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(共80张PPT)
电子控制系统的设计及其应用
三、 闭环电子控制系统的设计和应用
第五章
1. 温度闭环电子控制方框图
若把水加热并且把温度控制在一定值，请在下列控制方框图中填入
相应的要素。
2. 设计和安装闭环电子控制系统的一般步骤可以总结如下：
（1）按照设计要求，确定被控量和被控对象。
（2）如果对被控量控制的精确度要求较高，应利用有反馈的闭环电子
控制系统对被控量实施控制。
（3）根据闭环电子控制系统的方框图，选择控制（处理）部分的电子
电路、输出部分的执行器、检测部分中的传感器，并参照有关资料，通
过接口电路将各个部分紧密地连接成一个完整的控制系统。
（4）按照电路图安装电路。
（5）将系统各部分进行整体安装和调试。在调试过程中，输入预置被
控量，根据被控量的变化进行监控。认真分析干扰因素对被控量的干
扰，并通过调整预置被控量等各种方法把干扰的影响减至最低。
（6）通过制作、试验，发现设计存在的问题，对方案进行改进或优
化。
【项目情境】在杭州野生动物世界，工作人员收养了刚出生就被遗弃的
小狒狒，把它安置在自制的保育箱里。刚出生的小狒狒十分脆弱，保育
箱的温度需要维持在32 ℃—37 ℃，空调制热上限温度只有30 ℃，工作
人员把一只浴霸灯悬挂在保育箱的上空，通过控制浴霸灯的开关为保育
箱提供合适的温度，温度过高时工作人员需要及时关闭浴霸灯，温度过
低时需要及时打开浴霸灯，频繁的手动开关十分麻烦。小林同学利用所
学的电子控制技术知识，设计了一个温度自动控制电路来控制浴霸灯的
开关，从而使保育箱的温度始终维持在合适的值。
【任务1】　设计保育箱温度自动控制系统
为了让保育箱的温度维持在合适的值，小林同学应用CF741运算放大
器、热敏电阻RT等元器件设计了如图所示的电路，请回答相关问题：
（1）热敏电阻应该选择正温度系数还是负温度系数的？
【答案】 负温度系数。
（2）分析该电路的工作过程，填写下表；
温度 RT大小 U2、U3
大小 输出U6 VD1状态 继电器状
态 电热器状
态
t＜t预设 大 U2＜U3 6 V 点亮 吸合 加热
t＞t预设 小 U2＞U3 0 熄灭 释放 不加热
大
U2＜U3
6 V
点亮
吸合
加热
小
U2＞U3
0
熄灭
释放
不加热
（3）本系统在实际进行温度控制时是否实用？存在哪些问题？可以如
何改进？
【答案】 本系统在实际进行温度控制时不实用。该设计的温度自动控
制系统由于只对单一温度进行温度控制，所以继电器触点开闭频繁，温
度控制受到较大干扰，继电器容易损坏需要改进。可以添加反馈回路，
或者把控制部分换成555集成电路。
【任务2】　改进保育箱温度自动控制系统
方案A：以运算放大器为核心的温度控制系统
由于任务1的方案有缺陷，联想到闭环控制系统的反馈原理：把输出信
号反馈到输入端参与控制可以实现闭环控制。于是小林同学把比较器的
输出端6脚的信号通过串联的一个电阻R3和一个二极管VD3反馈回输入
端，期望改进控制，电路图如下图所示，请回答下列问题：
（1）请分别画出比较器6脚输出低电平和高电平时，比较器输入部分的
等效电路图。在两种情况下VD3都导通吗？VD3导通与否对比较器3脚的
电位有何影响？
（1）如下图所示：
如等效电路图所示，比较器6脚输出低电平时，VD3不导通；比较器6脚
输出高电平时，VD3导通。VD3导通时，会拉高3脚的电位。
【答案】 方案A：
（2）分析该电路的工作过程，填写下表；
温度 RT大小 U2、U3
大小 输出U6 VD1状态 继电器状
态 电热器状
态
t＜t预设 大 U2＜U3 6 V 点亮 吸合 加热
t＞t预设 小 U2＜U3 6 V 点亮 吸合 加热
t＞t上限 更小 U2＞U3 O 灭 释放 不加热
大
U2＜U3
6 V
点亮
吸合
加热
小
U2＜U3
6 V
点亮
吸合
加热
t＞t上限
更小
U2＞U3
O
灭
释放
不加热
（3）根据方案A的分析，你发现该方案相比任务1的方案有何区别？
【答案】 温度超过预设温度时电热器继续加热，温度进一步上升，RT
继续减小，2脚电位继续上升直到超过3脚电位，比较器6脚输出低电
平，停止加热，改进方案A会把温度控制在一个区间，继电器和电热器
不会频繁启动。
（4）根据方案A，下列说法中，错．误．的是（　D　）
A. 若想调高温度控制的上限值和下限值，可以减小Rp3或者减小Rp1或
者增大Rp2
B. 若增大R3阻值，温度控制的上限值下降
C. 电热器无论什么情况下都不加热，可能是二极管VD2接反
D. 二极管VD3击穿会导致不能实现温度的上下限控制
D
【解析】 减小Rp3为了维持比较器2脚电位不变，RT减小，温度升高，
减小Rp1或者增大Rp2比较器3脚电位升高，2脚电位的临界值也随之升
高，RT减小，温度升高，温度控制的上限值和下限值都调高，A选项正
确；比较器6脚输出高电平时，VD3和R3导通，VD3和R3只控制温度的上
限值，若增大R3阻值，此时比较器3脚电位下降，2脚电位的临界值也随
之下降，RT增大，温度下降。B选项正确；二极管VD2接反后继电器两
端的电压不足以让其导通吸合，电热器无法加热，C选项正确；击穿相
当于短路，二极管VD3击穿，无论比较器输出高电平还是低电平，R3都
会导通，也能实现温度的上下限控制，D选项错误。
方案B：以555集成电路为核心的温度控制系统
小林同学又尝试利用NE555集成电路、负温度系数热敏电阻等元器件设
计温度控制系统，电路图如图所示。请完成以下问题：
（1）分析该电路的工作过程，把相应的数据、结论填入下表中：
温度 2脚 6脚 3脚 VD1 是否加热
温度较低 （低于下限） ＜VCC ＜VCC 6 V 亮 是
温度上升 （上下限之间） ＞VCC ＜VCC 6 V 亮 是
温度较高 （超过上限） ＞VCC ＞VCC 0 V 灭 否
＜VCC
＜VCC
6 V
亮
是
＞VCC
＜VCC
6 V
亮
是
＞VCC
＞VCC
0 V
灭
否
温度 2脚 6脚 3脚 VD1 是否加热
温度下降 （上下限之间） ＞VCC ＜VCC 0 V 灭 否
温度下降 （低于下限） ＜VCC ＜VCC 6 V 亮 是
＞VCC
＜VCC
0 V
灭
否
＜VCC
＜VCC
6 V
亮
是
（2）通过（1）问中表格信息，判断本设计能否实现温度的区间控制？
如果能，温度控制的上下限能否单独调节？
【答案】 本设计中NE555集成电路具有保持功能，能使温度控制在一
个范围实现温度的区间控制。本设计只有一个热敏电阻和电位器，同时
控制温度的上下限调节，调节电位器时温度的上下限值同时变化，在生
产中不实用。
方案C：以555集成电路为核心的温度控制系统
小林同学增加了一个负温度系数热敏电阻和电位器改进电路，期望实现
温度控制的上下限单独调节，如下图所示，请完成相关问题：
（1）RT1和RT2为相同参数的负温度系数热敏电阻，为了能够实现温度
的区间控制，根据555集成电路的功能关系，Rp1和Rp2应该如何调节？
【答案】 为了实现温度低于下限时能够加热，需要满足：U2＜VCC；
温度上升超过下限，为了能够持续保持加热，需要满足：U2＞VCC，
且U6＜VCC；温度超过上限值时要停止加热，需要满足：U2＞VCC，
且U6＞VCC。由分析可知：在下限温度时，需要调节Rp1使U2＝VCC，
在上限温度时，需要调节RP2使U6＝VCC。
（2）根据控制要求和（1）中的分析，把相应的数据填入下表中：
温度 2脚 6脚 3脚 VD1 是否加热
温度较低（低于下限） ＜VCC ＜VCC 6 V 亮 是
温度上升（上下限之间） ＞VCC ＜VCC 6 V 亮 是
温度较高（超过上限） ＞VCC ＞VCC 0 V 灭 否
温度下降（上下限之间） ＞VCC ＜VCC 0 V 灭 否
温度下降（低于下限） ＜VCC ＜VCC 6 V 亮 是
＜VCC
＜VCC
6 V
亮
是
＞VCC
＜VCC
6 V
亮
是
＞VCC
＞VCC
0 V
灭
否
＞VCC
＜VCC
0 V
灭
否
＜VCC
＜VCC
6 V
亮
是
（3）由（1）的分析和（2）中表格，选择RT1、RT2、Rp1和Rp2填入合适
的空格： 检测下限温度， 调节下限温度，若要调高下限
温度，应该把 调 （填大或者小）； 检测上限温
度， 调节上限温度，若要调低上限温度，应该把
调 （填大或者小）。
RT1　
Rp1　
Rp1　
小　
RT2　
Rp2　
Rp2　
大　
方案D：以触发器为核心的温度控制系统
小林同学利用与非门集成电路、负温度系数热敏电阻等元器件设计的温
度控制系统，电路图如图所示。下列说法中，错．误．的是（　C　）
C
A. 温度变化过程中，A、B两点是模拟信号，F点是数字信号
B. Rt1检测下限温度，Rt2检测上限温度
C. 若两个NTC热敏电阻换成PTC热敏电阻，调节电位器后就可以实现
温度的区间控制
D. 若两个与非门换成两个或非门，检测温度的上下限热敏电阻互换
【解析】 温度上升过程中，A点电位升高，B点电位降低，F点输出高
电平或低电平，A选项正确；温度低于下限温度，A＝0，B＝1，F＝
1，加热，温度上升超过下限温度，为了保持加热，A＝1，B＝1，触发
器处于保持状态，F＝1，保持加热，由此可见，Rt1检测下限温度，温
度继续上升超过上限，A＝1，B＝0，F＝0，停止加热，Rt2检测上限温
度，B选项正确；若两个NTC热敏电阻换成PTC热敏电阻，若触发器输
出位置不变，无法实现温度的区间控制，C选项错误；若两个与非门换
成两个或非门，A＝1、B＝1时与非门保持状态，A＝0、B＝0时或非门
保持状态，因此检测温度的上下限热敏电阻互换。
方案E：以三极管（自锁）为核心的温度控制系统
小林同学利用三极管、热敏电阻等元器件设计的温度控制系统，电
路图如图所示。下列说法中，错．误．的是（　B　）
B
A. 图中的热敏电阻均为负温度系数热敏电阻
B. 当温度上升超过下限温度时，VD1处于导通状态
C. 增大R1阻值，上限温度设定值将变低
D. 当温度超过上限温度瞬间VD2导通
【解析】 为了实现温度区间控制功能，要求温度低于下限值时三极管
导通、继电器吸合、加热器，就必须要求F＝1，反推回去要求A＝1，
温度低时Rt2大，说明Rt2是负温度系数热敏电阻，温度超过上限后需要
停止加热，必须要求F＝0才能让三极管截止，此时要求VD2导通，B＝
0，说明Rt1也是负温度系数热敏电阻，A选项正确；由A选项分析可
知：Rt2负责检测下限温度，Rt1负责检测上限温度，当温度上升超过下
限温度时，VD1由导通状态转变为截止状态，B选项错误；增大R1阻
值，为了满足B点临界电位不变，Rt1也将增大，上限温度设定值将变
低，C选项正确；当温度超过上限温度时，F＝0，三极管截止停止加
热，因此需要VD2导通，D选项正确。
方案F：以JN6201为核心的温度控制系统
小林同学利用JN6201、两个相同参数的热敏电阻等元器件设计的温度
控制系统，电路图如图所示，图中两处d的半圆形相连通，JN6201的引
脚功能关系如下：输入端I1、I2 、I3 、I4有一个为高电平，则输出端
O1 、O2 、O3为高电平， O4为低电平；输入端I1、I2 、I3 、I4全部为低
电平，则输出端O1 、O2 、O3为低电平， O4为高电平。下列说法中，
错．误．的是（　C　）
C
A. 图中的热敏电阻均为负温度系数热敏电阻
B. RT1检测温度的下限值，RT2检测温度的上限值
C. 若引脚2和引脚4内部电阻无穷大，则Rp1接入电路部分的阻值比Rp2
的要小
D. 由于电容器C的存在，当温度超过上限温度时并不会立即停止加热
【解析】 由JN6201的引脚功能关系可知，加热时O4输出低电平，则引
脚2和引脚4其中一个要为高电平，两个热敏电阻均为负温度系数热敏电
阻，A选项正确；未加热时，继电器释放，RT2未起作用，只有RT1接入
电路，因此RT1检测温度的下限值，RT2检测温度的上限值，B选项正
确；若引脚2和引脚4内部电阻无穷大，电阻R7忽略不计，温度低于下限
温度值时，引脚2为高电平，温度上升刚刚超过下限温度值时，引脚2为
低电平，加热时RT2接入电路，为了继续保持加热，引脚4为高电平，两
个热敏电阻是相同的参数，所以Rp1接入电路部分的阻值比Rp2的要大，
C选项错误；当温度超过上限温度时，O4输出高电平，由于电容器C的
存在，三极管延时截止，所以并不会立即停止加热，D选项正确。
【知识札记】本项目涉及的知识有：运算放大器、555集成电路、继电
器等。
1. 小明同学为家里的花盆设计了一款如图所示的湿度报警电路，下列
分析中，正确的是（　A　）
A
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CF741逻辑表
IN OUT
V＋＞V－ VCC
V＋＝V－ 0 V
V＋＜V－ －VCC
A. 上下调节R3中心抽头，蜂鸣器始终不响，可能是R4虚焊
B. R3中心抽头向下调节，可以调小报警湿度值
C. 土壤湿度过小或过大时蜂鸣器均会报警
D. 当6脚输出高电位时蜂鸣器不响，可能是R2阻值过小
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【解析】 A项，R4虚焊，比较器2脚始终高电位，V＋＜V－，比较器输
出低电位，三极管截止，蜂鸣器始终不响；B项，R3向下调节，V－变
小，则V＋也变小，则湿度电阻变小，调高湿度报警值；C项，土壤湿度
过小时，V＋＞V－，比较器输出高电位，三极管VT导通，蜂鸣器响，
土壤湿度过大时V＋＜V－，比较器输出低电位，三极管VT截止，蜂鸣
器不响；D项，6脚输出高电位蜂鸣器不响，说明与比较器及其前面的
输入电路无关，即与R2的阻值大小无关。
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2. 如图所示的电路中，Rt为负系数热敏电阻，下列用波形表示温度t与
门电路输出Vo的关系中，可能的是（　A　）
　　　　　　
A. B. C. D.
A
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【解析】 本题考查温控电路输入与输出的关系波形。把Rt与R1之间连接
的点定义为A点，当温度达到下限温度及以下时，A点电位最低，电压
比较器IC2输出低电位，所以Vo为低电平；当温度达到上限温度及以上
时，A点电位最高，电压比较器IC1输出低电平，所以Vo为低电平；当温
度介于上下限温度之间时，电压比较器IC1和IC2输出均为高电平，所以
Vo为高电平。
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如图所示为小林给蔬菜大棚设计的土壤湿度监测指示电路（正常土
壤湿度为30％—50％），当土壤的湿度低于30％或者高于50％时发光二
极管VD发光报警，当湿度在正常范围内时发光二极管不发光。其中
MS1、MS2为相同规格的湿敏电阻，用于检测土壤的上下限湿度值；
IC1、IC2为电压比较器，当V＋＞V－时，输出高电平，当V＋＜V－时，
输出低电平。根据电路图及描述，完成第3—4题。
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3. 土壤的湿度低于30％或者高于50％时发光二极管VT发光报警，当湿
度在正常范围内时发光二极管不发光，题图虚线框位置应选用的逻辑门
是（　D　）
A. 非门 B. 或非门 C. 与门 D. 或门
【解析】 根据题干内容和描述，土壤的湿度低于30％或者高于50％时
发光二极管VD发光报警，此时逻辑输入均有1，逻辑输出为1，逻辑门
为或门。
D
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4. 下列关于该湿度监测指示电路的分析，不．恰．当．的是（　C　）
A. 湿敏电阻MS2检测的是湿度上限值
B. 电路要正常工作，应使Rp2＞Rp3
C. 适当增大R2阻值，VD发光的亮度会增大
D. Rp1阻值调大，土壤湿度上限值和下限值都增大
【解析】 增大R2的阻值，VT基极电流减小，VD发光的亮度不会增大。
C
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5. 如图所示为控制电路，当温度低于下限时继电器J吸合，加热器开始
加热；温度高于上限时继电器J释放，加热器停止加热；Rt短路或断路
时，加热器均不加热。相关分析中，不．正．确．的是（　A　）
A. R6断路且温度低于下限时，V5发光
B. R3短路时，加热器不会加热
C. 加热器加热时，N1输出低电平
D. Rt断路时，N2输出高电平
A
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【解析】 若R6断路，V1无法导通，V2基极没有电流，V2无法导
通，V5无法亮，因此A错误。R3短路，低于下限时，N1和N2均同时
输出1，V1和V2截止，不会加热，B选项正确；加热器加热时，V1和
V2都导通，N1输出低电平，C选项正确；Rt断路时，N1和N2都输出
高电平，D选项正确。
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6. 如图所示为养鸡场温度控制电路，能够将养鸡场温度控制在设定的
范围内。当温度高于上限时，继电器吸合，排风扇M通风降温，直到温
度下降到下限，M停止工作。下列关于电路的分析，不．正．确．的是
（　B　）
A. Rt1应选用负温度系数热敏电阻
B. 调大Rp3，使温度下限设定值降低
C. Rt2短路，会导致排风扇始终不工作
D. VD1短路，可能导致继电器频繁吸合
B
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【解析】 电路功能分析：当温度超过上限，Rt1小，VD1送高电平至比
较器同相端子，比较器输出1（与门上面输入端也是1），与门输出高电
平，J吸合，启动降温。当降温启动，温度降至上限之下，VD1不再有
高电平送来，但与门输出的高电平通过Rp5和比较器形成反馈，保持降
温。当温度低于下限，Rt2变小，与门上端输入低电平，与门出0，关停
降温。由前面分析可知：Rt1是负温度系数热敏电阻，检测温度的上限
值，与下限无关，B选项错误。Rt2短路，会使得与门常出0，排风扇始
终不工作。C选项正确；VD1未短路时，上限信号仅仅用来控制上限。
VD1短路后，原来上限信号不受影响，但Rp5的反馈形成了区间控制。
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在全电路中形成了两路可能的下限信号，一路是原来的Rt2信号，另一
路是Rp5反馈形成的下限信号，两路信号用与门合成，都可能有效。如果后面一路的下限更高，则相当于控制范围变窄，继电器更频繁启停，
如果后面一路的下限更低，则继电器的启停频繁程度不变，所以D选项
正确。
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7. 如图所示为小明设计的温度报警电路，能实现温度报警功能。已知
比较器IC1、IC2功能：V＋＞V－时输出高电平，V＋＜V－时输出低电
平，Rt为正温度系数热敏电阻，H为无源蜂鸣器。下列分析中，
不．正．确．的是（　D　）
A. 温度高于上限时，蜂鸣器H鸣叫报警
B. 温度低于下限时，蜂鸣器H鸣叫报警
C. Rt换用负温度系数热敏电阻，亦可实现类似的报警功能
D. R5换用更大的电阻会导致温度在正常范围之内报警
D
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【解析】 右边部分电路为RC振荡电路，输入信号为1时振荡，信号为0
时停止振荡。A和B选项：Rt为正温度系数时，温度高于上限IC1出1，
低于下限时IC2出1，都可实现蜂鸣器H报警。Rt改为负温度系数时，低
温时IC1出1，高温IC2出1，功能类似。R5不会影响温度范围，当D1、D2
截止时提供0信号使得振荡电路停止。
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8. 如图所示为水箱水温控制电路，当温度低于20℃时，加热器开始加
热；当温度达到40℃时，该加热器停止加热。其中CF741是电压比较
器，当输入电位U＋＞U－时，输出高电平；当输入电位U＋＜U－时，输
出低电平。关于该电路的分析，恰当的是（　D　）
A. Rt属于正温度系数热敏电阻
B. 用于调节下限温度的电位器是Rp2，调节上限温度的是Rp1
C. 所使用的直流继电器只有5个引脚
D. 若想改变水温控制范围为25～35℃，应先调大Rp1，再调小Rp2
D
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【解析】 由题图可知，温度低于20 ℃时，加热器开始加热，继电器J要
吸合，三极管VT导通，比较器IC输出高电平，即U＋＞U－，U＋脚电位
不随温度变化而变化，U－脚随温度降低电位减小，说明Rt阻值增大，
即温度降低，Rt阻值增大，说明Rt属于负温度系数热敏电阻；加热器刚
开始加热之前，J－2触点与电路断开，Rp1和Rp2影响U＋电位，则Rp1和
Rp2共同调节下限。一旦加热，J－2触点闭合，导致Rp2短路，此时只有
Rp1影响U＋电位，则Rp1调节上限。直流继电器线圈两个引脚，两对常
开触点4个引脚，总共至少需要6个脚；
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由于Rp1既影响上限又影响下限，假如先调Rp2把下限调好，再调Rp1又会把下限改变，故先调上限，再调下限，依题意，要将上限温度调低，Rt阻值增大，U－电位降低，要维持U＋＝U－，则U＋电位降低，调大Rp1；接着把下限调高，Rt阻值减小，U－电位升高，要维持U＋＝U－，则U＋电位升高，调小Rp2。
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9. 如图a所示为小马设计的温度报警电路，白天不启动，晚上开启，超
过设定温度时红色发光二极管V1点亮报警，Rt为正温度系数热敏电阻。
请回答下列问题：
a
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（1）要使电路正常工作，虚线框1中可用的组合逻辑电路有
（多选，填字母）；
　　 　　 　　
