－时输出高电平，V＋4.如图所示是小明设计的宠物窝温度控制系统。Rt为负温度系数热敏电阻，用发光二极管和光敏电阻来检测宠物是否在窝里。当宠物在窝里且窝内温度高于30 ℃时，风扇启动工作；当温度低于20 ℃时，风扇停止工作；宠物不在窝里时，不管温度如何，风扇都不工作。已知IC1控制上限，IC2控制下限，请根据描述回答下列问题：
(1)现要将风扇停止工作温度调整为25 ℃则应________(在A.调大R5；B.调大R6；C.调大R7；D.调大R8”中选择合适的选项，将序号填入“________”处)；
(2)请你用一块四2输入或非门芯片补全图虚线框中的电路，要求电路简单；
(3)小明在调试的过程中发现，风扇一直工作，下列原因中不可能的是________(在A.R9虚焊；B.V3被击穿；C.V4接反中选择合适的选项，将序号填入“________”处)；
(4)按照电路，完成继电器与三极管、风扇的连线。
5.如图a所示是小明设计的有轨电车道路闸控制电路。利用光敏电阻及压力装置检测有轨电车所处位置；用V5、V6表示道闸电机的正反转，当道闸下降时，电机正转V5亮；当道闸上升时，电机反转V6亮，其它情况都不亮。如图b所示：当有轨电车车头通过检测点A时，道闸降下，红灯V5亮；当车身既遮挡检测点A，又同时处于压力装置区域时，道闸保持下降；当车身仅处于压力装置区域未遮挡检测点A、B时，道闸保持关闭，红、绿灯都不亮；车身未全部离开压力装置区域并同时遮挡检测点B时，道闸上升，绿灯亮：车身仅遮挡检测点B时，道闸保持上升，车尾离开检测点B时，道闸保持打开。说明如下：道闸工作在保持上升或下降状态时触发器工作在保持状态；压力装置功能：当电车处于压力装置区域时，呈现低电阻状态，否则为高电阻状态；比较器功能：V＋>V－时输出高电平，V＋(1)当有轨电车车身处于压力装置区域时，比较器输出________(在A.高电平；B.低电平；C.不能确定选择合适的选项，将序号填入“________”处)；
(2)如图c所示，电机(M)电流从“＋”到“－”，电机正转，横杆升起；电机电流从“－”到“＋”，电机反转，横杆降下。请在虚线框1内设计继电器控制电机正反转的电路，并标明J1、J2，要求三极管采用共发射极接法。提供的元器件有：2个NPN型三极管、2个普通二极管、2个电阻、2个继电器；
(3)完成上述功能，请你补全图a中虚线框2位置的电路，完成上述功能，要求使用二输入逻辑门电路并且尽可能简单；
(4)小明在测试电路时发现，红灯V5一直亮，造成该现象可能的原因是________(在A.R4桥接；B.R2设定阻值过大；C.压力装置故障中选择合适的选项，将序号填入“________”处)。
6.小明为自家阳台设计了如图a所示的自动晾衣装置和如图b所示的控制电路。其中三极管V1、V2和V3均工作在开关状态；A1、A2为电压比较器，当V＋>V－时输出高电平，当V＋(1)小明在图b中漏标了S1、S2及J1、J2，则①、②、③、④四处所对应的标注依次为________(在A.S1、S2及J1、J2；B.S1、S2及J2、J1；C.S2、S1及J1、J2；D.S2、S1及J2、J1中选择合适的选项，将序号填入“________”处)；
(2)根据电容学两端电压不会突变的机理，图b电路中电容C1的作用是________(在A.仅减少短时强光干扰；B.仅减少短时遮光干扰；C.减少短时遮光或强光干扰中选择合适的选项，将序号填入“________”处)；
(3)现希望光照强度下限值不变，上限值降低，合理的调整措施是________(在A.增大R5，减小R6，R5与R6的总阻值不变；B.增大R6，减小R7，R6与R7的总阻值不变；C.减小R5，增大R6，R5与R6的总阻值不变；D.减小R6，增大R7，R6与R7的总阻值不变中选择合适的选项，将序号填入“________”处)；
(4)因没有或门芯片，小明准备用3个普通二极管和1个电阻替代图中虚线框内的2个或门；同时增设两个手动开关S3、S4(常开、常闭任选)，以实现按下开关S3晾衣和按下开关S4收衣的功能。请你帮小明在虚线框中完成设计。(注：常开与常闭型手动开关电路符号如图所示)
7.小明设计了一个矿洞瓦斯和高温报警电路，当矿洞内瓦斯气体浓度超过设定值或矿洞内温度过高时，LED灯V2均会报警，若是瓦斯气体浓度过大，还会启动排风系统工作。气敏电阻在瓦斯浓度变化时会发生变化，Rt为负温度系数热敏电阻。分析电路完成，请完成以下任务。
