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专题27　比较器及其应用二(非选择题)
【基础巩固篇】
1.小红同学设计了一个如图a所示的智能室内湿度控制电路，把室内湿度控制在人体适宜的湿度范围内(60%～70%)。当湿度低于下限时，开启加湿系统对室内进行加湿(即继电器J1吸合)，当湿度高于上限时，开启除湿系统对室内进行除湿(即继电器J2吸合)。比较器功能：当V＋>V－时输出高电平，V＋(1)当湿度超过上限时，三极管V2处于________状态；(在A.截止；B.放大；C.饱和导通中选择合适的选项，将序号填入“________”处)；
(2)若调小Rp4，湿度上限________，下限________(在A.调低；B.不变；C.调高中选择合适的选项，将序号填入“________”处)；
(3)测试时发现，当湿度低于下限时，加湿系统和除湿系统都处于开启状态，以下可能的原因是________(在A.三极管V2的c，e极短路；B.三极管V4的c，e极短路；C.Rp1短路；D.Rp1断路中选择合适的选项，将序号填入“________”处)；
(4)小红发现在没人的时候电路也会工作，比较浪费电，为了改进电路，小红找来了微波雷达探测模块来采集室内有无人的信号，图中IC为微波雷达探测模块，当探测到有人时，IC输出高电平。当室内无人时，无论室内湿度如何变化，加湿系统和除湿系统都不会启动。只有当室内有人且湿度低于下限，开启加湿系统对室内进行加湿(即继电器J1吸合)；当室内有人且湿度高于上限，开启除湿系统对室内进行除湿(即继电器J2吸合)。现部分电路已搭建好(如图b)，请在虚线框内利用至多4个与非门实现电路功能。
2.如图1所示是小明设计的热水器温度自动控制电路。当温度低于40 ℃时，电加热装置H开始加热，当温度到达45 ℃时，电加热装置H停止加热，实现温度控制在上下限之间。V2工作在开关状态，比较器功能：V＋>V－时输出高电平，V＋(1)要实现温度控制，电路中的Rt应选用________(在A.正温度系数热敏电阻；B.负温度系数热敏电阻中选择合适的选项，将序号填入“________”处)；
(2)请完成图1虚线框a中的电路连线，实现题目要求的功能；
(3)温度控制在上下限之间时，关于V3、V4状态分析正确的是________(在A.V3不发光、V4发光；B.V3发光、V4不发光；C.V3、V4都发光；D.不确定中选择合适的选项，将序号填入“________”处)；
(4)若要使温度控制电路的上限值变低、下限值不变，合理的措施是________(在A.增大R1的阻值；B.减小R4的阻值；C.减小R1的阻值；D.增大R4的阻值中选择合适的选项，将序号填入“________”处)；
(5)在保证原电路功能的基础上，小明对图1所示电路进行了改进，只有当水箱里有水且有人时，电路才能正常工作。有人时红外传感器输出高电平。请使用最少数量的2输入与非门完成图2虚线框b中的电路设计。
3.如图是小明搭建的一个温控电路原理图。IC是电压比较器，其工作原理为：当V＋>V－时，输出高电平；当V＋(1)当加热器开始加热时，以下描述不正确的是________、________(A.电路中若R2滑动片往上移动，设定温度会被调低；B.D1是加热指示灯；C.继电器至少有4只引脚；D.电路中拥有三只引脚的元器件共有3个；E.反接二极管V2主要用于继电器释放时，对三极管V1的保护。请选出所有选项，并将序号填入“________”处)；
(2)该电路不能实现温度区间控制，请你利用一个电阻器与继电器的另一组转换触点帮助小明改进该温控电路，以实现温度的区间控制；
(3)小明对原有电路的局部电路的接法进行了微调(元器件不变)，如下图。若依旧想实现温度的区间控制，请根据下图中已提供的一个电阻和一个二极管再次帮助小明改进电路。