A. B. C. D.
CD　
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【解析】（1）根据题干要求可列出如下真值表：根据真值表可得出表
达式Y＝＝＋B，CD符合要求，也可以直接真值表代入验证。
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（2）若要提高报警温度，以下方法有效的是 （多选，填字
母）；
A. 调大Rp1
B. 调大Rp2
C. 调大Rp3
D. 调大Rp4
【解析】（2）温度升高，Rt增大，若U－不变，则要求Rp1增大；温度
升高，Rt增大，U－降低，则U－也降低，调大Rp2或者调小Rp3；Rp4只影
响光线设定跟温度无关。
AB　
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8
9
10
11
（3）电路调试成功后，小马发现红灯报警交互性不足，想利用教材中
的多谐振荡器增加声音报警功能，请在下图虚线框2中连线实现功能；
b
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
【答案】 如下图所示：
或
或
【解析】（3）如图所示：
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
（4）电路调试成功后，小马想把电路用于风扇控制，白天不启动，晚
上高于原来的设定温度时启动风扇，温度下降到低于下限时停止。请在
虚线框3中选择合适端点连线，在虚线框4中利用三极管、电阻、继电器
和二极管各1个，设计输出部分电路，三极管采用共发射极接法。
1
2
3
4
5
6
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9
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11
【答案】 如下图所示：
A B Y
0 0 1
0 1 1
1 0 0
1 1 1
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
【解析】（4）虚线框3中U＋＞U－时启动风扇，要实现区间控制，需要
通过反馈增大U＋或减小U－，虚线框3中只有Y点接入了反馈，根据前面
的分析此时Y应为0，因此应该反馈到U－端减小U－电位，注意二极管必
须负极接Y端，电阻用于反馈深度控制，没有电阻将锁死，和二极管串
联顺序没有关系可以交换位置。
1
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3
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10. 如图a所示为小明为冷链运输设计的高温报警电路，达到设定温度
时Va＝1.6 V，请回答下列问题：
（1）热敏电阻RT为 （单选，填字母）；
a
A. 正温度系数电阻
B. 负温度系数电阻
B　
【解析】（1）选B。本小题考查电路功能分析。由高温报警的功能需
求出发倒推，当LED发光时，4脚应为到高电平，即Va较高，应为负温
度系数电阻。
1
2
3
4
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11
（2）小明想调快发光二极管的闪烁频率，下列措施中，合适的
有 （多选，填字母）；
A. 减小R5的阻值
B. 减小R6的阻值
C. 减小R7的阻值
【解析】（2）选AB。本小题考查555芯片的振荡功能。欲提高闪烁频
率，即需提高充放电的周期。R5制约充电时间，R6制约充电和放电时
间，因此都符合要求。R7只影响LED的亮度，与闪烁频率无关。
AB　
1
2
3
4
5
6
7
8
9
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11
（3）在调试时小明发现温度从高于设定值回落后发光二极管会熄灭，
为保证冷链运输的可靠性，小明打算改进该电路，一旦温度超过设定
值，温度回落后发光二极管依然发光。小明已画出部分电路，请在图b
虚线框中连接给定的电子元器件，将电路补充完整；
b
1
2
3
4
5
6
7
8
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11
【答案】 如下图所示：
【解析】（3）本小题考查反馈电路设计。所谓保持，即需要实现正反
馈。即反馈信号接入同相端子，考虑到是高电平反馈，所以二极管应该
向左，接线如图。
1
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3
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5
6
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8
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11
（4）小明还发现当电源电压波动时，会影响温度的设定值，从而影
响报警的准确性，为了稳定基准电压，需要在题图的基础上进行改
进，请在图c虚线框中连接给定的元器件（二极管为硅管），将电路
补充完整。
c
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
【答案】 如下图所示：
1
2
3
4
5
6
7
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11
【解析】（4）本小题考查二极管稳压功能的应用及分压电路设计。
由于信号点是1.6 V，故等效的稳压电压应高于1.6 V，故应采用三
个二极管串联实现，上方接限流电阻。RT与R1的分压接法与原图相
同接线如图。
1
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3
4
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11
11. 如图a所示为小明设计的窗帘自动控制电路（暂不考虑电机如何自
动停止）。当环境光线强度介于上限和下限之间时打开窗帘（通过电机
的电流从“＋”到“－”），当环境光线强度高于上限或低于下限时关
闭窗帘（通过电机的电流从“－”到“＋”）。比较器功能：V＋＞V－
时输出高电平，V＋＜V－时输出低电平。请回答相关问题：
1
2
3
4
5
6
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11
（1）打开窗帘时，关于V5、V6状态分析正确的是 （在“A. V5发
光；B. V6发光；C. V5和V6同时发光；D. V5和V6交替发光”中选择合
适的选项，将字母填入“ 　　　　”处）；
【解析】（1）当窗帘打开时，电机的电流从“＋”到“－”，触点J1
－1和J1－2接通，继电器J1吸合，J2释放，所以三极管V4饱和导通，发
光二极管V5发光。
A　
1
2
3
4
5
6
7
8
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11
（2）在环境光线强度介于上限和下限之间时，关于开关S功能分析正确
的是 （在“A. S接通时打开窗帘，断开时不确定是否关闭窗帘；
B. S接通时关闭窗帘，断开时不确定是否打开窗帘；C. S接通时关闭窗
帘，断开时打开窗帘；D. S接通时打开窗帘，断开时关闭窗帘”中选择
合适的选项，将字母填入“ 　　　　”处）；
C　
1
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3
4
5
6
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8
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11
【解析】（2）在环境光线强度介于上限和下限之间时，S接通，C将输
出高电平，D将输出低电平，二极管V1、V2与R3组成或门，所以F点为
高电平，推出V3饱和导通，J2吸合，窗帘关闭；接着再将S断开，此时
环境光线强度介于上限和下限之间，按照题意，窗帘应该打开。
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光线强度 过强 过弱 上下限之间
C 1 0 0
D 0 1 0
F 1 1 0
J2（关闭窗帘） 1 1 0
J1（打开窗帘） 0 0 1
1
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6
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（3）若要使控制窗帘的环境光线强度上限不变、下限更低，合理的措
施是 （在“A. 增大R1的阻值；B. 增大R2的阻值；C. Rp1触点下
移；D. Rp2触点下移”中选择合适的选项，将字母填入“ 　　　　”
处）；
D　
1
2
3
4
5
6
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8
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11
【解析】（3）当F出高电平时，窗帘关闭。存在两种情况，第一种：C
出高电平，D出低电平，此时光线过强；第二种：C出低电平，D出高
电平，此时光线过弱。若光线介于上下限之间时，F出低电平，此时C
出低电平，D也出低电平。根据以上的分析推断，C出高时光线过强，
C与上限有关；D出高时光线过弱，D与下限有关，且单独调节Rp1或Rp2
时，只能影响上限或下限。因此，选项中只有调节Rp2的D选项成立。
1
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3
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10
11
（4）小明准备用555芯片来代替题图虚线框中的电路，555芯片的功能
如表所示。请在下图虚线框中完成电路连线，实现原有的控制功能，要
求A点与B点不能直接相连。
555集成电路功能表
1脚 2脚 6脚 3脚 7脚 8脚
GND ＜VCC 任意 高电平 断开 VCC
＞VCC ＜VCC 保持 保持
＞VCC ＞VCC 低电平 接地
1
2
3
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5
6
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【答案】 如下图所示：
以下为等价答案：
1
2
3
4
5
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1
2
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4
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【解析】（4）555芯片的3脚能出高电平和低电平，但题目要求A和B不
能直接相连，所以不能将它们都接在3脚上。当3脚出低电平时，7脚也
接地，相当于低电平，所以可以将A接7脚，B接3脚。输入部分F的电位
相同，所以它们可同时连2脚和6脚。
1
2
3
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5
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7
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谢谢大家(共42张PPT)
电子控制系统的设计及其应用
三、 闭环电子控制系统的设计和应用
第五章
1. 如图所示为小明设计的水箱恒温控制电路。当温度低于下限时，继
电器吸合，加热器加热；温度高于上限时，继电器释放，加热器不加
热。水箱内水位低于安全水位时，加热电路不工作。比较器功能：V＋
＞V－时输出高电平，V＋＜V－时输出低电平。相关分析中，不．合．理．的
是（　D　）
A. RT为正温度系数热敏电阻
B. 水位高于安全水位时，水位传感器输出高电平
C. Rp2触点下移，温度下限降低
D. LED为温度低于下限指示灯
D
1
2
3
4
5
【解析】 本小题考查简单电子控制电路分析。若热敏电阻为负温度系
数元件，可推出温度太低时上方比较器出0，触发器出0，在水位传感器
输出1的情况下，J不工作，不符合题意，应为正温度系数元件。若水位
传感器输出0，继电器J一定关闭。若水位传感器输出1，当其检测温度
较低时，电阻较小，信号电平较低，下方比较器输出0，J工作，反之J
关停，温度处于上下限之间时J保持。LED与J的工作同步，所以其亮灯
意义应为加热指示。
1
2
3
4
5
2. 小明设计了如图所示的负载短路保护电路，当触点J闭合时，若负载
RL发生过短路，触点J将一直断开，保护电路；当负载短路故障解除
后，手动触发相应按钮才能使触点J重新闭合，接通负载。当开关S1刚
闭合时，电容C开始充电（相当于短路），继电器触点J断开。其中按
钮S2、S3按下时闭合，松开时断开。请回答下列问题：
a
1
2
3
4
5
（1）S1刚闭合时，a点是 （单选）；
A. 低电平　　B. 高电平
【解析】（1）S1刚合上，电容器C还没有带电，电压为零，VCC（9 V）被R2、R3串联分压，a点电位为高电平（约为8.8 V）。
B　
a
1
2
3
4
5
（2）请在图a虚线框内画出三极管驱动继电器工作的电路，要求三极管
采用共发射极接法。提供的元器件有：1个电阻，1个合适的三极管，1
个继电器，1个普通二极管；
【答案】 如图所示：
【解析】（2）从（1）中分析知S1刚闭合时，触发器下端出低电位，此
时继电器触点J断开，所以用NPN型三极管组成共发射极接法。
a
1
2
3
4
5
（3）下列关于电路的分析，正确的是 （多选，填字母）；
A. 按下S2，继电器J吸合，松开后，继电器释放
B. 按下S3，继电器J释放，松开后，继电器释放
C. 电阻R2的作用是防止S3刚开始闭合时电容放电产生的电流过大
D. S2、S3同时按住不放，继电器J可能吸合
B、C　
a
1
2
3
4
5
【解析】（3）此电路S1刚合上时，触发器处于置0状态，之后由于电容
器的充电结束，触发器处于保持状态（0状态）。对A选项，按下S2，则
触发器处于置1状态，继电器J吸合，但松开S2，则继电器J处于保持状
态仍输出高电平，继电器J不会释放。所以A选项错误；对于B选项，按
下S3，则继电器J处于置0状态，松开S3，则继电器J处于保持状态仍输
出低电平，继电器J处于释放状态。所以B选项正确；对于C选项，放电
回路如下图，如果没有电阻R2，则开始放电的电流很大，所以有了电阻
R2就是防止S3刚开始闭合时电容放电产生的电流过大。C选项正确；对
于D选项，S2、S3同时按住不放，继电器J的两个输出端均出低电平，继
电器J不可能吸合。所以D选项错误。
1
2
3
4
5
（4）小明搭接电路时，发现电子控制实践室里没有四2输入或非门芯
片，只有555芯片，小明重新设计了如图b所示的电路，使用555芯片的7
脚驱动继电器，请你在图b虚线框内连线，完成原电路功能（按钮S2、
S3的功能不变）。
555内部结构等效电路图
1
2
3
4
5
b
1
2
3
4
5
如图所示：
1
2
3
4
5
【解析】（4）从所给出的555芯片电路来看，缺少3脚输出端，那要让
继电器J通电吸合，只有利用7脚，在3脚出低电平时导通才行，所以输
出部分电路应该如答案所示的连接。对于555芯片电路的输入部分电路
设计，原电路的一个功能是刚合上S1时继电器J断开，之后仍保持断开
（a点的电位是刚合上S1时为8.8 V，之后逐渐降低到低电平），另555芯
片的2脚电位为3.0 V。所以a点接入5脚，其电位为Vct从8.8 V逐渐降低到
0，开始时2脚电位＜Vct/2，后来＞Vct/2，这样就可以使555芯片的输出
始终为高电平7脚断开使之继电器J始终断开。这样也符合按键S3的功
能。那么当S2的这一端接到555芯片的6脚，就符合按下后让继电器J导
通并保持的功能。
1
2
3
4
5
3. 如图所示为水箱水温自动控制电路图，Rt1和Rt2是相同型号的热敏电
阻，该控制电路可将水温控制在30～37 ℃。请回答下列问题：
a
1
2
3
4
5
（1）图中电容C（外壳标有为“104”字符）的电容量为 μF（单
选，填字母）；
A. 0.1
B. 0.01
C. 0.001
【解析】（1）数码法表示电容量，前2位表示有效数字，第3位是有效
数字后0的个数，单位为pF，104表示的电容量是100 000 pF。
A　
a
1
2
3
4
5
（2）小明想要调低下限、调高上限，下列合理的措施是 （多
选，填字母）；
A. 调小Rp1 B. 调大Rp1
C. 调小Rp2 D. 调大Rp2
AD　
1
2
3
4
5
【解析】（2）未开始加热时，只有N点的信号对电路有影响，所以Rt2
是下限；低温时加热，N和P点都为高电平，三极管导通，J－1闭合，
温度低电阻大，所以是负温度系数热敏电阻。调低下限，则Rt2阻值变
大，为了保证N点电位不变，应调大Rp2；Rt1检测上限温度，调高上限
Rt1阻值变小，应调小Rp1。
1
2
3
4
5
（3）J－2的作用是 （单选，填字母）；
A. 保护三极管
B. 在N点从高电位变为低电位的瞬间，能为P点继续输入高电位
C. 在M点为低电位的情况下，能为P点继续输入高电位
B　
1
2
3
4
5
【解析】（3）当温度上升超过下限温度时，N点电位由高跳为低，无
法继续为P点提供高电平；J－1、J－2都受线圈控制，J－2闭合时，由
M点为P点继续提供高电平，继续保持加热。
1
2
3
4
5
（4）小明对电路做了部分调整，改用一个三极管代替J－2，使电路功
能不变。请你选用合适的三极管，并帮助小明完成该部分电路。
b
1
2
3
4
5
【答案】 如图所示。
　　
【解析】（4）三极管自锁电路的设计，当继电器通电吸合时，三极管
的集电极为低电平，此时只有PNP型三极管能导通，PNP的发射极接高
电位，集电极接低电位。
1
2
3
4
5
4. 如图所示为车间降温原理示意图及小明设计的温度控制试验电路。
当车间温度高于上限时V2发光，表示风机和水泵运行，水泵工作产生水
帘，风机排出热空气吸入经水帘冷却的空气，使车间降温。当车间温度
低于下限时V2熄灭，表示风机和水泵停止运行。请回答下列问题：
555集成电路功能表
2脚 6脚 3脚 7脚
＜VCC 任意 高电平 断开
＞VCC ＜VCC 保持 保持
＞VCC ＞VCC 低电平 接地
1
2
3
4
5
　　
a b
（1）电路中的Rt1应采用 （单选，填字母）；
A. 正温度系数热敏电阻　　
B. 负温度系数热敏电阻
B　
1
2
3
4
5
【解析】（1）根据题意“当车间温度高于上限时V2发光”，说明
温度高时，2脚电位低，因此Rt1阻值小，即温度高阻值小，是负系
数热敏电阻。
1
2
3
4
5
（2）设定温度上限和温度下限，合理的调试手段是 （单选，填
字母）；
A. 上限调R1、下限调R2　　
B. 上限调R2、下限调R1
【解析】（2）根据555电路功能表，可知当3脚出高时，7脚断开，此时
V1截止，R2未接入电路，而3脚出高时，表示风机和水泵运行，温度会
下降至下限，所以R2对下限无影响。R1既调节上限也调节下限，为了调
节快捷方便，先通过调节R1把下限调节完毕，然后调节R2调节上限。
B　
1
2
3
4
5
（3）小明准备用1个继电器同时控制风机和水泵工作，用555电路3脚的
输出信号通过三极管驱动继电器，当继电器吸合时风机和水泵运行。现
有继电器J1（线圈额定电压3 V）继电器、J2（线圈额定电压6 V）、继
电器J3（线圈额定电压9 V）、电阻器、二极管、NPN三极管、PNP三
极管各1个，请选择4个合适的元器件在图c虚线框内完成电路设计，要
求三极管采用共发射极接法，并标出所选继电器的编号；
c
1
2
3
4
5
【答案】 如图所示：
1
2
3
4
5
【解析】（3）根据题意，3脚输出高要求继电器吸合，即3脚出高要求
三极管导通，因此应选用NPN三极管。由于使用三极管驱动，当三极管
饱和时，饱和压降很小，电源电压6 V几乎都加在继电器线圈的两端，
应选用额定工作电压6 V的继电器J2。题目要求采用共发射极接法，因
此继电器J2串接在三极管的集电极上，为保护三极管，基极需串联限流
电阻，继电器两端需反向并联一个二极管。
1
2
3
4
5
（4）小明想用逻辑门代替555电路实现原有电路功能，请你选用课本中
的逻辑门，并在图d虚线框中画出电路，要求电路简单。
d
1
2
3
4
5
【答案】 见下图。
或
或
1
2
3
4
5
【解析】（4）2脚低电平时，3脚输出高电平，是非门的逻辑，选
用非门或者与非门、或非门当非门使用。由于原电路具有温度范围
控制功能，非门的输出需要通过R3，V1和R2返回到输入，使电路具
有保持功能。
1
2
3
4
5
5. 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。
请回答下列问题：
a
1
2
3
4
5
LM393特性
输入 输出
V＋＜V－ 接地
V＋＞V－ 悬空
b
1
2
3
4
5
（1）下列分析中，正确的是 （单选，填字母）；
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
B　
b
1
2
3
4
5
【解析】（1）如表格所示，G1输出接地时VD2发光，G2输出接地时
VD3发光。
清澈度 G1 G2
高 悬空 接地
中 悬空 悬空
低 接地 悬空
1
2
3
4
5
（2）用VD4发光表示清澈度适中，请在虚线框1中使用两个普通二极管
和一个阻值合适的电阻完成电路设计，以实现该功能；
【解析】（2）清澈度适中时，G1和G2均输出“悬空”，VD4发光，只
要清澈度不适中，G1和G2中一定有一个输出“接地”，VT1截止，VD4
不发光。
1
2
3
4
5
（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；
【答案】 如图所示：
1
2
3
4
5
【解析】（3）根据要求判断，需要使用或非门搭建触发器。清澈度低
于下限的信号为G1输出的“接地”，清澈度高于上限的信号为G2输出
的“接地”，考虑到或非门高电平有效，故均应先经过一个非门换相，
再匹配合适的输入输出端即可。
1
2
3
4
5
（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，填字母）。
　　 　　 　　