(1)当瓦斯浓度增加时，气敏电阻器AB之间的电阻将________(在A.增大；B.减小；C.不变中选择合适的选项，将序号填入“________”处)；
(2)要完成瓦斯浓度过大或矿洞内温度过高时，V2均发光报警的功能，需完善电路。请你用不超过四个2输入与非门设计图1虚线框位置的电路，实现上述功能；
(3)由瓦斯浓度过大引起报警后，排风系统工作，瓦斯浓度开始减小，当浓度小于设定值时，V2将________(在A.立即熄灭；B.保持发光；C.逐渐熄灭中选择合适的选项，将序号填入“________”处)；
(4)在调试中小明发现V2发光报警时，不能判断是因瓦斯浓度过高，还是温度过高引起，他想通过改进电路来分辨报警类型，即原来增加继电器和发光二极管来实现V2为高温报警，V6为瓦斯浓度报警。请在图2虚线框位置完成电路设计。
8.如图a所示为小明设计的实验室温度警示电路，当温度超出设定范围(20 ℃～30 ℃)时红灯亮，否则绿灯亮。已知Rt是负温度系数热敏电阻，Rp1、Rp2分别控制下限温度和上限温度。LED2是红色发光二极管，LED1是绿色发光二极管，C1、C2是电压比较器：V＋>V－时，输出高电平，V＋(1)受材料限制，可以供选择的门电路只有或非门、与非门和或门。为实现电路功能，图a虚线框中电路分析正确的是________(在A.应选用1个或非门；B.应选用1个与非门；C.应选用1个或门中选择合适的选项，将序号填入“________”处)；
(2)若Rp1和Rp2都选用10 kΩ的可调电阻，电路调试完毕正常工作时，若C1的正脚电位为V1＋，C2的负电位为V2－，则V1＋与V2－的大小关系是________(在A.V1＋等于V2－；B.V1＋大于V2－；C.V1＋小于V2－中选择合适的选项，将序号填入“________”处)；
(3)在新冠疫情防控期间，为了加强实验室通风，小明对图a的电路进行了升级改造，如图b所示，其工作原理是：当室外气温在设定范围内且湿度小于设定值时开窗，否则关窗。用Rt检测室外温度并增加湿敏电阻RS检测室外湿度，当窗外湿度变大时，其阻值会变小。当流经电机M的电流方向由a→b时开窗，反之关窗。为实现上述功能，请你用不超过四个2输入或非门设计虚线框中的电路；
(4)在调试如图b所示电路时，发现当窗户完全打开(或关闭)时电机M不能停止转动。为解决这个问题，小明重新设计了电路的输出部分，增加了K1、K2两个限位开关。当窗户完全打开后，K1被按压而断开：当窗户完全关闭后，K2被按压而断开。如图c所示，请将电路中所缺的线连接完整。
专题26　比较器及其应用一(非选择题)
基础巩固篇
1.(1)如图所示
(2)B　(3)如图所示　(4)A
2.(1)B　(2)C　(3)B　B
(4)如图所示
3.(1)C　(2)C　(3)如图所示
(4)如图所示
4.(1)B　(2)　(3)B
(4)如图所示
或
5.(1)A　(2)C　(3)如图所示
(4)如图所示
6.(1)B　(2)(3)如图所示　(4)BC
7. (1)如图所示　(2)B　(3)A　(4)如图所示
　　　　
能力提升篇
1.(1)C　(2)B　(3)如图所示
(4)如图所示
2.(1)A　(2)如图所示　(3)B
(4)如图所示
解析　(1)当温度高于上限时，由于Rt是负温度系数热敏电阻，N1的V＋输入0，N2的V－输入也为0，当温度升高，R1上端电位升高，因此N1输出0－0－1，N2输出1－0－0；可以知道A正确；(2)温度正常时，LED不发光，所以电路连线如答案所示；(3)要调高下限，上限温度不变，只需要调节Rp2比较电位增大即可，B正确；(4)温度从低到高分析可知，N1输出1－1－0，N2输出1－0－0。当输入1－0时也要正常加热，则需要输出反馈到输入端，将与门的输入端变成高电平，所以连线如下图所示。
3.(1)A　(2)A　(3)A　连线如图所示
(4)参考答案1
参考答案2
4.(1)D　(2)如图所示
(3)B　(4)如图所示
5.(1)A　(2)如图所示
(3)如图所示
(非门部分可以是二输入的与非门或者或非门)
(4)A
6.(1)D　(2)C　(3)D　(4)如图所示
7.(1)B　(2)如图所示
(3)B　(4)如图所示
8.(1)C　(2)C　(3)如图所示
(4)如图所示

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