4.如图所示是小明设计的通用技术实验室风扇降温控制电路，温度高时，风扇启动降温，直至降到合适温度。比较器的功能：当V＋>V－时输出高电平，当V＋(1)小明用数字式万用表检测电路，测得V2的c、e端电压显示为－0.3 V，此时三极管V2工作状态应处于图b中________区；
(2)小明把R2换成一个阻值更大的电阻，则下列说法正确的是________(在A.下限温度升高；B.上限温度升高中选择合适的选项，将序号填入“________”处)；
(3)小明调试电路时，发现V1损坏，请帮助小明利用继电器J－2触点代替V1，实现原电路功能(三极管采用共发射极接法)，在图c虚线框1处将电路图补画完整；
(4)为了节能、室内排湿，小明对电路进行了下列优化改进，增加人体检测电路，有人时输出为低电平，无人时输出高电平；增加湿度检测电路，湿度大时，输出高电平，湿度小时，输出低电平。实现如下功能：实验室内有人时，室内高湿或者高温，风扇转动工作；实验室内无人时，风扇不工作。请帮助小明利用1个四二输入或非门集成门电路，在图d虚线框2中，采用逻辑电路，实现上述功能。
5.小通发现长时间使用笔记本电脑，CPU温度过高会使电脑性能变差，为此他设计了一个辅助散热电子控制系统。当温度高于设定上限时，风扇M启动降温；当温度低于设定下限时，风扇M停止转动。电路原理图(部分)如下所示，比较器的功能是：当V＋>V－时输出高电平，当V＋(1)小通把指针式多用电表选择开关旋到直流电压挡，红表笔接a点，黑表笔接b点，发现温度上升过程中指针逐渐往左偏转，则Rt阻值随温度变化的规律与________相似(单选，将字母填在“________”处)；
(2)根据功能要求，请完成虚线框1中电路的连线；
(3)若把Rp2滑动触点适当上移，温度控制范围变化为________(从A.上限降低，下限不变；B.上限降低，下限升高；C.上限不变，下限升高；D.上限不变，下限降低中选择合适的选项，将字母填在“________”处)；
(4)小通在深入研究电路后，准备利用反馈来优化电路。请利用1个合适的三极管在虚线框2中选择合适端点完成电路连线，要求功能不变(为保持电路稳定，三极管需工作于开关状态，Rt特性不变)。
【能力提升篇】
1.如图所示是某热水器的进出水控制电路。当水位低于a点时，M1水泵启动直至水位达到b点后停机；当水位高于a点时，M2水泵可以启动。请完成以下任务：
(1)请在虚线框1、虚线框2内分别填入一个门电路并连接三个端点，实现电路功能；
(2)关于继电器与电机控制的说法正确的是________(A.J1控制M2，J2控制M1，采用常开触点；B.J1控制M2，J2控制M1，采用常闭触点；C.J1控制M1，J2控制M2，采用常开触点；D.J1控制M1，J2控制M2，采用常闭触点)；
(3)按下开关K后，控制的电机不启动，下列选项中不可能的原因是________(A.R4虚焊；B.V2击穿短路；C.V4接反；D.J2短路)；
(4)在水箱底部安装加热丝，在靠近出水口处安装一个负温度系数热敏电阻。如图所示电路用比较器、二极管、电阻将水温控制在一定范围，请在虚线框内完成连线。
2.(2023·湖丽衢三地)如图所示是小明设计的房间湿度控制电路。当房间有人且温度适宜时，可将房间湿度控制在一定范围内；当房间无人或温度过高或温度过低时，加湿器不加湿。Rt为负温度系数热敏电阻，RS为负系数湿敏电阻。图中IC为微波雷达探测模块，当探测到有人时，IC输出高电平，否则输出低电平。请完成以下任务：
(1)关于该电路，以下分析合理的是(多选)________；
A.温度适宜且加湿器加湿时，人离开房间加湿器延时停止加湿
B.增大Rp3、减小Rp4，保持Rp3＋Rp4不变时可调小温度的可调范围
C.加湿器始终不加湿，可能是Rp3连焊
D.加湿器加湿时，VT1、VT2一定工作在饱和状态