A. B. C. D.
BC　
1
2
3
4
5
【解析】（4）逐图分析如下。
A. 　　 B. 　　 C. 　　 D.
1
2
3
4
5
A. 错误。当M未启动时，VT3导通，电容满电，当M启动后，VT3截
止，电容下端经过电阻接地，但既不充电也不放电，输出恒定低电平，
不可能驱动VT4。B. 快放慢充接法。当M未启动时，VT3导通，电容无
电，当M启动后，VT3截止，电容开始经电阻充电，一定时间后电容上
端电平升至0.7 V，VT4导通，VD5发光提醒更换滤材；若一定时间之间
内清澈度达标了，则尚未等到VT4导通VT3就导通了，VT3导通后电容
快放，等待下一次M启动时重新开始慢充计时。C.
1
2
3
4
5
快充慢放接法。当M未启动时，VT3导通，电容满电，当M启动后，
VT3截止，电容开始对电阻放电，一定时间后电容下端电平升至约0.7 V，
VT4导通，VD5发光提醒更换滤材；若一定时间之内清澈度达标了，则
尚未等到VT4导通VT3就导通了，VT3导通后电容快充，等待下一次M启
动时重新开始慢放计时。D. 错误。当M未启动时，VT3导通，电容慢充，
可能驱动VT4，逻辑错误。
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谢谢大家第五章　电子控制系统的设计及其应用
三、 闭环电子控制系统的设计和应用
1. 温度闭环电子控制方框图
若把水加热并且把温度控制在一定值，请在下列控制方框图中填入相应的要素。
2. 设计和安装闭环电子控制系统的一般步骤可以总结如下：
（1）按照设计要求，确定被控量和被控对象。
（2）如果对被控量控制的精确度要求较高，应利用有反馈的闭环电子控制系统对被控量实施控制。
（3）根据闭环电子控制系统的方框图，选择控制（处理）部分的电子电路、输出部分的执行器、检测部分中的传感器，并参照有关资料，通过接口电路将各个部分紧密地连接成一个完整的控制系统。
（4）按照电路图安装电路。
（5）将系统各部分进行整体安装和调试。在调试过程中，输入预置被控量，根据被控量的变化进行监控。认真分析干扰因素对被控量的干扰，并通过调整预置被控量等各种方法把干扰的影响减至最低。
（6）通过制作、试验，发现设计存在的问题，对方案进行改进或优化。
【项目情境】在杭州野生动物世界，工作人员收养了刚出生就被遗弃的小狒狒，把它安置在自制的保育箱里。刚出生的小狒狒十分脆弱，保育箱的温度需要维持在32 ℃—37 ℃，空调制热上限温度只有30 ℃，工作人员把一只浴霸灯悬挂在保育箱的上空，通过控制浴霸灯的开关为保育箱提供合适的温度，温度过高时工作人员需要及时关闭浴霸灯，温度过低时需要及时打开浴霸灯，频繁的手动开关十分麻烦。小林同学利用所学的电子控制技术知识，设计了一个温度自动控制电路来控制浴霸灯的开关，从而使保育箱的温度始终维持在合适的值。
【任务1】　设计保育箱温度自动控制系统
为了让保育箱的温度维持在合适的值，小林同学应用CF741运算放大器、热敏电阻RT等元器件设计了如图所示的电路，请回答相关问题：
（1）热敏电阻应该选择正温度系数还是负温度系数的？
【答案】 负温度系数。
（2）分析该电路的工作过程，填写下表；
温度 RT大小 U2、U3大小 输出U6 VD1状态 继电器状态 电热器状态
t＜t预设 大 U2＜U3 6 V 点亮 吸合 加热
t＞t预设 小 U2＞U3 0 熄灭 释放 不加热
（3）本系统在实际进行温度控制时是否实用？存在哪些问题？可以如何改进？
【答案】 本系统在实际进行温度控制时不实用。该设计的温度自动控制系统由于只对单一温度进行温度控制，所以继电器触点开闭频繁，温度控制受到较大干扰，继电器容易损坏需要改进。可以添加反馈回路，或者把控制部分换成555集成电路。
【任务2】　改进保育箱温度自动控制系统
方案A：以运算放大器为核心的温度控制系统
由于任务1的方案有缺陷，联想到闭环控制系统的反馈原理：把输出信号反馈到输入端参与控制可以实现闭环控制。于是小林同学把比较器的输出端6脚的信号通过串联的一个电阻R3和一个二极管VD3反馈回输入端，期望改进控制，电路图如下图所示，请回答下列问题：
（1）请分别画出比较器6脚输出低电平和高电平时，比较器输入部分的等效电路图。在两种情况下VD3都导通吗？VD3导通与否对比较器3脚的电位有何影响？
【答案】 方案A：
（1）如下图所示：
如等效电路图所示，比较器6脚输出低电平时，VD3不导通；比较器6脚输出高电平时，VD3导通。VD3导通时，会拉高3脚的电位。
（2）分析该电路的工作过程，填写下表；
温度 RT大小 U2、U3大小 输出U6 VD1状态 继电器状态 电热器状态
t＜t预设 大 U2＜U3 6 V 点亮 吸合 加热
t＞t预设 小 U2＜U3 6 V 点亮 吸合 加热
t＞t上限 更小 U2＞U3 O 灭 释放 不加热
（3）根据方案A的分析，你发现该方案相比任务1的方案有何区别？
【答案】 温度超过预设温度时电热器继续加热，温度进一步上升，RT继续减小，2脚电位继续上升直到超过3脚电位，比较器6脚输出低电平，停止加热，改进方案A会把温度控制在一个区间，继电器和电热器不会频繁启动。
（4）根据方案A，下列说法中，错误的是（　D　）
A. 若想调高温度控制的上限值和下限值，可以减小Rp3或者减小Rp1或者增大Rp2
B. 若增大R3阻值，温度控制的上限值下降
C. 电热器无论什么情况下都不加热，可能是二极管VD2接反
D. 二极管VD3击穿会导致不能实现温度的上下限控制
【解析】 减小Rp3为了维持比较器2脚电位不变，RT减小，温度升高，减小Rp1或者增大Rp2比较器3脚电位升高，2脚电位的临界值也随之升高，RT减小，温度升高，温度控制的上限值和下限值都调高，A选项正确；比较器6脚输出高电平时，VD3和R3导通，VD3和R3只控制温度的上限值，若增大R3阻值，此时比较器3脚电位下降，2脚电位的临界值也随之下降，RT增大，温度下降。B选项正确；二极管VD2接反后继电器两端的电压不足以让其导通吸合，电热器无法加热，C选项正确；击穿相当于短路，二极管VD3击穿，无论比较器输出高电平还是低电平，R3都会导通，也能实现温度的上下限控制，D选项错误。
方案B：以555集成电路为核心的温度控制系统
小林同学又尝试利用NE555集成电路、负温度系数热敏电阻等元器件设计温度控制系统，电路图如图所示。请完成以下问题：
（1）分析该电路的工作过程，把相应的数据、结论填入下表中：
温度 2脚 6脚 3脚 VD1 是否加热
温度较低（低于下限） ＜VCC ＜VCC 6 V 亮 是
温度上升（上下限之间） ＞VCC ＜VCC 6 V 亮 是
温度较高（超过上限） ＞VCC ＞VCC 0 V 灭 否
温度下降（上下限之间） ＞VCC ＜VCC 0 V 灭 否
温度下降（低于下限） ＜VCC ＜VCC 6 V 亮 是
（2）通过（1）问中表格信息，判断本设计能否实现温度的区间控制？如果能，温度控制的上下限能否单独调节？
【答案】 本设计中NE555集成电路具有保持功能，能使温度控制在一个范围实现温度的区间控制。本设计只有一个热敏电阻和电位器，同时控制温度的上下限调节，调节电位器时温度的上下限值同时变化，在生产中不实用。
方案C：以555集成电路为核心的温度控制系统
小林同学增加了一个负温度系数热敏电阻和电位器改进电路，期望实现温度控制的上下限单独调节，如下图所示，请完成相关问题：
（1）RT1和RT2为相同参数的负温度系数热敏电阻，为了能够实现温度的区间控制，根据555集成电路的功能关系，Rp1和Rp2应该如何调节？
【答案】 为了实现温度低于下限时能够加热，需要满足：U2＜VCC；温度上升超过下限，为了能够持续保持加热，需要满足：U2＞VCC，且U6＜VCC；温度超过上限值时要停止加热，需要满足：U2＞VCC，且U6＞VCC。由分析可知：在下限温度时，需要调节Rp1使U2＝VCC，在上限温度时，需要调节RP2使U6＝VCC。
（2）根据控制要求和（1）中的分析，把相应的数据填入下表中：
温度 2脚 6脚 3脚 VD1 是否加热
温度较低（低于下限） ＜VCC ＜VCC 6 V 亮 是
温度上升（上下限之间） ＞VCC ＜VCC 6 V 亮 是
温度较高（超过上限） ＞VCC ＞VCC 0 V 灭 否
温度下降（上下限之间） ＞VCC ＜VCC 0 V 灭 否
温度下降（低于下限） ＜VCC ＜VCC 6 V 亮 是
（3）由（1）的分析和（2）中表格，选择RT1、RT2、Rp1和Rp2填入合适的空格：　RT1　检测下限温度，　Rp1　调节下限温度，若要调高下限温度，应该把　Rp1　调　小　（填大或者小）；　RT2　检测上限温度，　Rp2　调节上限温度，若要调低上限温度，应该把　Rp2　调　大　（填大或者小）。
方案D：以触发器为核心的温度控制系统
小林同学利用与非门集成电路、负温度系数热敏电阻等元器件设计的温度控制系统，电路图如图所示。下列说法中，错误的是（　C　）
A. 温度变化过程中，A、B两点是模拟信号，F点是数字信号
B. Rt1检测下限温度，Rt2检测上限温度
C. 若两个NTC热敏电阻换成PTC热敏电阻，调节电位器后就可以实现温度的区间控制
D. 若两个与非门换成两个或非门，检测温度的上下限热敏电阻互换
【解析】 温度上升过程中，A点电位升高，B点电位降低，F点输出高电平或低电平，A选项正确；温度低于下限温度，A＝0，B＝1，F＝1，加热，温度上升超过下限温度，为了保持加热，A＝1，B＝1，触发器处于保持状态，F＝1，保持加热，由此可见，Rt1检测下限温度，温度继续上升超过上限，A＝1，B＝0，F＝0，停止加热，Rt2检测上限温度，B选项正确；若两个NTC热敏电阻换成PTC热敏电阻，若触发器输出位置不变，无法实现温度的区间控制，C选项错误；若两个与非门换成两个或非门，A＝1、B＝1时与非门保持状态，A＝0、B＝0时或非门保持状态，因此检测温度的上下限热敏电阻互换。
方案E：以三极管（自锁）为核心的温度控制系统
小林同学利用三极管、热敏电阻等元器件设计的温度控制系统，电路图如图所示。下列说法中，错误的是（　B　）
A. 图中的热敏电阻均为负温度系数热敏电阻
B. 当温度上升超过下限温度时，VD1处于导通状态
C. 增大R1阻值，上限温度设定值将变低
D. 当温度超过上限温度瞬间VD2导通
【解析】 为了实现温度区间控制功能，要求温度低于下限值时三极管导通、继电器吸合、加热器，就必须要求F＝1，反推回去要求A＝1，温度低时Rt2大，说明Rt2是负温度系数热敏电阻，温度超过上限后需要停止加热，必须要求F＝0才能让三极管截止，此时要求VD2导通，B＝0，说明Rt1也是负温度系数热敏电阻，A选项正确；由A选项分析可知：Rt2负责检测下限温度，Rt1负责检测上限温度，当温度上升超过下限温度时，VD1由导通状态转变为截止状态，B选项错误；增大R1阻值，为了满足B点临界电位不变，Rt1也将增大，上限温度设定值将变低，C选项正确；当温度超过上限温度时，F＝0，三极管截止停止加热，因此需要VD2导通，D选项正确。
方案F：以JN6201为核心的温度控制系统
小林同学利用JN6201、两个相同参数的热敏电阻等元器件设计的温度控制系统，电路图如图所示，图中两处d的半圆形相连通，JN6201的引脚功能关系如下：输入端I1、I2 、I3 、I4有一个为高电平，则输出端O1 、O2 、O3为高电平， O4为低电平；输入端I1、I2 、I3 、I4全部为低电平，则输出端O1 、O2 、O3为低电平， O4为高电平。下列说法中，错误的是（　C　）
A. 图中的热敏电阻均为负温度系数热敏电阻
B. RT1检测温度的下限值，RT2检测温度的上限值
C. 若引脚2和引脚4内部电阻无穷大，则Rp1接入电路部分的阻值比Rp2的要小
D. 由于电容器C的存在，当温度超过上限温度时并不会立即停止加热
【解析】 由JN6201的引脚功能关系可知，加热时O4输出低电平，则引脚2和引脚4其中一个要为高电平，两个热敏电阻均为负温度系数热敏电阻，A选项正确；未加热时，继电器释放，RT2未起作用，只有RT1接入电路，因此RT1检测温度的下限值，RT2检测温度的上限值，B选项正确；若引脚2和引脚4内部电阻无穷大，电阻R7忽略不计，温度低于下限温度值时，引脚2为高电平，温度上升刚刚超过下限温度值时，引脚2为低电平，加热时RT2接入电路，为了继续保持加热，引脚4为高电平，两个热敏电阻是相同的参数，所以Rp1接入电路部分的阻值比Rp2的要大，C选项错误；当温度超过上限温度时，O4输出高电平，由于电容器C的存在，三极管延时截止，所以并不会立即停止加热，D选项正确。
【知识札记】本项目涉及的知识有：运算放大器、555集成电路、继电器等。
1. 小明同学为家里的花盆设计了一款如图所示的湿度报警电路，下列分析中，正确的是（　A　）
CF741逻辑表
IN OUT
V＋＞V－ VCC
V＋＝V－ 0 V
V＋＜V－ －VCC
A. 上下调节R3中心抽头，蜂鸣器始终不响，可能是R4虚焊
B. R3中心抽头向下调节，可以调小报警湿度值
C. 土壤湿度过小或过大时蜂鸣器均会报警
D. 当6脚输出高电位时蜂鸣器不响，可能是R2阻值过小
【解析】 A项，R4虚焊，比较器2脚始终高电位，V＋＜V－，比较器输出低电位，三极管截止，蜂鸣器始终不响；B项，R3向下调节，V－变小，则V＋也变小，则湿度电阻变小，调高湿度报警值；C项，土壤湿度过小时，V＋＞V－，比较器输出高电位，三极管VT导通，蜂鸣器响，土壤湿度过大时V＋＜V－，比较器输出低电位，三极管VT截止，蜂鸣器不响；D项，6脚输出高电位蜂鸣器不响，说明与比较器及其前面的输入电路无关，即与R2的阻值大小无关。
2. 如图所示的电路中，Rt为负系数热敏电阻，下列用波形表示温度t与门电路输出Vo的关系中，可能的是（　A　）
A. B. C. D.
【解析】 本题考查温控电路输入与输出的关系波形。把Rt与R1之间连接的点定义为A点，当温度达到下限温度及以下时，A点电位最低，电压比较器IC2输出低电位，所以Vo为低电平；当温度达到上限温度及以上时，A点电位最高，电压比较器IC1输出低电平，所以Vo为低电平；当温度介于上下限温度之间时，电压比较器IC1和IC2输出均为高电平，所以Vo为高电平。
如图所示为小林给蔬菜大棚设计的土壤湿度监测指示电路（正常土壤湿度为30％—50％），当土壤的湿度低于30％或者高于50％时发光二极管VD发光报警，当湿度在正常范围内时发光二极管不发光。其中MS1、MS2为相同规格的湿敏电阻，用于检测土壤的上下限湿度值；IC1、IC2为电压比较器，当V＋＞V－时，输出高电平，当V＋＜V－时，输出低电平。根据电路图及描述，完成第3—4题。
3. 土壤的湿度低于30％或者高于50％时发光二极管VT发光报警，当湿度在正常范围内时发光二极管不发光，题图虚线框位置应选用的逻辑门是（　D　）
A. 非门 B. 或非门
C. 与门 D. 或门
【解析】 根据题干内容和描述，土壤的湿度低于30％或者高于50％时发光二极管VD发光报警，此时逻辑输入均有1，逻辑输出为1，逻辑门为或门。
4. 下列关于该湿度监测指示电路的分析，不恰当的是（　C　）
A. 湿敏电阻MS2检测的是湿度上限值
B. 电路要正常工作，应使Rp2＞Rp3
C. 适当增大R2阻值，VD发光的亮度会增大
D. Rp1阻值调大，土壤湿度上限值和下限值都增大
【解析】 增大R2的阻值，VT基极电流减小，VD发光的亮度不会增大。
5. 如图所示为控制电路，当温度低于下限时继电器J吸合，加热器开始加热；温度高于上限时继电器J释放，加热器停止加热；Rt短路或断路时，加热器均不加热。相关分析中，不正确的是（　A　）
A. R6断路且温度低于下限时，V5发光
B. R3短路时，加热器不会加热
C. 加热器加热时，N1输出低电平
D. Rt断路时，N2输出高电平
【解析】 若R6断路，V1无法导通，V2基极没有电流，V2无法导通，V5无法亮，因此A错误。R3短路，低于下限时，N1和N2均同时输出1，V1和V2截止，不会加热，B选项正确；加热器加热时，V1和V2都导通，N1输出低电平，C选项正确；Rt断路时，N1和N2都输出高电平，D选项正确。
6. 如图所示为养鸡场温度控制电路，能够将养鸡场温度控制在设定的范围内。当温度高于上限时，继电器吸合，排风扇M通风降温，直到温度下降到下限，M停止工作。下列关于电路的分析，不正确的是（　B　）
A. Rt1应选用负温度系数热敏电阻
B. 调大Rp3，使温度下限设定值降低
C. Rt2短路，会导致排风扇始终不工作
D. VD1短路，可能导致继电器频繁吸合
【解析】 电路功能分析：当温度超过上限，Rt1小，VD1送高电平至比较器同相端子，比较器输出1（与门上面输入端也是1），与门输出高电平，J吸合，启动降温。当降温启动，温度降至上限之下，VD1不再有高电平送来，但与门输出的高电平通过Rp5和比较器形成反馈，保持降温。当温度低于下限，Rt2变小，与门上端输入低电平，与门出0，关停降温。由前面分析可知：Rt1是负温度系数热敏电阻，检测温度的上限值，与下限无关，B选项错误。Rt2短路，会使得与门常出0，排风扇始终不工作。C选项正确；VD1未短路时，上限信号仅仅用来控制上限。VD1短路后，原来上限信号不受影响，但Rp5的反馈形成了区间控制。在全电路中形成了两路可能的下限信号，一路是原来的Rt2信号，另一路是Rp5反馈形成的下限信号，两路信号用与门合成，都可能有效。如果后面一路的下限更高，则相当于控制范围变窄，继电器更频繁启停，如果后面一路的下限更低，则继电器的启停频繁程度不变，所以D选项正确。
7. 如图所示为小明设计的温度报警电路，能实现温度报警功能。已知比较器IC1、IC2功能：V＋＞V－时输出高电平，V＋＜V－时输出低电平，Rt为正温度系数热敏电阻，H为无源蜂鸣器。下列分析中，不正确的是（　D　）
A. 温度高于上限时，蜂鸣器H鸣叫报警
B. 温度低于下限时，蜂鸣器H鸣叫报警
C. Rt换用负温度系数热敏电阻，亦可实现类似的报警功能
D. R5换用更大的电阻会导致温度在正常范围之内报警
【解析】 右边部分电路为RC振荡电路，输入信号为1时振荡，信号为0时停止振荡。A和B选项：Rt为正温度系数时，温度高于上限IC1出1，低于下限时IC2出1，都可实现蜂鸣器H报警。Rt改为负温度系数时，低温时IC1出1，高温IC2出1，功能类似。R5不会影响温度范围，当D1、D2截止时提供0信号使得振荡电路停止。
8. 如图所示为水箱水温控制电路，当温度低于20℃时，加热器开始加热；当温度达到40℃时，该加热器停止加热。其中CF741是电压比较器，当输入电位U＋＞U－时，输出高电平；当输入电位U＋＜U－时，输出低电平。关于该电路的分析，恰当的是（　D　）
A. Rt属于正温度系数热敏电阻
B. 用于调节下限温度的电位器是Rp2，调节上限温度的是Rp1
C. 所使用的直流继电器只有5个引脚
D. 若想改变水温控制范围为25～35℃，应先调大Rp1，再调小Rp2
【解析】 由题图可知，温度低于20 ℃时，加热器开始加热，继电器J要吸合，三极管VT导通，比较器IC输出高电平，即U＋＞U－，U＋脚电位不随温度变化而变化，U－脚随温度降低电位减小，说明Rt阻值增大，即温度降低，Rt阻值增大，说明Rt属于负温度系数热敏电阻；加热器刚开始加热之前，J－2触点与电路断开，Rp1和Rp2影响U＋电位，则Rp1和Rp2共同调节下限。一旦加热，J－2触点闭合，导致Rp2短路，此时只有Rp1影响U＋电位，则Rp1调节上限。直流继电器线圈两个引脚，两对常开触点4个引脚，总共至少需要6个脚；由于Rp1既影响上限又影响下限，假如先调Rp2把下限调好，再调Rp1又会把下限改变，故先调上限，再调下限，依题意，要将上限温度调低，Rt阻值增大，U－电位降低，要维持U＋＝U－，则U＋电位降低，调大Rp1；接着把下限调高，Rt阻值减小，U－电位升高，要维持U＋＝U－，则U＋电位升高，调小Rp2。
9. 如图a所示为小马设计的温度报警电路，白天不启动，晚上开启，超过设定温度时红色发光二极管V1点亮报警，Rt为正温度系数热敏电阻。请回答下列问题：
a
（1）要使电路正常工作，虚线框1中可用的组合逻辑电路有　CD　（多选，填字母）；
A. B.
C. D.
（2）若要提高报警温度，以下方法有效的是　AB　（多选，填字母）；
A. 调大Rp1
B. 调大Rp2
C. 调大Rp3
D. 调大Rp4
（3）电路调试成功后，小马发现红灯报警交互性不足，想利用教材中的多谐振荡器增加声音报警功能，请在下图虚线框2中连线实现功能；
b
【答案】 如下图所示：
或 或
（4）电路调试成功后，小马想把电路用于风扇控制，白天不启动，晚上高于原来的设定温度时启动风扇，温度下降到低于下限时停止。请在虚线框3中选择合适端点连线，在虚线框4中利用三极管、电阻、继电器和二极管各1个，设计输出部分电路，三极管采用共发射极接法。
c
【答案】 如下图所示：
A B Y
0 0 1
0 1 1
1 0 0
1 1 1
【解析】 （1）根据题干要求可列出如下真值表：根据真值表可得出表达式Y＝＝＋B，CD符合要求，也可以直接真值表代入验证。（2）温度升高，Rt增大，若U－不变，则要求Rp1增大；温度升高，Rt增大，U－降低，则U－也降低，调大Rp2或者调小Rp3；Rp4只影响光线设定跟温度无关。
（3）如图所示：
（4）虚线框3中U＋＞U－时启动风扇，要实现区间控制，需要通过反馈增大U＋或减小U－，虚线框3中只有Y点接入了反馈，根据前面的分析此时Y应为0，因此应该反馈到U－端减小U－电位，注意二极管必须负极接Y端，电阻用于反馈深度控制，没有电阻将锁死，和二极管串联顺序没有关系可以交换位置。
10. 如图a所示为小明为冷链运输设计的高温报警电路，达到设定温度时Va＝1.6 V，请回答下列问题：
（1）热敏电阻RT为　B　（单选，填字母）；
a
A. 正温度系数电阻
B. 负温度系数电阻
（2）小明想调快发光二极管的闪烁频率，下列措施中，合适的有　AB　（多选，填字母）；
A. 减小R5的阻值
B. 减小R6的阻值
C. 减小R7的阻值
（3）在调试时小明发现温度从高于设定值回落后发光二极管会熄灭，为保证冷链运输的可靠性，小明打算改进该电路，一旦温度超过设定值，温度回落后发光二极管依然发光。小明已画出部分电路，请在图b虚线框中连接给定的电子元器件，将电路补充完整；
b
【答案】 如下图所示：
（4）小明还发现当电源电压波动时，会影响温度的设定值，从而影响报警的准确性，为了稳定基准电压，需要在题图的基础上进行改进，请在图c虚线框中连接给定的元器件（二极管为硅管），将电路补充完整。
c
【答案】 如下图所示：
【解析】 （1）选B。本小题考查电路功能分析。由高温报警的功能需求出发倒推，当LED发光时，4脚应为到高电平，即Va较高，应为负温度系数电阻。
（2）选AB。本小题考查555芯片的振荡功能。欲提高闪烁频率，即需提高充放电的周期。R5制约充电时间，R6制约充电和放电时间，因此都符合要求。R7只影响LED的亮度，与闪烁频率无关。
（3）本小题考查反馈电路设计。所谓保持，即需要实现正反馈。即反馈信号接入同相端子，考虑到是高电平反馈，所以二极管应该向左，接线如图。
（4）本小题考查二极管稳压功能的应用及分压电路设计。由于信号点是1.6 V，故等效的稳压电压应高于1.6 V，故应采用三个二极管串联实现，上方接限流电阻。RT与R1的分压接法与原图相同接线如图。
11. 如图a所示为小明设计的窗帘自动控制电路（暂不考虑电机如何自动停止）。当环境光线强度介于上限和下限之间时打开窗帘（通过电机的电流从“＋”到“－”），当环境光线强度高于上限或低于下限时关闭窗帘（通过电机的电流从“－”到“＋”）。比较器功能：V＋＞V－时输出高电平，V＋＜V－时输出低电平。请回答相关问题：
（1）打开窗帘时，关于V5、V6状态分析正确的是　A　（在“A. V5发光；B. V6发光；C. V5和V6同时发光；D. V5和V6交替发光”中选择合适的选项，将字母填入“　　　　”处）；
（2）在环境光线强度介于上限和下限之间时，关于开关S功能分析正确的是　C　（在“A. S接通时打开窗帘，断开时不确定是否关闭窗帘；B. S接通时关闭窗帘，断开时不确定是否打开窗帘；C. S接通时关闭窗帘，断开时打开窗帘；D. S接通时打开窗帘，断开时关闭窗帘”中选择合适的选项，将字母填入“　　　　”处）；
（3）若要使控制窗帘的环境光线强度上限不变、下限更低，合理的措施是　D　（在“A. 增大R1的阻值；B. 增大R2的阻值；C. Rp1触点下移；D. Rp2触点下移”中选择合适的选项，将字母填入“　　　　”处）；
（4）小明准备用555芯片来代替题图虚线框中的电路，555芯片的功能如表所示。请在下图虚线框中完成电路连线，实现原有的控制功能，要求A点与B点不能直接相连。
555集成电路功能表
1脚 2脚 6脚 3脚 7脚 8脚
GND ＜VCC 任意 高电平 断开 VCC
＞VCC ＜VCC 保持 保持
＞VCC ＞VCC 低电平 接地
【答案】 如下图所示：
以下为等价答案：
【解析】 （1）当窗帘打开时，电机的电流从“＋”到“－”，触点J1－1和J1－2接通，继电器J1吸合，J2释放，所以三极管V4饱和导通，发光二极管V5发光。
（2）在环境光线强度介于上限和下限之间时，S接通，C将输出高电平，D将输出低电平，二极管V1、V2与R3组成或门，所以F点为高电平，推出V3饱和导通，J2吸合，窗帘关闭；接着再将S断开，此时环境光线强度介于上限和下限之间，按照题意，窗帘应该打开。
光线强度 过强 过弱 上下限之间
C 1 0 0
D 0 1 0
F 1 1 0
J2（关闭窗帘） 1 1 0
J1（打开窗帘） 0 0 1
（3）当F出高电平时，窗帘关闭。存在两种情况，第一种：C出高电平，D出低电平，此时光线过强；第二种：C出低电平，D出高电平，此时光线过弱。若光线介于上下限之间时，F出低电平，此时C出低电平，D也出低电平。根据以上的分析推断，C出高时光线过强，C与上限有关；D出高时光线过弱，D与下限有关，且单独调节Rp1或Rp2时，只能影响上限或下限。因此，选项中只有调节Rp2的D选项成立。
（4）555芯片的3脚能出高电平和低电平，但题目要求A和B不能直接相连，所以不能将它们都接在3脚上。当3脚出低电平时，7脚也接地，相当于低电平，所以可以将A接7脚，B接3脚。输入部分F的电位相同，所以它们可同时连2脚和6脚。
1. 如图所示为利用555设计的温控电路，其中此555输入输出关系如表所示，当温度超过30℃时散热风扇电机启动。相关分析中，不正确的是（　D　）
555输入输出关系
输入 输出
2脚 6脚 3脚
＜VCC ＜VCC 高电平
＞VCC ＜VCC 保持
＞VCC ＞VCC 低电平
A. Rt应采用负温度系数热敏电阻
B. 调大Rp，风扇启动的温度低于30 ℃
C. R1、VD都具有保护三极管VT的作用
D. 继电器吸合电流大于释放电流，因此温度低于30 ℃时，电机M不会立即断电
【解析】 当超过30 ℃时，电机启动，三极管VT导通，3脚输出高电平，2、6脚输入低电平，Rt阻值小，Rt为负温度系数热敏电阻；555集成电路具有保持状态，当温度低于30℃时，电机M不会立即断电，只有当温度低于下限温度时电机M才会断电。
2. 如图所示为温控电路，用Rp设定555芯片5脚的电位Vct。当温度超过60 ℃时散热风扇电机启动。相关分析中，不正确的是（　D　）
555芯片使用5脚时的特性表
2脚 6脚 3脚
＜Vct ＜Vct 高电平
＞Vct ＞Vct 低电平
＞Vct ＜Vct 保持
A. Rt应采用负温度系数的热敏电阻
B. 调大RH的阻值，电机启动时的温度低于60 ℃
C. Rp的滑动触点向下移，电机启动时的温度高于60 ℃
D. 温度从60 ℃以上降低到60 ℃以下，电机就立即断电
【解析】 当温度超过60℃时散热风扇启动，则3脚输出高电平，2脚电压＜Vct，即Rt分压小，Rt的阻值小，而此时对应的温度高，故Rt采用负温度系数的热敏电阻，A项正确；调大RH的阻值，2、6脚的临界电位未变，则要求Rt也变大，启动的临界温度降低，B项正确；Rp的滑动触点向下移，则5脚电位Vct变小，2、6脚的临界电位也变小，需要Rt也变小，故电机启动时的温度要高于60 ℃，C项正确；温度从60 ℃以上降低到60 ℃以下不低于下限温度时，555集成电路此时保持状态，3脚输出为高电平，故电机保持转动，D项错误。
3. 如图所示为电池充电电路，利用555的3脚对电池充电。当电池电压低于下限时开始充电，超过上限时停止充电。下列关于该电路的分析，不正确的是（　D　）
555集成电路功能表
2脚 6脚 3脚
＞Vct ＞Vct 低电平
＞Vct ＜Vct 保持
＜Vct 任意 高电平
A. R4的阻值大于R5的阻值
B. 电池电压超过上限时V3发光
C. 适当增大R4阻值，可降低充电下限电压
D. 适当减小R6阻值，可提高充电上限电压
【解析】 当电池电压大于上限电压Vct时，停止充电，此时，2脚电压大于1/2 Vct，所以R4应大于R5，选项A正确；电池电压超过上限时，停止充电，3脚出低电平，此时V1导通，V3发光，选项B正确；下限电压为E下，则E下＝Vct，适当增大R4阻值，可降低充电下限电压，选项C正确；上限电压由5脚电位Vct控制，与R6无关，选项D错误。
4. 如图所示为温度控制电路。当温度升高至40 ℃时，风扇M转动，温度降低至20℃时，风扇M停止转动。下列分析中，不正确的是（　D　）
A. Rt为负温度系数热敏电阻
B. 调小R2后，温度升高至40 ℃时风扇不启动
C. 不可能R2＝R4
D. R1＝R3时，3R4＜R2
【解析】 A项，温度高时，风扇M转动，3脚输出高电平，2、6脚为低电平，Rt阻值变小，温度高阻值小，Rt为负温度系数热敏电阻；B项，2脚高电平，6脚低电平时，3脚保持，温度达到40 ℃时，2脚低电平，6脚低电平，3脚输出高电平，故2脚影响上限，调小R2，2脚的电位升高，5脚电位变高，上限温度变高，温度到达40 ℃风扇不启动；C项，若R2＝R4时，U2＝1/2 VCC，但5脚电位不能大于VCC，否则电路无法工作；D项，U6＝VCC，U2＝VCC，由保持状态可得，U6＜U5、U2＞U5，可得U6＜U5＜2U2，若R1＝R3时，3R4＜R2。
5. 如图所示为电流过载提醒电路，RL是负载，R4是阻值较小的电阻。V1不发光时，如果RL的阻值减小，导致流过的电流增大，超过设定值时V1发光。下列分析中，不正确的是（　B　）
　　
A. 电流过载时V1发光，电流减小到设定值以下时V1仍然发光
B. 适当增大R3，可以降低电流设定值
C. 适当增大R4，可以降低电流设定值
D. 电流过载时，按下S1则V1熄灭，松开S1后V1重新发光
【解析】 电流过载V1发光，电流减小到设定值以下时，555电路处于保持状态，所以V1仍然发光，选项A正确；适当增大R3，6脚的电位减小了，6脚的电位跟5脚的电位相比，5脚的电位跟8脚的电位相比，因此8脚的电位也需要减小，RL电阻更小，即提高了电流设定值，选项B错误；适当增大R4，其余引脚临界电位未变，则需要8脚的电位也不变，RL更大，RL中的电流更小，即降低了电流设定值，选项D正确。
6. 如图a所示为小明设计的环境湿度控制电路，可控制在一定的湿度范围内，同时具有湿度提醒功能，开关S1和S2可控制改变提醒方式，555 内部电路结构如图b所示。下列关于该电路的分析，正确的是（　C　）
a
b
A. 当S1、S2断开时，不论湿度大小，既不会发出报警声，V2也不会发光
B. M是干燥电机，当湿度高于设定值时，干燥电机启动从而降低环境湿度
C. 若S1闭合，S2断开，当湿度在设定范围内时，蜂鸣器一定不发声，V2可能会发光
D. 若S2闭合，S1断开，当湿度高于设定值时，蜂鸣器可能发声报警，V2可能不发光
【解析】 S1闭合时，电容C2短路，从而造成555无法振荡，而蜂鸣器需要交流电驱动，因此蜂鸣器一定不发声。若此时振荡模块的555的4脚是高电平时，V2有可能发光。
7. 如图a所示为小明以555时基电路为核心设计的温控电路，用以控制水箱的温度，可以将水温控制在30℃～40℃。当温度低于30℃时，继电器吸合开始加热，温度高于40℃时，继电器释放停止加热。555芯片功能如表所示（5 脚电位用Vct表示）。请根据题意，回答相关问题：
a
555芯片功能表
2脚 6脚 3脚
＜Vct ＜Vct 高电平
＞Vct ＞Vct 低电平
＞Vct ＜Vct 保持
b
（1）Rt的类型为　B　（单选，填字母）；
A. 正温度系数热敏电阻
B. 负温度系数热敏电阻
（2）为了只将上限温度提高到45 ℃，以下方法合理的是　A　（单选，填字母）；
A. 增大R3 B. 增大R1
（3）为了防止温控电路失灵导致温度过高，小明在原有电路的基础上做了改进，用负温度系数热敏电阻Rt2检测极限温度，以实现温度过高切断电源的功能，请在两个虚线框内选择合适的端子连接电路；
c
【答案】 如图所示：
或
（4）为了实现更好的人机关系，小明打算再用一块555时基电路设计一个振荡器，以实现在加热时BP发出声音，请在虚线框内选择合适的端子连接电路。
d
【答案】 如图所示：
【解析】 本题考查555芯片的温度区间控制电路、电压比较器的控制电路设计及555芯片组成的多谐振荡电路设计。
（1）不加热时，3脚出0，VT1截止，这时5脚电位Vct＝2 VCC/3，温度降低至30 ℃时，2脚电位U2下降至小于VCC/3，所以Rt为负系数热敏电阻。
（2）加热时，3脚出1，VT1导通（VT1是共集电极接法，只能处于放大状态），5脚电位Vct＝Ue1－0.7，增大R3，VT1的基极电流减小，UR1减小，Ue1增大，即Vct升高，使得上限温度升高。而增大R1，VT1的基极电流减小，发射极电流相应减小，Ue1降低，即Vct减小，使得上限温度降低。
（3）Rt2为负温度系数热敏电阻，此电路设计有两个方案：一个方案是继电器触点采用常闭触点，则在低于极限高温时，电压比较器输出为低电平（让“＋”输入端电位低于“－”输入端的参考电位），电源接通。当温度达到极限高温时，电压比较器的“＋”输入端电位升高，达到高于“－”输入端的参考电位，电压比较器输出为高电平，将继电器常闭触点吸断，达到切断电源的作用。另一个方案是继电器触点采用常开触点，则在低于极限高温时，电压比较器输出为高电平（让“＋”输入端电位高于“－”输入端的参考电位），将继电器吸合，电源接通。当温度达到极限高温时，电压比较器的“＋”输入端电位降低，达到低于“－”输入端的参考电位，电压比较器输出为低电平，将继电器断电，触点释放，达到切断电源的作用。
（4）这个电路的设计只要将555芯片连接成多谐振荡器电路，然后让前面555芯片输出端（3脚）在加热时出高电位去控制构成多谐振荡器电路的555芯片的4脚即可。
8. 如图所示为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，加湿器均不加湿。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。请回答下列问题：