(2)为实现控制目的，请从教材中学过的逻辑门中选择两个设计虚线框1中的电路；
(3)为实现控制目的，虚线框2中的电路设计不合理的是(单选)________。
3.如图a所示是定时控制气雾栽培控制系统示意图，当液温、液位、pH值及盐分均符合要求时系统定时对作物喷洒营养液。小明为其设计了如图b所示的实验电路。其中pH值和盐分正常时B输出高电平，探头F用于检测储液箱中的营养液液位值，负温度系数热敏电阻Rt用于检测储液箱温度。当检测到储液箱温度值低于15 ℃且储液箱液位高于F点时，加热丝加热，使储液箱温度值达到设定温度。到达设定时间，定时器输出高电平触发信号，之后恢复低电平，当液位在F点以上、pH值和盐分正常且加热器不加热时喷雾泵开启喷雾；喷雾过程中，一旦检测到液温、液位、pH值及盐分中任一项不符合要求立即停止喷雾。请完成以下任务：
(1)当加热丝不加热时，D点的电平为________(在A.高电平；B.低电平；C.不能确定中选择合适的选项，将序号填入“________”)；
(2)虚线框1处缺少一个逻辑门，请从教材中学过的逻辑门中选择一个符合控制要求的，将逻辑符号画在虚线框1中；
(3)请你使用不超过四个2输入与非门设计虚线框2中的电路，实现上述功能；
(4)调试时发现由于只有单点进行温度控制，继电器J1触点开闭频繁，小明设计了如图c所示的电路，想将储液箱的温度控制在15 ℃～25 ℃之间，请用一个电阻和一个二极管帮助小明完成虚线框3中的电路设计。
4.如图所示为某恒温水池的控制电路，Rt为负温度系数热敏电阻，IC1为电压比较器(当V＋＜V－时输出低电平，否则输出高电平)，水池温度控制在27 ℃～31 ℃之间。当水池水位低于探针a时自动加水，高于探针b时自动停止加水。请完成下列任务：
(1)为了安全，要求实现水位高于下限水位且温度低于27 ℃才开始加热，请在虚线框1中画出一个缺少的逻辑门；
(2)经测试，该系统在水位高且温度低于下限时，能自动开始加热，但温度到了上限无法停止加热，有可能是________(在A.Rp2短路；B.R4过大；C.V3断路中选择合适的选项，将序号填入“________”处)；
(3)调大Rp2，将会________(在A.调低上限温度；B.调高上限温度；C.调低下限温度；D.同时调低上下限温度中选择合适的选项，将序号填入“________”处)；现需将温度调整成28 ℃～30 ℃，为了减少调整次数，应________(在A.先调小Rp1，再调大Rp2；B.先调小Rp2，再调小Rp1；C.先调大Rp1，再调小Rp2；D.先调大Rp2，再调小Rp1中选择合适的选项，将序号填入“________”处)；
(4)为了实现水位控制在探针a和探针b之间，请在虚线框2中补全“两条”连线。
5.为响应能源“双控”政策，小明用所学的通用技术知识设计了控制空调工作的简易电路，如图1所示，当室外温度高于3 ℃时，空调始终不工作；当室外温度低于3 ℃且室内温度低于10 ℃时，空调开始工作，室温升至16 ℃时，空调停止工作。继电器吸合时，空调工作(工作电路未画出)，Rt1和Rt2为负温度系数的热敏电阻，比较器的输入输出关系为：V＋＞V－，输出高电平；V＋＜V－，输出低电平，VT1工作在开关状态。请完成以下任务：
(1)当室外温度低于3 ℃时，A点为________；(在A.高电平；B.低电平；C.无法确定中选择合适的选项，将序号填入“________”处)；
(2)为实现控制目的，请你帮助小明完成虚线框1内的连线设计；
(3)为实现控制目的，请你选择一个合适的三极管并接入虚线框2内的三个端口，要求三极管只有导通(饱和或放大)与截止两种状态；
(4)小明调试时发现，当室外温度低于3 ℃且室内温度低于10 ℃时，无论教室有没有人，空调都会进入工作状态，于是他对原电路进行改进，添加人体检测器，如图2所示，只有当室内人数不少于6人时，空调才会工作，此时人体检测器输出高电平，否则输出低电平。请你用两个3输入与非门设计虚线框3内的电路，实现上述功能。