a
（1）关于该电路，下列分析中合理的是　AC　（多选，填字母）；
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，适宜温度的范围变小
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；
【答案】 如图所示：
（3）为实现控制目的，虚线框2中的电路设计不合理的是　C　（单选，填字母）；
A. B.
C. D.
（4）在电路调试过程中，小明发现虚线框2中的比较器已损坏，于是他重新设计了如图所示的电路，请你帮助他在虚线框3中选择合适的端子完成电路连线实现原电路的功能（要求：Rp8调大，湿度控制范围变小；反之变大）。
b
【答案】 如图所示：
【解析】 （1）对于A选项，据题意，温度适宜且有人，如果加湿器工作，则三极管VT1的基极输入端为低电平。此时电容器C1由于微波雷达探测模块IC输出高电位而被充上了电，使得C端出高电位。当人离开后微波雷达探测模块IC输出低电位，电容器C1要放电，所以要加湿器延迟停止加湿，正确。
对于B选项，增大Rp3、减小Rp4，保持Rp3＋Rp4不变，则上面的电压比较器的“－”输入端电位不变，下面的电压比较器的“＋”输入端电位降低，所以上限温度不变，下限温度降低。所以是温度调节范围是增大了，错误。对于C选项，如果Rp3是连焊被短路，则温度无上下限控制了，就无法加湿。正确。对于D选项，加湿器加湿，说明二个三极管均导通，对于三极管VT1最好设置为饱和状态工作，但三极管VT2可以工作在放大状态或饱和状态，只要其集电极电流大于继电器的吸合电流即可。所以二个三极管不一定工作在饱和状态的，错误。
（2）从电路图中可知，温度过高时，A＝1，B＝0，温度过低时A＝0，B＝1；介于二者之间时，A＝0，B＝0；有人时，C＝1，无人时C＝0。根据题中所给的逻辑，得出下面的真值表：
A B C Y 备注
1 0 0 1 温度过高无人
1 0 1 1 温度过高有人
0 1 0 1 温度过低无人
0 1 1 1 温度过低有人
0 0 0 1 温度适宜无人
0 0 1 0 温度适宜有人
1 1 0 × 不可能出现
1 1 1 × 不可能出现
由该真值表中得到的逻辑表达式为：Y＝＝。所以虚线框1中的逻辑电路如答案所示（一个或非门和一个与非门）。
（3）虚线框2的电路是用一个电压比较器实现湿度的上下限控制。对A、B、D三个电路均能使得湿度达到下限时，电压比较器输出端从低电位变到高电位（开始加湿）时，反馈电路让电压比较器的“＋”输入端电位有个突变升高，从而让加湿后湿度升高导致A端电位升高到上限时，电压比较器输出端变为低电平而停止加湿。而对于C的电路，当湿度达到下限时，电压比较器输出端从低电位变到高电位（开始加湿）时，反馈电路让电压比较器的“－”输入端电位有个突变升高，从而使得电压比较器输出立刻停止加湿。所以电路设计不合理的是C。
（4）如图，湿度下降，a点电位降低，当达到湿度下限时555芯片的3脚是出低电位加湿（此时a点电位最低）。这样只有让a点电位充当555芯片的5脚电位Vct，b点电位充当2、6脚的电位，才能让3脚出低电位（Ub＞Ua，即U26＞Vct）。但这样的接法，其上下限与Rp8无关，又从图中可知，Rp8只能调节湿度下限（加湿器工作以后J－2断开），结合题目要求：Rp8调大，湿度控制范围变小；反之变大。由此可知，Rp8调大时湿度下限要升高。所以电路连接应如答案所示的电路。
1. 如图所示为小明设计的水箱恒温控制电路。当温度低于下限时，继电器吸合，加热器加热；温度高于上限时，继电器释放，加热器不加热。水箱内水位低于安全水位时，加热电路不工作。比较器功能：V＋＞V－时输出高电平，V＋＜V－时输出低电平。相关分析中，不合理的是（　D　）
A. RT为正温度系数热敏电阻
B. 水位高于安全水位时，水位传感器输出高电平
C. Rp2触点下移，温度下限降低
D. LED为温度低于下限指示灯
【解析】 本小题考查简单电子控制电路分析。若热敏电阻为负温度系数元件，可推出温度太低时上方比较器出0，触发器出0，在水位传感器输出1的情况下，J不工作，不符合题意，应为正温度系数元件。若水位传感器输出0，继电器J一定关闭。若水位传感器输出1，当其检测温度较低时，电阻较小，信号电平较低，下方比较器输出0，J工作，反之J关停，温度处于上下限之间时J保持。LED与J的工作同步，所以其亮灯意义应为加热指示。
2. 小明设计了如图所示的负载短路保护电路，当触点J闭合时，若负载RL发生过短路，触点J将一直断开，保护电路；当负载短路故障解除后，手动触发相应按钮才能使触点J重新闭合，接通负载。当开关S1刚闭合时，电容C开始充电（相当于短路），继电器触点J断开。其中按钮S2、S3按下时闭合，松开时断开。请回答下列问题：
a
（1）S1刚闭合时，a点是　B　（单选）；
A. 低电平 B. 高电平
（2）请在图a虚线框内画出三极管驱动继电器工作的电路，要求三极管采用共发射极接法。提供的元器件有：1个电阻，1个合适的三极管，1个继电器，1个普通二极管；
【答案】 如图所示：
（3）下列关于电路的分析，正确的是　B、C　（多选，填字母）；
A. 按下S2，继电器J吸合，松开后，继电器释放
B. 按下S3，继电器J释放，松开后，继电器释放
C. 电阻R2的作用是防止S3刚开始闭合时电容放电产生的电流过大
D. S2、S3同时按住不放，继电器J可能吸合
（4）小明搭接电路时，发现电子控制实践室里没有四2输入或非门芯片，只有555芯片，小明重新设计了如图b所示的电路，使用555芯片的7脚驱动继电器，请你在图b虚线框内连线，完成原电路功能（按钮S2、S3的功能不变）。
555内部结构等效电路图
b
【答案】 如图所示：
【解析】 （1）S1刚合上，电容器C还没有带电，电压为零，VCC（9 V）被R2、R3串联分压，a点电位为高电平（约为8.8 V）。
（2）从（1）中分析知S1刚闭合时，触发器下端出低电位，此时继电器触点J断开，所以用NPN型三极管组成共发射极接法。
（3）此电路S1刚合上时，触发器处于置0状态，之后由于电容器的充电结束，触发器处于保持状态（0状态）。对A选项，按下S2，则触发器处于置1状态，继电器J吸合，但松开S2，则继电器J处于保持状态仍输出高电平，继电器J不会释放。所以A选项错误；对于B选项，按下S3，则继电器J处于置0状态，松开S3，则继电器J处于保持状态仍输出低电平，继电器J处于释放状态。所以B选项正确；对于C选项，放电回路如下图，如果没有电阻R2，则开始放电的电流很大，所以有了电阻R2就是防止S3刚开始闭合时电容放电产生的电流过大。C选项正确；对于D选项，S2、S3同时按住不放，继电器J的两个输出端均出低电平，继电器J不可能吸合。所以D选项错误。
（4）从所给出的555芯片电路来看，缺少3脚输出端，那要让继电器J通电吸合，只有利用7脚，在3脚出低电平时导通才行，所以输出部分电路应该如答案所示的连接。对于555芯片电路的输入部分电路设计，原电路的一个功能是刚合上S1时继电器J断开，之后仍保持断开（a点的电位是刚合上S1时为8.8 V，之后逐渐降低到低电平），另555芯片的2脚电位为3.0 V。所以a点接入5脚，其电位为Vct从8.8 V逐渐降低到0，开始时2脚电位＜Vct/2，后来＞Vct/2，这样就可以使555芯片的输出始终为高电平7脚断开使之继电器J始终断开。这样也符合按键S3的功能。那么当S2的这一端接到555芯片的6脚，就符合按下后让继电器J导通并保持的功能。
3. 如图所示为水箱水温自动控制电路图，Rt1和Rt2是相同型号的热敏电阻，该控制电路可将水温控制在30～37 ℃。请回答下列问题：
a
（1）图中电容C（外壳标有为“104”字符）的电容量为　A　μF（单选，填字母）；
A. 0.1 B. 0.01 C. 0.001
（2）小明想要调低下限、调高上限，下列合理的措施是　AD　（多选，填字母）；
A. 调小Rp1
B. 调大Rp1
C. 调小Rp2
D. 调大Rp2
（3）J－2的作用是　B　（单选，填字母）；
A. 保护三极管
B. 在N点从高电位变为低电位的瞬间，能为P点继续输入高电位
C. 在M点为低电位的情况下，能为P点继续输入高电位
（4）小明对电路做了部分调整，改用一个三极管代替J－2，使电路功能不变。请你选用合适的三极管，并帮助小明完成该部分电路。
b
【答案】 如图所示。
【解析】 （1）数码法表示电容量，前2位表示有效数字，第3位是有效数字后0的个数，单位为pF，104表示的电容量是100 000 pF。
（2）未开始加热时，只有N点的信号对电路有影响，所以Rt2是下限；低温时加热，N和P点都为高电平，三极管导通，J－1闭合，温度低电阻大，所以是负温度系数热敏电阻。调低下限，则Rt2阻值变大，为了保证N点电位不变，应调大Rp2；Rt1检测上限温度，调高上限Rt1阻值变小，应调小Rp1。
（3）当温度上升超过下限温度时，N点电位由高跳为低，无法继续为P点提供高电平；J－1、J－2都受线圈控制，J－2闭合时，由M点为P点继续提供高电平，继续保持加热。
（4）三极管自锁电路的设计，当继电器通电吸合时，三极管的集电极为低电平，此时只有PNP型三极管能导通，PNP的发射极接高电位，集电极接低电位。
4. 如图所示为车间降温原理示意图及小明设计的温度控制试验电路。当车间温度高于上限时V2发光，表示风机和水泵运行，水泵工作产生水帘，风机排出热空气吸入经水帘冷却的空气，使车间降温。当车间温度低于下限时V2熄灭，表示风机和水泵停止运行。请回答下列问题：
555集成电路功能表
2脚 6脚 3脚 7脚
＜VCC 任意 高电平 断开
＞VCC ＜VCC 保持 保持
＞VCC ＞VCC 低电平 接地
a b
（1）电路中的Rt1应采用　B　（单选，填字母）；
A. 正温度系数热敏电阻
B. 负温度系数热敏电阻
（2）设定温度上限和温度下限，合理的调试手段是　B　（单选，填字母）；
A. 上限调R1、下限调R2
B. 上限调R2、下限调R1
（3）小明准备用1个继电器同时控制风机和水泵工作，用555电路3脚的输出信号通过三极管驱动继电器，当继电器吸合时风机和水泵运行。现有继电器J1（线圈额定电压3 V）继电器、J2（线圈额定电压6 V）、继电器J3（线圈额定电压9 V）、电阻器、二极管、NPN三极管、PNP三极管各1个，请选择4个合适的元器件在图c虚线框内完成电路设计，要求三极管采用共发射极接法，并标出所选继电器的编号；
c
【答案】 如图所示：
（4）小明想用逻辑门代替555电路实现原有电路功能，请你选用课本中的逻辑门，并在图d虚线框中画出电路，要求电路简单。
d
【答案】 见下图。
或
或
【解析】 （1）根据题意“当车间温度高于上限时V2发光”，说明温度高时，2脚电位低，因此Rt1阻值小，即温度高阻值小，是负系数热敏电阻。
（2）根据555电路功能表，可知当3脚出高时，7脚断开，此时V1截止，R2未接入电路，而3脚出高时，表示风机和水泵运行，温度会下降至下限，所以R2对下限无影响。R1既调节上限也调节下限，为了调节快捷方便，先通过调节R1把下限调节完毕，然后调节R2调节上限。
（3）根据题意，3脚输出高要求继电器吸合，即3脚出高要求三极管导通，因此应选用NPN三极管。由于使用三极管驱动，当三极管饱和时，饱和压降很小，电源电压6 V几乎都加在继电器线圈的两端，应选用额定工作电压6 V的继电器J2。题目要求采用共发射极接法，因此继电器J2串接在三极管的集电极上，为保护三极管，基极需串联限流电阻，继电器两端需反向并联一个二极管。
（4）2脚低电平时，3脚输出高电平，是非门的逻辑，选用非门或者与非门、或非门当非门使用。由于原电路具有温度范围控制功能，非门的输出需要通过R3，V1和R2返回到输入，使电路具有保持功能。
5. 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。请回答下列问题：
a
LM393特性
输入 输出
V＋＜V－ 接地
V＋＞V－ 悬空
b
（1）下列分析中，正确的是　B　（单选，填字母）；
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）用VD4发光表示清澈度适中，请在虚线框1中使用两个普通二极管和一个阻值合适的电阻完成电路设计，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；
【答案】 如图所示：
（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　BC　（双选，填字母）。
A. B.
C. D.
【解析】 （1）如表格所示，G1输出接地时VD2发光，G2输出接地时VD3发光。
清澈度 G1 G2
高 悬空 接地
中 悬空 悬空
低 接地 悬空
（2）清澈度适中时，G1和G2均输出“悬空”，VD4发光，只要清澈度不适中，G1和G2中一定有一个输出“接地”，VT1截止，VD4不发光。
（3）根据要求判断，需要使用或非门搭建触发器。清澈度低于下限的信号为G1输出的“接地”，清澈度高于上限的信号为G2输出的“接地”，考虑到或非门高电平有效，故均应先经过一个非门换相，再匹配合适的输入输出端即可。
（4）逐图分析如下。
A. B.
C. D.
A. 错误。当M未启动时，VT3导通，电容满电，当M启动后，VT3截止，电容下端经过电阻接地，但既不充电也不放电，输出恒定低电平，不可能驱动VT4。B. 快放慢充接法。当M未启动时，VT3导通，电容无电，当M启动后，VT3截止，电容开始经电阻充电，一定时间后电容上端电平升至0.7 V，VT4导通，VD5发光提醒更换滤材；若一定时间之间内清澈度达标了，则尚未等到VT4导通VT3就导通了，VT3导通后电容快放，等待下一次M启动时重新开始慢充计时。C. 快充慢放接法。当M未启动时，VT3导通，电容满电，当M启动后，VT3截止，电容开始对电阻放电，一定时间后电容下端电平升至约0.7 V，VT4导通，VD5发光提醒更换滤材；若一定时间之内清澈度达标了，则尚未等到VT4导通VT3就导通了，VT3导通后电容快充，等待下一次M启动时重新开始慢放计时。D. 错误。当M未启动时，VT3导通，电容慢充，可能驱动VT4，逻辑错误。第五章　电子控制系统的设计及其应用
三、 闭环电子控制系统的设计和应用
1. 温度闭环电子控制方框图
若把水加热并且把温度控制在一定值，请在下列控制方框图中填入相应的要素。
2. 设计和安装闭环电子控制系统的一般步骤可以总结如下：
（1）按照设计要求，确定被控量和被控对象。
（2）如果对被控量控制的精确度要求较高，应利用有反馈的闭环电子控制系统对被控量实施控制。
（3）根据闭环电子控制系统的方框图，选择控制（处理）部分的电子电路、输出部分的执行器、检测部分中的传感器，并参照有关资料，通过接口电路将各个部分紧密地连接成一个完整的控制系统。
（4）按照电路图安装电路。
（5）将系统各部分进行整体安装和调试。在调试过程中，输入预置被控量，根据被控量的变化进行监控。认真分析干扰因素对被控量的干扰，并通过调整预置被控量等各种方法把干扰的影响减至最低。
（6）通过制作、试验，发现设计存在的问题，对方案进行改进或优化。
【项目情境】在杭州野生动物世界，工作人员收养了刚出生就被遗弃的小狒狒，把它安置在自制的保育箱里。刚出生的小狒狒十分脆弱，保育箱的温度需要维持在32 ℃—37 ℃，空调制热上限温度只有30 ℃，工作人员把一只浴霸灯悬挂在保育箱的上空，通过控制浴霸灯的开关为保育箱提供合适的温度，温度过高时工作人员需要及时关闭浴霸灯，温度过低时需要及时打开浴霸灯，频繁的手动开关十分麻烦。小林同学利用所学的电子控制技术知识，设计了一个温度自动控制电路来控制浴霸灯的开关，从而使保育箱的温度始终维持在合适的值。
【任务1】　设计保育箱温度自动控制系统
为了让保育箱的温度维持在合适的值，小林同学应用CF741运算放大器、热敏电阻RT等元器件设计了如图所示的电路，请回答相关问题：
（1）热敏电阻应该选择正温度系数还是负温度系数的？
【答案】 负温度系数。
（2）分析该电路的工作过程，填写下表；
温度 RT大小 U2、U3大小 输出U6 VD1状态 继电器状态 电热器状态
t＜t预设 大 U2＜U3 6 V 点亮 吸合 加热
t＞t预设 小 U2＞U3 0 熄灭 释放 不加热
（3）本系统在实际进行温度控制时是否实用？存在哪些问题？可以如何改进？
【答案】 本系统在实际进行温度控制时不实用。该设计的温度自动控制系统由于只对单一温度进行温度控制，所以继电器触点开闭频繁，温度控制受到较大干扰，继电器容易损坏需要改进。可以添加反馈回路，或者把控制部分换成555集成电路。
【任务2】　改进保育箱温度自动控制系统
方案A：以运算放大器为核心的温度控制系统
由于任务1的方案有缺陷，联想到闭环控制系统的反馈原理：把输出信号反馈到输入端参与控制可以实现闭环控制。于是小林同学把比较器的输出端6脚的信号通过串联的一个电阻R3和一个二极管VD3反馈回输入端，期望改进控制，电路图如下图所示，请回答下列问题：
（1）请分别画出比较器6脚输出低电平和高电平时，比较器输入部分的等效电路图。在两种情况下VD3都导通吗？VD3导通与否对比较器3脚的电位有何影响？
【答案】 方案A：
（1）如下图所示：
如等效电路图所示，比较器6脚输出低电平时，VD3不导通；比较器6脚输出高电平时，VD3导通。VD3导通时，会拉高3脚的电位。
（2）分析该电路的工作过程，填写下表；
温度 RT大小 U2、U3大小 输出U6 VD1状态 继电器状态 电热器状态
t＜t预设 大 U2＜U3 6 V 点亮 吸合 加热
t＞t预设 小 U2＜U3 6 V 点亮 吸合 加热
t＞t上限 更小 U2＞U3 O 灭 释放 不加热
（3）根据方案A的分析，你发现该方案相比任务1的方案有何区别？
【答案】 温度超过预设温度时电热器继续加热，温度进一步上升，RT继续减小，2脚电位继续上升直到超过3脚电位，比较器6脚输出低电平，停止加热，改进方案A会把温度控制在一个区间，继电器和电热器不会频繁启动。
（4）根据方案A，下列说法中，错误的是（　D　）
A. 若想调高温度控制的上限值和下限值，可以减小Rp3或者减小Rp1或者增大Rp2
B. 若增大R3阻值，温度控制的上限值下降
C. 电热器无论什么情况下都不加热，可能是二极管VD2接反
D. 二极管VD3击穿会导致不能实现温度的上下限控制
【解析】 减小Rp3为了维持比较器2脚电位不变，RT减小，温度升高，减小Rp1或者增大Rp2比较器3脚电位升高，2脚电位的临界值也随之升高，RT减小，温度升高，温度控制的上限值和下限值都调高，A选项正确；比较器6脚输出高电平时，VD3和R3导通，VD3和R3只控制温度的上限值，若增大R3阻值，此时比较器3脚电位下降，2脚电位的临界值也随之下降，RT增大，温度下降。B选项正确；二极管VD2接反后继电器两端的电压不足以让其导通吸合，电热器无法加热，C选项正确；击穿相当于短路，二极管VD3击穿，无论比较器输出高电平还是低电平，R3都会导通，也能实现温度的上下限控制，D选项错误。
方案B：以555集成电路为核心的温度控制系统
小林同学又尝试利用NE555集成电路、负温度系数热敏电阻等元器件设计温度控制系统，电路图如图所示。请完成以下问题：
（1）分析该电路的工作过程，把相应的数据、结论填入下表中：
温度 2脚 6脚 3脚 VD1 是否加热
温度较低（低于下限） ＜VCC ＜VCC 6 V 亮 是
温度上升（上下限之间） ＞VCC ＜VCC 6 V 亮 是
温度较高（超过上限） ＞VCC ＞VCC 0 V 灭 否
温度下降（上下限之间） ＞VCC ＜VCC 0 V 灭 否
温度下降（低于下限） ＜VCC ＜VCC 6 V 亮 是
（2）通过（1）问中表格信息，判断本设计能否实现温度的区间控制？如果能，温度控制的上下限能否单独调节？
【答案】 本设计中NE555集成电路具有保持功能，能使温度控制在一个范围实现温度的区间控制。本设计只有一个热敏电阻和电位器，同时控制温度的上下限调节，调节电位器时温度的上下限值同时变化，在生产中不实用。
方案C：以555集成电路为核心的温度控制系统
小林同学增加了一个负温度系数热敏电阻和电位器改进电路，期望实现温度控制的上下限单独调节，如下图所示，请完成相关问题：
（1）RT1和RT2为相同参数的负温度系数热敏电阻，为了能够实现温度的区间控制，根据555集成电路的功能关系，Rp1和Rp2应该如何调节？
【答案】 为了实现温度低于下限时能够加热，需要满足：U2＜VCC；温度上升超过下限，为了能够持续保持加热，需要满足：U2＞VCC，且U6＜VCC；温度超过上限值时要停止加热，需要满足：U2＞VCC，且U6＞VCC。由分析可知：在下限温度时，需要调节Rp1使U2＝VCC，在上限温度时，需要调节RP2使U6＝VCC。
（2）根据控制要求和（1）中的分析，把相应的数据填入下表中：
温度 2脚 6脚 3脚 VD1 是否加热
温度较低（低于下限） ＜VCC ＜VCC 6 V 亮 是
温度上升（上下限之间） ＞VCC ＜VCC 6 V 亮 是
温度较高（超过上限） ＞VCC ＞VCC 0 V 灭 否
温度下降（上下限之间） ＞VCC ＜VCC 0 V 灭 否
温度下降（低于下限） ＜VCC ＜VCC 6 V 亮 是
（3）由（1）的分析和（2）中表格，选择RT1、RT2、Rp1和Rp2填入合适的空格：　RT1　检测下限温度，　Rp1　调节下限温度，若要调高下限温度，应该把　Rp1　调　小　（填大或者小）；　RT2　检测上限温度，　Rp2　调节上限温度，若要调低上限温度，应该把　Rp2　调　大　（填大或者小）。
方案D：以触发器为核心的温度控制系统
小林同学利用与非门集成电路、负温度系数热敏电阻等元器件设计的温度控制系统，电路图如图所示。下列说法中，错误的是（　C　）
A. 温度变化过程中，A、B两点是模拟信号，F点是数字信号
B. Rt1检测下限温度，Rt2检测上限温度
C. 若两个NTC热敏电阻换成PTC热敏电阻，调节电位器后就可以实现温度的区间控制
D. 若两个与非门换成两个或非门，检测温度的上下限热敏电阻互换
【解析】 温度上升过程中，A点电位升高，B点电位降低，F点输出高电平或低电平，A选项正确；温度低于下限温度，A＝0，B＝1，F＝1，加热，温度上升超过下限温度，为了保持加热，A＝1，B＝1，触发器处于保持状态，F＝1，保持加热，由此可见，Rt1检测下限温度，温度继续上升超过上限，A＝1，B＝0，F＝0，停止加热，Rt2检测上限温度，B选项正确；若两个NTC热敏电阻换成PTC热敏电阻，若触发器输出位置不变，无法实现温度的区间控制，C选项错误；若两个与非门换成两个或非门，A＝1、B＝1时与非门保持状态，A＝0、B＝0时或非门保持状态，因此检测温度的上下限热敏电阻互换。
方案E：以三极管（自锁）为核心的温度控制系统
小林同学利用三极管、热敏电阻等元器件设计的温度控制系统，电路图如图所示。下列说法中，错误的是（　B　）
A. 图中的热敏电阻均为负温度系数热敏电阻
B. 当温度上升超过下限温度时，VD1处于导通状态
C. 增大R1阻值，上限温度设定值将变低
D. 当温度超过上限温度瞬间VD2导通
【解析】 为了实现温度区间控制功能，要求温度低于下限值时三极管导通、继电器吸合、加热器，就必须要求F＝1，反推回去要求A＝1，温度低时Rt2大，说明Rt2是负温度系数热敏电阻，温度超过上限后需要停止加热，必须要求F＝0才能让三极管截止，此时要求VD2导通，B＝0，说明Rt1也是负温度系数热敏电阻，A选项正确；由A选项分析可知：Rt2负责检测下限温度，Rt1负责检测上限温度，当温度上升超过下限温度时，VD1由导通状态转变为截止状态，B选项错误；增大R1阻值，为了满足B点临界电位不变，Rt1也将增大，上限温度设定值将变低，C选项正确；当温度超过上限温度时，F＝0，三极管截止停止加热，因此需要VD2导通，D选项正确。
方案F：以JN6201为核心的温度控制系统
小林同学利用JN6201、两个相同参数的热敏电阻等元器件设计的温度控制系统，电路图如图所示，图中两处d的半圆形相连通，JN6201的引脚功能关系如下：输入端I1、I2 、I3 、I4有一个为高电平，则输出端O1 、O2 、O3为高电平， O4为低电平；输入端I1、I2 、I3 、I4全部为低电平，则输出端O1 、O2 、O3为低电平， O4为高电平。下列说法中，错误的是（　C　）
A. 图中的热敏电阻均为负温度系数热敏电阻
B. RT1检测温度的下限值，RT2检测温度的上限值
C. 若引脚2和引脚4内部电阻无穷大，则Rp1接入电路部分的阻值比Rp2的要小
D. 由于电容器C的存在，当温度超过上限温度时并不会立即停止加热
【解析】 由JN6201的引脚功能关系可知，加热时O4输出低电平，则引脚2和引脚4其中一个要为高电平，两个热敏电阻均为负温度系数热敏电阻，A选项正确；未加热时，继电器释放，RT2未起作用，只有RT1接入电路，因此RT1检测温度的下限值，RT2检测温度的上限值，B选项正确；若引脚2和引脚4内部电阻无穷大，电阻R7忽略不计，温度低于下限温度值时，引脚2为高电平，温度上升刚刚超过下限温度值时，引脚2为低电平，加热时RT2接入电路，为了继续保持加热，引脚4为高电平，两个热敏电阻是相同的参数，所以Rp1接入电路部分的阻值比Rp2的要大，C选项错误；当温度超过上限温度时，O4输出高电平，由于电容器C的存在，三极管延时截止，所以并不会立即停止加热，D选项正确。
【知识札记】本项目涉及的知识有：运算放大器、555集成电路、继电器等。
1. 小明同学为家里的花盆设计了一款如图所示的湿度报警电路，下列分析中，正确的是（　A　）
CF741逻辑表
IN OUT
V＋＞V－ VCC
V＋＝V－ 0 V
V＋＜V－ －VCC
A. 上下调节R3中心抽头，蜂鸣器始终不响，可能是R4虚焊
B. R3中心抽头向下调节，可以调小报警湿度值
C. 土壤湿度过小或过大时蜂鸣器均会报警
D. 当6脚输出高电位时蜂鸣器不响，可能是R2阻值过小
【解析】 A项，R4虚焊，比较器2脚始终高电位，V＋＜V－，比较器输出低电位，三极管截止，蜂鸣器始终不响；B项，R3向下调节，V－变小，则V＋也变小，则湿度电阻变小，调高湿度报警值；C项，土壤湿度过小时，V＋＞V－，比较器输出高电位，三极管VT导通，蜂鸣器响，土壤湿度过大时V＋＜V－，比较器输出低电位，三极管VT截止，蜂鸣器不响；D项，6脚输出高电位蜂鸣器不响，说明与比较器及其前面的输入电路无关，即与R2的阻值大小无关。
2. 如图所示的电路中，Rt为负系数热敏电阻，下列用波形表示温度t与门电路输出Vo的关系中，可能的是（　A　）
A. B. C. D.
【解析】 本题考查温控电路输入与输出的关系波形。把Rt与R1之间连接的点定义为A点，当温度达到下限温度及以下时，A点电位最低，电压比较器IC2输出低电位，所以Vo为低电平；当温度达到上限温度及以上时，A点电位最高，电压比较器IC1输出低电平，所以Vo为低电平；当温度介于上下限温度之间时，电压比较器IC1和IC2输出均为高电平，所以Vo为高电平。
如图所示为小林给蔬菜大棚设计的土壤湿度监测指示电路（正常土壤湿度为30％—50％），当土壤的湿度低于30％或者高于50％时发光二极管VD发光报警，当湿度在正常范围内时发光二极管不发光。其中MS1、MS2为相同规格的湿敏电阻，用于检测土壤的上下限湿度值；IC1、IC2为电压比较器，当V＋＞V－时，输出高电平，当V＋＜V－时，输出低电平。根据电路图及描述，完成第3—4题。
3. 土壤的湿度低于30％或者高于50％时发光二极管VT发光报警，当湿度在正常范围内时发光二极管不发光，题图虚线框位置应选用的逻辑门是（　D　）
A. 非门 B. 或非门
C. 与门 D. 或门
【解析】 根据题干内容和描述，土壤的湿度低于30％或者高于50％时发光二极管VD发光报警，此时逻辑输入均有1，逻辑输出为1，逻辑门为或门。
4. 下列关于该湿度监测指示电路的分析，不恰当的是（　C　）
A. 湿敏电阻MS2检测的是湿度上限值
B. 电路要正常工作，应使Rp2＞Rp3
C. 适当增大R2阻值，VD发光的亮度会增大
D. Rp1阻值调大，土壤湿度上限值和下限值都增大
【解析】 增大R2的阻值，VT基极电流减小，VD发光的亮度不会增大。
5. 如图所示为控制电路，当温度低于下限时继电器J吸合，加热器开始加热；温度高于上限时继电器J释放，加热器停止加热；Rt短路或断路时，加热器均不加热。相关分析中，不正确的是（　A　）
A. R6断路且温度低于下限时，V5发光
B. R3短路时，加热器不会加热
C. 加热器加热时，N1输出低电平
D. Rt断路时，N2输出高电平
【解析】 若R6断路，V1无法导通，V2基极没有电流，V2无法导通，V5无法亮，因此A错误。R3短路，低于下限时，N1和N2均同时输出1，V1和V2截止，不会加热，B选项正确；加热器加热时，V1和V2都导通，N1输出低电平，C选项正确；Rt断路时，N1和N2都输出高电平，D选项正确。
6. 如图所示为养鸡场温度控制电路，能够将养鸡场温度控制在设定的范围内。当温度高于上限时，继电器吸合，排风扇M通风降温，直到温度下降到下限，M停止工作。下列关于电路的分析，不正确的是（　B　）
A. Rt1应选用负温度系数热敏电阻
B. 调大Rp3，使温度下限设定值降低
C. Rt2短路，会导致排风扇始终不工作
D. VD1短路，可能导致继电器频繁吸合
【解析】 电路功能分析：当温度超过上限，Rt1小，VD1送高电平至比较器同相端子，比较器输出1（与门上面输入端也是1），与门输出高电平，J吸合，启动降温。当降温启动，温度降至上限之下，VD1不再有高电平送来，但与门输出的高电平通过Rp5和比较器形成反馈，保持降温。当温度低于下限，Rt2变小，与门上端输入低电平，与门出0，关停降温。由前面分析可知：Rt1是负温度系数热敏电阻，检测温度的上限值，与下限无关，B选项错误。Rt2短路，会使得与门常出0，排风扇始终不工作。C选项正确；VD1未短路时，上限信号仅仅用来控制上限。VD1短路后，原来上限信号不受影响，但Rp5的反馈形成了区间控制。在全电路中形成了两路可能的下限信号，一路是原来的Rt2信号，另一路是Rp5反馈形成的下限信号，两路信号用与门合成，都可能有效。如果后面一路的下限更高，则相当于控制范围变窄，继电器更频繁启停，如果后面一路的下限更低，则继电器的启停频繁程度不变，所以D选项正确。
7. 如图所示为小明设计的温度报警电路，能实现温度报警功能。已知比较器IC1、IC2功能：V＋＞V－时输出高电平，V＋＜V－时输出低电平，Rt为正温度系数热敏电阻，H为无源蜂鸣器。下列分析中，不正确的是（　D　）
A. 温度高于上限时，蜂鸣器H鸣叫报警
B. 温度低于下限时，蜂鸣器H鸣叫报警
C. Rt换用负温度系数热敏电阻，亦可实现类似的报警功能
D. R5换用更大的电阻会导致温度在正常范围之内报警
【解析】 右边部分电路为RC振荡电路，输入信号为1时振荡，信号为0时停止振荡。A和B选项：Rt为正温度系数时，温度高于上限IC1出1，低于下限时IC2出1，都可实现蜂鸣器H报警。Rt改为负温度系数时，低温时IC1出1，高温IC2出1，功能类似。R5不会影响温度范围，当D1、D2截止时提供0信号使得振荡电路停止。
8. 如图所示为水箱水温控制电路，当温度低于20℃时，加热器开始加热；当温度达到40℃时，该加热器停止加热。其中CF741是电压比较器，当输入电位U＋＞U－时，输出高电平；当输入电位U＋＜U－时，输出低电平。关于该电路的分析，恰当的是（　D　）
A. Rt属于正温度系数热敏电阻
B. 用于调节下限温度的电位器是Rp2，调节上限温度的是Rp1
C. 所使用的直流继电器只有5个引脚
D. 若想改变水温控制范围为25～35℃，应先调大Rp1，再调小Rp2
【解析】 由题图可知，温度低于20 ℃时，加热器开始加热，继电器J要吸合，三极管VT导通，比较器IC输出高电平，即U＋＞U－，U＋脚电位不随温度变化而变化，U－脚随温度降低电位减小，说明Rt阻值增大，即温度降低，Rt阻值增大，说明Rt属于负温度系数热敏电阻；加热器刚开始加热之前，J－2触点与电路断开，Rp1和Rp2影响U＋电位，则Rp1和Rp2共同调节下限。一旦加热，J－2触点闭合，导致Rp2短路，此时只有Rp1影响U＋电位，则Rp1调节上限。直流继电器线圈两个引脚，两对常开触点4个引脚，总共至少需要6个脚；由于Rp1既影响上限又影响下限，假如先调Rp2把下限调好，再调Rp1又会把下限改变，故先调上限，再调下限，依题意，要将上限温度调低，Rt阻值增大，U－电位降低，要维持U＋＝U－，则U＋电位降低，调大Rp1；接着把下限调高，Rt阻值减小，U－电位升高，要维持U＋＝U－，则U＋电位升高，调小Rp2。