专题27　比较器及其应用二(非选择题)
基础巩固篇
1.(1)A　(2)C　A　(3)B　(4)如图所示
　
2.(1)B　(2)如图所示
(3)D　(4)D　(5)如图所示
3.(1)B　D　(2)如图所示
(3)如图所示
4.(1)A　(2)A　(3)如图所示
(4)如图所示
使用集成门电路中其他或非门，实现要求的逻辑功能也可以。
5.(1)B　(2)如图所示
(3)C　(4)如图所示
或者
解析　(1)随着温度上升，指针左偏，说明a，b之间的电势差变低，则电阻Rt随着温度升高而降低，因此选B。(2)风扇M启动，J－1工作，n点出低电平；或非门触发器是有1出0；温度低于下限时，a点电位高，z点和m点出0；温度在上下限之间时，a点电位降低，x点电位比y点电位高，z点出0，m点出1；温度高于上限时，a点电位低，z点和m点出1。因此连线如参考答案所示。
(3)根据题(2)可知x点决定下限，y点决定上限。因为V3，V4二极管限位功能，y点电位不变，因此上限不变；Rp2上移，x点电位下降，Ua也会变小，因此下限升高。(4)温度高于上限，Ua电位变高，b点出0，三极管V1导通，反馈回信号，信号可以通过截止PNP三极管作用于U－，让其电位变高，实现范围控制。也可以通过PNP三极管作用于U＋，让其电位变低，实现范围控制。因此连线如参考答案所示。
能力提升篇
1.(1)如图所示
(2)C　(3)B　(4)如图所示
2.(1)AC　(2)如图所示　(3)C
3.(1)C　(2)如图所示
(3)如图所示
或
或
(4)如图所示
4.(1)　(2)A　(3)A　A
(4)如图所示
5.(1)A　(2)(3)如图所示
(4)如图所示
解析　(1)当室外温度低于3 ℃时，继电器吸合，VT2导通，VT2基极接低电平，那就要求VT1截止，VT1基极接高电平，所以A点为高电平。(2)当室外温度低于3 ℃且室内温度低于10 ℃时，空调工作，VT1截止，VT2导通，A出高电平，B出低电平，R1和R2不变。(3)第(2)题的连线解决了当室外温度低于3 ℃且室内温度低于10 ℃时空调开始加热的问题，以及室外温度高于3 ℃(VT1导通，VT2截止)空调停止工作的问题。但当室内温度高于10 ℃且低于16 ℃时空调保持加热，及室内温度高于16 ℃时空调停止加热的问题还没有解决。当空调工作时(B出低电平)，需要三极管将下方比较器V＋通过R3和
地接通，因此需要PNP三极管，其中基极接R4，发射极接R3，集电极接地。当B入低电平时，Rp1与R3及三极管并联，并联形成的新电路阻值下降，导致整体调节温度上升，原来是高于10 ℃就出低电平，现在就变成高于16 ℃才出低电平，实现了下限到上限的转变，从而能在室内温度高于10 ℃且低于16 ℃时让空调保持加热。(4)根据题目的描述，室内温度低于10 ℃时B出低电平，室内温度从10 ℃上升到16 ℃时B依然出低电平，室内温度高于16 ℃时B出高电平，室外温度低于3 ℃时A出高电平，室外温度高于3 ℃时A出低电平，人数大于6人，C出高电平。绘制以下的真值表、逻辑表达式为：
A B C F 说明
0 0 0 1 室外温度高于3 ℃，A出低电平，空调不工作
0 0 1 1 室外温度高于3 ℃，A出低电平，空调不工作
0 1 0 1 室外温度高于3 ℃，A出低电平，空调不工作
0 1 1 1 室外温度高于3 ℃，A出低电平，空调不工作
1 0 0 1 人数少于6人，空调不工作
1 0 1 0 符合条件，空调工作
1 1 0 1 人数少于6人，空调不工作
1 1 1 1 室内温度高于16摄氏度，B出高电平，空调不工作
F＝A·B·C。

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