9. 如图a所示为小马设计的温度报警电路，白天不启动，晚上开启，超过设定温度时红色发光二极管V1点亮报警，Rt为正温度系数热敏电阻。请回答下列问题：
a
（1）要使电路正常工作，虚线框1中可用的组合逻辑电路有　CD　（多选，填字母）；
A. B.
C. D.
（2）若要提高报警温度，以下方法有效的是　AB　（多选，填字母）；
A. 调大Rp1
B. 调大Rp2
C. 调大Rp3
D. 调大Rp4
（3）电路调试成功后，小马发现红灯报警交互性不足，想利用教材中的多谐振荡器增加声音报警功能，请在下图虚线框2中连线实现功能；
b
【答案】 如下图所示：
或 或
（4）电路调试成功后，小马想把电路用于风扇控制，白天不启动，晚上高于原来的设定温度时启动风扇，温度下降到低于下限时停止。请在虚线框3中选择合适端点连线，在虚线框4中利用三极管、电阻、继电器和二极管各1个，设计输出部分电路，三极管采用共发射极接法。
c
【答案】 如下图所示：
A B Y
0 0 1
0 1 1
1 0 0
1 1 1
【解析】 （1）根据题干要求可列出如下真值表：根据真值表可得出表达式Y＝＝＋B，CD符合要求，也可以直接真值表代入验证。（2）温度升高，Rt增大，若U－不变，则要求Rp1增大；温度升高，Rt增大，U－降低，则U－也降低，调大Rp2或者调小Rp3；Rp4只影响光线设定跟温度无关。
（3）如图所示：
（4）虚线框3中U＋＞U－时启动风扇，要实现区间控制，需要通过反馈增大U＋或减小U－，虚线框3中只有Y点接入了反馈，根据前面的分析此时Y应为0，因此应该反馈到U－端减小U－电位，注意二极管必须负极接Y端，电阻用于反馈深度控制，没有电阻将锁死，和二极管串联顺序没有关系可以交换位置。
10. 如图a所示为小明为冷链运输设计的高温报警电路，达到设定温度时Va＝1.6 V，请回答下列问题：
（1）热敏电阻RT为　B　（单选，填字母）；
a
A. 正温度系数电阻
B. 负温度系数电阻
（2）小明想调快发光二极管的闪烁频率，下列措施中，合适的有　AB　（多选，填字母）；
A. 减小R5的阻值
B. 减小R6的阻值
C. 减小R7的阻值
（3）在调试时小明发现温度从高于设定值回落后发光二极管会熄灭，为保证冷链运输的可靠性，小明打算改进该电路，一旦温度超过设定值，温度回落后发光二极管依然发光。小明已画出部分电路，请在图b虚线框中连接给定的电子元器件，将电路补充完整；
b
【答案】 如下图所示：
（4）小明还发现当电源电压波动时，会影响温度的设定值，从而影响报警的准确性，为了稳定基准电压，需要在题图的基础上进行改进，请在图c虚线框中连接给定的元器件（二极管为硅管），将电路补充完整。
c
【答案】 如下图所示：
【解析】 （1）选B。本小题考查电路功能分析。由高温报警的功能需求出发倒推，当LED发光时，4脚应为到高电平，即Va较高，应为负温度系数电阻。
（2）选AB。本小题考查555芯片的振荡功能。欲提高闪烁频率，即需提高充放电的周期。R5制约充电时间，R6制约充电和放电时间，因此都符合要求。R7只影响LED的亮度，与闪烁频率无关。
（3）本小题考查反馈电路设计。所谓保持，即需要实现正反馈。即反馈信号接入同相端子，考虑到是高电平反馈，所以二极管应该向左，接线如图。
（4）本小题考查二极管稳压功能的应用及分压电路设计。由于信号点是1.6 V，故等效的稳压电压应高于1.6 V，故应采用三个二极管串联实现，上方接限流电阻。RT与R1的分压接法与原图相同接线如图。
11. 如图a所示为小明设计的窗帘自动控制电路（暂不考虑电机如何自动停止）。当环境光线强度介于上限和下限之间时打开窗帘（通过电机的电流从“＋”到“－”），当环境光线强度高于上限或低于下限时关闭窗帘（通过电机的电流从“－”到“＋”）。比较器功能：V＋＞V－时输出高电平，V＋＜V－时输出低电平。请回答相关问题：
（1）打开窗帘时，关于V5、V6状态分析正确的是　A　（在“A. V5发光；B. V6发光；C. V5和V6同时发光；D. V5和V6交替发光”中选择合适的选项，将字母填入“　　　　”处）；
（2）在环境光线强度介于上限和下限之间时，关于开关S功能分析正确的是　C　（在“A. S接通时打开窗帘，断开时不确定是否关闭窗帘；B. S接通时关闭窗帘，断开时不确定是否打开窗帘；C. S接通时关闭窗帘，断开时打开窗帘；D. S接通时打开窗帘，断开时关闭窗帘”中选择合适的选项，将字母填入“　　　　”处）；
（3）若要使控制窗帘的环境光线强度上限不变、下限更低，合理的措施是　D　（在“A. 增大R1的阻值；B. 增大R2的阻值；C. Rp1触点下移；D. Rp2触点下移”中选择合适的选项，将字母填入“　　　　”处）；
（4）小明准备用555芯片来代替题图虚线框中的电路，555芯片的功能如表所示。请在下图虚线框中完成电路连线，实现原有的控制功能，要求A点与B点不能直接相连。
555集成电路功能表
1脚 2脚 6脚 3脚 7脚 8脚
GND ＜VCC 任意 高电平 断开 VCC
＞VCC ＜VCC 保持 保持
＞VCC ＞VCC 低电平 接地
【答案】 如下图所示：
以下为等价答案：
【解析】 （1）当窗帘打开时，电机的电流从“＋”到“－”，触点J1－1和J1－2接通，继电器J1吸合，J2释放，所以三极管V4饱和导通，发光二极管V5发光。
（2）在环境光线强度介于上限和下限之间时，S接通，C将输出高电平，D将输出低电平，二极管V1、V2与R3组成或门，所以F点为高电平，推出V3饱和导通，J2吸合，窗帘关闭；接着再将S断开，此时环境光线强度介于上限和下限之间，按照题意，窗帘应该打开。
光线强度 过强 过弱 上下限之间
C 1 0 0
D 0 1 0
F 1 1 0
J2（关闭窗帘） 1 1 0
J1（打开窗帘） 0 0 1
（3）当F出高电平时，窗帘关闭。存在两种情况，第一种：C出高电平，D出低电平，此时光线过强；第二种：C出低电平，D出高电平，此时光线过弱。若光线介于上下限之间时，F出低电平，此时C出低电平，D也出低电平。根据以上的分析推断，C出高时光线过强，C与上限有关；D出高时光线过弱，D与下限有关，且单独调节Rp1或Rp2时，只能影响上限或下限。因此，选项中只有调节Rp2的D选项成立。
（4）555芯片的3脚能出高电平和低电平，但题目要求A和B不能直接相连，所以不能将它们都接在3脚上。当3脚出低电平时，7脚也接地，相当于低电平，所以可以将A接7脚，B接3脚。输入部分F的电位相同，所以它们可同时连2脚和6脚。
1. 如图所示为利用555设计的温控电路，其中此555输入输出关系如表所示，当温度超过30℃时散热风扇电机启动。相关分析中，不正确的是（　D　）
555输入输出关系
输入 输出
2脚 6脚 3脚
＜VCC ＜VCC 高电平
＞VCC ＜VCC 保持
＞VCC ＞VCC 低电平
A. Rt应采用负温度系数热敏电阻
B. 调大Rp，风扇启动的温度低于30 ℃
C. R1、VD都具有保护三极管VT的作用
D. 继电器吸合电流大于释放电流，因此温度低于30 ℃时，电机M不会立即断电
【解析】 当超过30 ℃时，电机启动，三极管VT导通，3脚输出高电平，2、6脚输入低电平，Rt阻值小，Rt为负温度系数热敏电阻；555集成电路具有保持状态，当温度低于30℃时，电机M不会立即断电，只有当温度低于下限温度时电机M才会断电。
2. 如图所示为温控电路，用Rp设定555芯片5脚的电位Vct。当温度超过60 ℃时散热风扇电机启动。相关分析中，不正确的是（　D　）
555芯片使用5脚时的特性表
2脚 6脚 3脚
＜Vct ＜Vct 高电平
＞Vct ＞Vct 低电平
＞Vct ＜Vct 保持
A. Rt应采用负温度系数的热敏电阻
B. 调大RH的阻值，电机启动时的温度低于60 ℃
C. Rp的滑动触点向下移，电机启动时的温度高于60 ℃
D. 温度从60 ℃以上降低到60 ℃以下，电机就立即断电
【解析】 当温度超过60℃时散热风扇启动，则3脚输出高电平，2脚电压＜Vct，即Rt分压小，Rt的阻值小，而此时对应的温度高，故Rt采用负温度系数的热敏电阻，A项正确；调大RH的阻值，2、6脚的临界电位未变，则要求Rt也变大，启动的临界温度降低，B项正确；Rp的滑动触点向下移，则5脚电位Vct变小，2、6脚的临界电位也变小，需要Rt也变小，故电机启动时的温度要高于60 ℃，C项正确；温度从60 ℃以上降低到60 ℃以下不低于下限温度时，555集成电路此时保持状态，3脚输出为高电平，故电机保持转动，D项错误。
3. 如图所示为电池充电电路，利用555的3脚对电池充电。当电池电压低于下限时开始充电，超过上限时停止充电。下列关于该电路的分析，不正确的是（　D　）
555集成电路功能表
2脚 6脚 3脚
＞Vct ＞Vct 低电平
＞Vct ＜Vct 保持
＜Vct 任意 高电平
A. R4的阻值大于R5的阻值
B. 电池电压超过上限时V3发光
C. 适当增大R4阻值，可降低充电下限电压
D. 适当减小R6阻值，可提高充电上限电压
【解析】 当电池电压大于上限电压Vct时，停止充电，此时，2脚电压大于1/2 Vct，所以R4应大于R5，选项A正确；电池电压超过上限时，停止充电，3脚出低电平，此时V1导通，V3发光，选项B正确；下限电压为E下，则E下＝Vct，适当增大R4阻值，可降低充电下限电压，选项C正确；上限电压由5脚电位Vct控制，与R6无关，选项D错误。
4. 如图所示为温度控制电路。当温度升高至40 ℃时，风扇M转动，温度降低至20℃时，风扇M停止转动。下列分析中，不正确的是（　D　）
A. Rt为负温度系数热敏电阻
B. 调小R2后，温度升高至40 ℃时风扇不启动
C. 不可能R2＝R4
D. R1＝R3时，3R4＜R2
【解析】 A项，温度高时，风扇M转动，3脚输出高电平，2、6脚为低电平，Rt阻值变小，温度高阻值小，Rt为负温度系数热敏电阻；B项，2脚高电平，6脚低电平时，3脚保持，温度达到40 ℃时，2脚低电平，6脚低电平，3脚输出高电平，故2脚影响上限，调小R2，2脚的电位升高，5脚电位变高，上限温度变高，温度到达40 ℃风扇不启动；C项，若R2＝R4时，U2＝1/2 VCC，但5脚电位不能大于VCC，否则电路无法工作；D项，U6＝VCC，U2＝VCC，由保持状态可得，U6＜U5、U2＞U5，可得U6＜U5＜2U2，若R1＝R3时，3R4＜R2。
5. 如图所示为电流过载提醒电路，RL是负载，R4是阻值较小的电阻。V1不发光时，如果RL的阻值减小，导致流过的电流增大，超过设定值时V1发光。下列分析中，不正确的是（　B　）
　　
A. 电流过载时V1发光，电流减小到设定值以下时V1仍然发光
B. 适当增大R3，可以降低电流设定值
C. 适当增大R4，可以降低电流设定值
D. 电流过载时，按下S1则V1熄灭，松开S1后V1重新发光
【解析】 电流过载V1发光，电流减小到设定值以下时，555电路处于保持状态，所以V1仍然发光，选项A正确；适当增大R3，6脚的电位减小了，6脚的电位跟5脚的电位相比，5脚的电位跟8脚的电位相比，因此8脚的电位也需要减小，RL电阻更小，即提高了电流设定值，选项B错误；适当增大R4，其余引脚临界电位未变，则需要8脚的电位也不变，RL更大，RL中的电流更小，即降低了电流设定值，选项D正确。
6. 如图a所示为小明设计的环境湿度控制电路，可控制在一定的湿度范围内，同时具有湿度提醒功能，开关S1和S2可控制改变提醒方式，555 内部电路结构如图b所示。下列关于该电路的分析，正确的是（　C　）
a
b
A. 当S1、S2断开时，不论湿度大小，既不会发出报警声，V2也不会发光
B. M是干燥电机，当湿度高于设定值时，干燥电机启动从而降低环境湿度
C. 若S1闭合，S2断开，当湿度在设定范围内时，蜂鸣器一定不发声，V2可能会发光
D. 若S2闭合，S1断开，当湿度高于设定值时，蜂鸣器可能发声报警，V2可能不发光
【解析】 S1闭合时，电容C2短路，从而造成555无法振荡，而蜂鸣器需要交流电驱动，因此蜂鸣器一定不发声。若此时振荡模块的555的4脚是高电平时，V2有可能发光。
7. 如图a所示为小明以555时基电路为核心设计的温控电路，用以控制水箱的温度，可以将水温控制在30℃～40℃。当温度低于30℃时，继电器吸合开始加热，温度高于40℃时，继电器释放停止加热。555芯片功能如表所示（5 脚电位用Vct表示）。请根据题意，回答相关问题：
a
555芯片功能表
2脚 6脚 3脚
＜Vct ＜Vct 高电平
＞Vct ＞Vct 低电平
＞Vct ＜Vct 保持
b
（1）Rt的类型为　B　（单选，填字母）；
A. 正温度系数热敏电阻
B. 负温度系数热敏电阻
（2）为了只将上限温度提高到45 ℃，以下方法合理的是　A　（单选，填字母）；
A. 增大R3 B. 增大R1
（3）为了防止温控电路失灵导致温度过高，小明在原有电路的基础上做了改进，用负温度系数热敏电阻Rt2检测极限温度，以实现温度过高切断电源的功能，请在两个虚线框内选择合适的端子连接电路；
c
【答案】 如图所示：
或
（4）为了实现更好的人机关系，小明打算再用一块555时基电路设计一个振荡器，以实现在加热时BP发出声音，请在虚线框内选择合适的端子连接电路。
d
【答案】 如图所示：
【解析】 本题考查555芯片的温度区间控制电路、电压比较器的控制电路设计及555芯片组成的多谐振荡电路设计。
（1）不加热时，3脚出0，VT1截止，这时5脚电位Vct＝2 VCC/3，温度降低至30 ℃时，2脚电位U2下降至小于VCC/3，所以Rt为负系数热敏电阻。
（2）加热时，3脚出1，VT1导通（VT1是共集电极接法，只能处于放大状态），5脚电位Vct＝Ue1－0.7，增大R3，VT1的基极电流减小，UR1减小，Ue1增大，即Vct升高，使得上限温度升高。而增大R1，VT1的基极电流减小，发射极电流相应减小，Ue1降低，即Vct减小，使得上限温度降低。
（3）Rt2为负温度系数热敏电阻，此电路设计有两个方案：一个方案是继电器触点采用常闭触点，则在低于极限高温时，电压比较器输出为低电平（让“＋”输入端电位低于“－”输入端的参考电位），电源接通。当温度达到极限高温时，电压比较器的“＋”输入端电位升高，达到高于“－”输入端的参考电位，电压比较器输出为高电平，将继电器常闭触点吸断，达到切断电源的作用。另一个方案是继电器触点采用常开触点，则在低于极限高温时，电压比较器输出为高电平（让“＋”输入端电位高于“－”输入端的参考电位），将继电器吸合，电源接通。当温度达到极限高温时，电压比较器的“＋”输入端电位降低，达到低于“－”输入端的参考电位，电压比较器输出为低电平，将继电器断电，触点释放，达到切断电源的作用。
（4）这个电路的设计只要将555芯片连接成多谐振荡器电路，然后让前面555芯片输出端（3脚）在加热时出高电位去控制构成多谐振荡器电路的555芯片的4脚即可。
8. 如图所示为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，加湿器均不加湿。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。请回答下列问题：
a
（1）关于该电路，下列分析中合理的是　AC　（多选，填字母）；
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，适宜温度的范围变小
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；
【答案】 如图所示：
（3）为实现控制目的，虚线框2中的电路设计不合理的是　C　（单选，填字母）；
A. B.
C. D.
（4）在电路调试过程中，小明发现虚线框2中的比较器已损坏，于是他重新设计了如图所示的电路，请你帮助他在虚线框3中选择合适的端子完成电路连线实现原电路的功能（要求：Rp8调大，湿度控制范围变小；反之变大）。
b
【答案】 如图所示：
【解析】 （1）对于A选项，据题意，温度适宜且有人，如果加湿器工作，则三极管VT1的基极输入端为低电平。此时电容器C1由于微波雷达探测模块IC输出高电位而被充上了电，使得C端出高电位。当人离开后微波雷达探测模块IC输出低电位，电容器C1要放电，所以要加湿器延迟停止加湿，正确。
对于B选项，增大Rp3、减小Rp4，保持Rp3＋Rp4不变，则上面的电压比较器的“－”输入端电位不变，下面的电压比较器的“＋”输入端电位降低，所以上限温度不变，下限温度降低。所以是温度调节范围是增大了，错误。对于C选项，如果Rp3是连焊被短路，则温度无上下限控制了，就无法加湿。正确。对于D选项，加湿器加湿，说明二个三极管均导通，对于三极管VT1最好设置为饱和状态工作，但三极管VT2可以工作在放大状态或饱和状态，只要其集电极电流大于继电器的吸合电流即可。所以二个三极管不一定工作在饱和状态的，错误。
（2）从电路图中可知，温度过高时，A＝1，B＝0，温度过低时A＝0，B＝1；介于二者之间时，A＝0，B＝0；有人时，C＝1，无人时C＝0。根据题中所给的逻辑，得出下面的真值表：
A B C Y 备注
1 0 0 1 温度过高无人
1 0 1 1 温度过高有人
0 1 0 1 温度过低无人
0 1 1 1 温度过低有人
0 0 0 1 温度适宜无人
0 0 1 0 温度适宜有人
1 1 0 × 不可能出现
1 1 1 × 不可能出现
由该真值表中得到的逻辑表达式为：Y＝＝。所以虚线框1中的逻辑电路如答案所示（一个或非门和一个与非门）。
（3）虚线框2的电路是用一个电压比较器实现湿度的上下限控制。对A、B、D三个电路均能使得湿度达到下限时，电压比较器输出端从低电位变到高电位（开始加湿）时，反馈电路让电压比较器的“＋”输入端电位有个突变升高，从而让加湿后湿度升高导致A端电位升高到上限时，电压比较器输出端变为低电平而停止加湿。而对于C的电路，当湿度达到下限时，电压比较器输出端从低电位变到高电位（开始加湿）时，反馈电路让电压比较器的“－”输入端电位有个突变升高，从而使得电压比较器输出立刻停止加湿。所以电路设计不合理的是C。
（4）如图，湿度下降，a点电位降低，当达到湿度下限时555芯片的3脚是出低电位加湿（此时a点电位最低）。这样只有让a点电位充当555芯片的5脚电位Vct，b点电位充当2、6脚的电位，才能让3脚出低电位（Ub＞Ua，即U26＞Vct）。但这样的接法，其上下限与Rp8无关，又从图中可知，Rp8只能调节湿度下限（加湿器工作以后J－2断开），结合题目要求：Rp8调大，湿度控制范围变小；反之变大。由此可知，Rp8调大时湿度下限要升高。所以电路连接应如答案所示的电路。
1. 如图所示为小明设计的水箱恒温控制电路。当温度低于下限时，继电器吸合，加热器加热；温度高于上限时，继电器释放，加热器不加热。水箱内水位低于安全水位时，加热电路不工作。比较器功能：V＋＞V－时输出高电平，V＋＜V－时输出低电平。相关分析中，不合理的是（　D　）
A. RT为正温度系数热敏电阻
B. 水位高于安全水位时，水位传感器输出高电平
C. Rp2触点下移，温度下限降低
D. LED为温度低于下限指示灯
【解析】 本小题考查简单电子控制电路分析。若热敏电阻为负温度系数元件，可推出温度太低时上方比较器出0，触发器出0，在水位传感器输出1的情况下，J不工作，不符合题意，应为正温度系数元件。若水位传感器输出0，继电器J一定关闭。若水位传感器输出1，当其检测温度较低时，电阻较小，信号电平较低，下方比较器输出0，J工作，反之J关停，温度处于上下限之间时J保持。LED与J的工作同步，所以其亮灯意义应为加热指示。
2. 小明设计了如图所示的负载短路保护电路，当触点J闭合时，若负载RL发生过短路，触点J将一直断开，保护电路；当负载短路故障解除后，手动触发相应按钮才能使触点J重新闭合，接通负载。当开关S1刚闭合时，电容C开始充电（相当于短路），继电器触点J断开。其中按钮S2、S3按下时闭合，松开时断开。请回答下列问题：
a
（1）S1刚闭合时，a点是　B　（单选）；
A. 低电平 B. 高电平
（2）请在图a虚线框内画出三极管驱动继电器工作的电路，要求三极管采用共发射极接法。提供的元器件有：1个电阻，1个合适的三极管，1个继电器，1个普通二极管；
【答案】 如图所示：
（3）下列关于电路的分析，正确的是　B、C　（多选，填字母）；
A. 按下S2，继电器J吸合，松开后，继电器释放
B. 按下S3，继电器J释放，松开后，继电器释放
C. 电阻R2的作用是防止S3刚开始闭合时电容放电产生的电流过大
D. S2、S3同时按住不放，继电器J可能吸合
（4）小明搭接电路时，发现电子控制实践室里没有四2输入或非门芯片，只有555芯片，小明重新设计了如图b所示的电路，使用555芯片的7脚驱动继电器，请你在图b虚线框内连线，完成原电路功能（按钮S2、S3的功能不变）。
555内部结构等效电路图
b
【答案】 如图所示：
【解析】 （1）S1刚合上，电容器C还没有带电，电压为零，VCC（9 V）被R2、R3串联分压，a点电位为高电平（约为8.8 V）。
（2）从（1）中分析知S1刚闭合时，触发器下端出低电位，此时继电器触点J断开，所以用NPN型三极管组成共发射极接法。
（3）此电路S1刚合上时，触发器处于置0状态，之后由于电容器的充电结束，触发器处于保持状态（0状态）。对A选项，按下S2，则触发器处于置1状态，继电器J吸合，但松开S2，则继电器J处于保持状态仍输出高电平，继电器J不会释放。所以A选项错误；对于B选项，按下S3，则继电器J处于置0状态，松开S3，则继电器J处于保持状态仍输出低电平，继电器J处于释放状态。所以B选项正确；对于C选项，放电回路如下图，如果没有电阻R2，则开始放电的电流很大，所以有了电阻R2就是防止S3刚开始闭合时电容放电产生的电流过大。C选项正确；对于D选项，S2、S3同时按住不放，继电器J的两个输出端均出低电平，继电器J不可能吸合。所以D选项错误。
（4）从所给出的555芯片电路来看，缺少3脚输出端，那要让继电器J通电吸合，只有利用7脚，在3脚出低电平时导通才行，所以输出部分电路应该如答案所示的连接。对于555芯片电路的输入部分电路设计，原电路的一个功能是刚合上S1时继电器J断开，之后仍保持断开（a点的电位是刚合上S1时为8.8 V，之后逐渐降低到低电平），另555芯片的2脚电位为3.0 V。所以a点接入5脚，其电位为Vct从8.8 V逐渐降低到0，开始时2脚电位＜Vct/2，后来＞Vct/2，这样就可以使555芯片的输出始终为高电平7脚断开使之继电器J始终断开。这样也符合按键S3的功能。那么当S2的这一端接到555芯片的6脚，就符合按下后让继电器J导通并保持的功能。
3. 如图所示为水箱水温自动控制电路图，Rt1和Rt2是相同型号的热敏电阻，该控制电路可将水温控制在30～37 ℃。请回答下列问题：
a
（1）图中电容C（外壳标有为“104”字符）的电容量为　A　μF（单选，填字母）；
A. 0.1 B. 0.01 C. 0.001
（2）小明想要调低下限、调高上限，下列合理的措施是　AD　（多选，填字母）；
A. 调小Rp1
B. 调大Rp1
C. 调小Rp2
D. 调大Rp2
（3）J－2的作用是　B　（单选，填字母）；
A. 保护三极管
B. 在N点从高电位变为低电位的瞬间，能为P点继续输入高电位
C. 在M点为低电位的情况下，能为P点继续输入高电位
（4）小明对电路做了部分调整，改用一个三极管代替J－2，使电路功能不变。请你选用合适的三极管，并帮助小明完成该部分电路。
b
【答案】 如图所示。
【解析】 （1）数码法表示电容量，前2位表示有效数字，第3位是有效数字后0的个数，单位为pF，104表示的电容量是100 000 pF。
（2）未开始加热时，只有N点的信号对电路有影响，所以Rt2是下限；低温时加热，N和P点都为高电平，三极管导通，J－1闭合，温度低电阻大，所以是负温度系数热敏电阻。调低下限，则Rt2阻值变大，为了保证N点电位不变，应调大Rp2；Rt1检测上限温度，调高上限Rt1阻值变小，应调小Rp1。
（3）当温度上升超过下限温度时，N点电位由高跳为低，无法继续为P点提供高电平；J－1、J－2都受线圈控制，J－2闭合时，由M点为P点继续提供高电平，继续保持加热。
（4）三极管自锁电路的设计，当继电器通电吸合时，三极管的集电极为低电平，此时只有PNP型三极管能导通，PNP的发射极接高电位，集电极接低电位。
4. 如图所示为车间降温原理示意图及小明设计的温度控制试验电路。当车间温度高于上限时V2发光，表示风机和水泵运行，水泵工作产生水帘，风机排出热空气吸入经水帘冷却的空气，使车间降温。当车间温度低于下限时V2熄灭，表示风机和水泵停止运行。请回答下列问题：
555集成电路功能表
2脚 6脚 3脚 7脚
＜VCC 任意 高电平 断开
＞VCC ＜VCC 保持 保持
＞VCC ＞VCC 低电平 接地
a b
（1）电路中的Rt1应采用　B　（单选，填字母）；
A. 正温度系数热敏电阻
B. 负温度系数热敏电阻
（2）设定温度上限和温度下限，合理的调试手段是　B　（单选，填字母）；
A. 上限调R1、下限调R2
B. 上限调R2、下限调R1
（3）小明准备用1个继电器同时控制风机和水泵工作，用555电路3脚的输出信号通过三极管驱动继电器，当继电器吸合时风机和水泵运行。现有继电器J1（线圈额定电压3 V）继电器、J2（线圈额定电压6 V）、继电器J3（线圈额定电压9 V）、电阻器、二极管、NPN三极管、PNP三极管各1个，请选择4个合适的元器件在图c虚线框内完成电路设计，要求三极管采用共发射极接法，并标出所选继电器的编号；
c
【答案】 如图所示：
（4）小明想用逻辑门代替555电路实现原有电路功能，请你选用课本中的逻辑门，并在图d虚线框中画出电路，要求电路简单。
d
【答案】 见下图。
或
或
【解析】 （1）根据题意“当车间温度高于上限时V2发光”，说明温度高时，2脚电位低，因此Rt1阻值小，即温度高阻值小，是负系数热敏电阻。
（2）根据555电路功能表，可知当3脚出高时，7脚断开，此时V1截止，R2未接入电路，而3脚出高时，表示风机和水泵运行，温度会下降至下限，所以R2对下限无影响。R1既调节上限也调节下限，为了调节快捷方便，先通过调节R1把下限调节完毕，然后调节R2调节上限。
（3）根据题意，3脚输出高要求继电器吸合，即3脚出高要求三极管导通，因此应选用NPN三极管。由于使用三极管驱动，当三极管饱和时，饱和压降很小，电源电压6 V几乎都加在继电器线圈的两端，应选用额定工作电压6 V的继电器J2。题目要求采用共发射极接法，因此继电器J2串接在三极管的集电极上，为保护三极管，基极需串联限流电阻，继电器两端需反向并联一个二极管。
（4）2脚低电平时，3脚输出高电平，是非门的逻辑，选用非门或者与非门、或非门当非门使用。由于原电路具有温度范围控制功能，非门的输出需要通过R3，V1和R2返回到输入，使电路具有保持功能。
5. 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。请回答下列问题：
a
LM393特性
输入 输出
V＋＜V－ 接地
V＋＞V－ 悬空
b
（1）下列分析中，正确的是　B　（单选，填字母）；
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）用VD4发光表示清澈度适中，请在虚线框1中使用两个普通二极管和一个阻值合适的电阻完成电路设计，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；
【答案】 如图所示：
（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　BC　（双选，填字母）。
A. B.
C. D.
【解析】 （1）如表格所示，G1输出接地时VD2发光，G2输出接地时VD3发光。
清澈度 G1 G2
高 悬空 接地
中 悬空 悬空
低 接地 悬空
（2）清澈度适中时，G1和G2均输出“悬空”，VD4发光，只要清澈度不适中，G1和G2中一定有一个输出“接地”，VT1截止，VD4不发光。
（3）根据要求判断，需要使用或非门搭建触发器。清澈度低于下限的信号为G1输出的“接地”，清澈度高于上限的信号为G2输出的“接地”，考虑到或非门高电平有效，故均应先经过一个非门换相，再匹配合适的输入输出端即可。
（4）逐图分析如下。
A. B.
C. D.
A. 错误。当M未启动时，VT3导通，电容满电，当M启动后，VT3截止，电容下端经过电阻接地，但既不充电也不放电，输出恒定低电平，不可能驱动VT4。B. 快放慢充接法。当M未启动时，VT3导通，电容无电，当M启动后，VT3截止，电容开始经电阻充电，一定时间后电容上端电平升至0.7 V，VT4导通，VD5发光提醒更换滤材；若一定时间之间内清澈度达标了，则尚未等到VT4导通VT3就导通了，VT3导通后电容快放，等待下一次M启动时重新开始慢充计时。C. 快充慢放接法。当M未启动时，VT3导通，电容满电，当M启动后，VT3截止，电容开始对电阻放电，一定时间后电容下端电平升至约0.7 V，VT4导通，VD5发光提醒更换滤材；若一定时间之内清澈度达标了，则尚未等到VT4导通VT3就导通了，VT3导通后电容快充，等待下一次M启动时重新开始慢放计时。D. 错误。当M未启动时，VT3导通，电容慢充，可能驱动VT4，逻辑错误。(共42张PPT)
电子控制系统的设计及其应用
三、 闭环电子控制系统的设计和应用
第五章
1. 如图所示为利用555设计的温控电路，其中此555输入输出关系如表
所示，当温度超过30℃时散热风扇电机启动。相关分析中，不．正．确．的
是（　D　）
D
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555输入输出关系
输入 输出
2脚 6脚 3脚
＜VCC ＜VCC 高电平
＞VCC ＜VCC 保持
＞VCC ＞VCC 低电平
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A. Rt应采用负温度系数热敏电阻
B. 调大Rp，风扇启动的温度低于30 ℃
C. R1、VD都具有保护三极管VT的作用
D. 继电器吸合电流大于释放电流，因此温度低于30 ℃时，电机M不会
立即断电
【解析】 当超过30 ℃时，电机启动，三极管VT导通，3脚输出高电
平，2、6脚输入低电平，Rt阻值小，Rt为负温度系数热敏电阻；555集
成电路具有保持状态，当温度低于30℃时，电机M不会立即断电，只有
当温度低于下限温度时电机M才会断电。
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2. 如图所示为温控电路，用Rp设定555芯片5脚的电位Vct。当温度超过
60 ℃时散热风扇电机启动。相关分析中，不．正．确．的是（　D　）
D
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555芯片使用5脚时的特性表
2脚 6脚 3脚
＜Vct ＜Vct 高电平
＞Vct ＞Vct 低电平
＞Vct ＜Vct 保持
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A. Rt应采用负温度系数的热敏电阻
B. 调大RH的阻值，电机启动时的温度低于60 ℃
C. Rp的滑动触点向下移，电机启动时的温度高于60 ℃
D. 温度从60 ℃以上降低到60 ℃以下，电机就立即断电
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【解析】 当温度超过60℃时散热风扇启动，则3脚输出高电平，2脚电
压＜Vct，即Rt分压小，Rt的阻值小，而此时对应的温度高，故Rt采用
负温度系数的热敏电阻，A项正确；调大RH的阻值，2、6脚的临界电位
未变，则要求Rt也变大，启动的临界温度降低，B项正确；Rp的滑动触
点向下移，则5脚电位Vct变小，2、6脚的临界电位也变小，需要Rt也变
小，故电机启动时的温度要高于60 ℃，C项正确；温度从60 ℃以上降
低到60 ℃以下不低于下限温度时，555集成电路此时保持状态，3脚输
出为高电平，故电机保持转动，D项错误。
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3. 如图所示为电池充电电路，利用555的3脚对电池充电。当电池电压
低于下限时开始充电，超过上限时停止充电。下列关于该电路的分析，
不．正．确．的是（　D　）
D
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555集成电路功能表
2脚 6脚 3脚
＞Vct ＞Vct 低电平
＞Vct ＜Vct 保持
＜Vct 任意 高电平
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A. R4的阻值大于R5的阻值
B. 电池电压超过上限时V3发光
C. 适当增大R4阻值，可降低充电下限电压
D. 适当减小R6阻值，可提高充电上限电压
【解析】 当电池电压大于上限电压Vct时，停止充电，此时，2脚电压大
于1/2 Vct，所以R4应大于R5，选项A正确；电池电压超过上限时，停止
充电，3脚出低电平，此时V1导通，V3发光，选项B正确；下限电压为E
下，则E下＝Vct，适当增大R4阻值，可降低充电下限电压，选项C
正确；上限电压由5脚电位Vct控制，与R6无关，选项D错误。
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4. 如图所示为温度控制电路。当温度升高至40 ℃时，风扇M转动，温
度降低至20℃时，风扇M停止转动。下列分析中，不．正．确．的是
（　D　）
　　
D
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A. Rt为负温度系数热敏电阻
B. 调小R2后，温度升高至40 ℃时风扇不启动
C. 不可能R2＝R4
D. R1＝R3时，3R4＜R2
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【解析】 A项，温度高时，风扇M转动，3脚输出高电平，2、6脚为低
电平，Rt阻值变小，温度高阻值小，Rt为负温度系数热敏电阻；B项，2
脚高电平，6脚低电平时，3脚保持，温度达到40 ℃时，2脚低电平，6
脚低电平，3脚输出高电平，故2脚影响上限，调小R2，2脚的电位升
高，5脚电位变高，上限温度变高，温度到达40 ℃风扇不启动；C项，
若R2＝R4时，U2＝1/2 VCC，但5脚电位不能大于VCC，否则电路无法工
作；D项，U6＝VCC，U2＝VCC，由保持状态可得，U6＜
U5、U2＞U5，可得U6＜U5＜2U2，若R1＝R3时，3R4＜R2。
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5. 如图所示为电流过载提醒电路，RL是负载，R4是阻值较小的电阻。
V1不发光时，如果RL的阻值减小，导致流过的电流增大，超过设定值
时V1发光。下列分析中，不．正．确．的是（　B　）
B
A. 电流过载时V1发光，电流减小到设定值以下时V1仍然发光
B. 适当增大R3，可以降低电流设定值
C. 适当增大R4，可以降低电流设定值
D. 电流过载时，按下S1则V1熄灭，松开S1后V1重新发光
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【解析】 电流过载V1发光，电流减小到设定值以下时，555电路处于保
持状态，所以V1仍然发光，选项A正确；适当增大R3，6脚的电位减小
了，6脚的电位跟5脚的电位相比，5脚的电位跟8脚的电位相比，因此8
脚的电位也需要减小，RL电阻更小，即提高了电流设定值，选项B错
误；适当增大R4，其余引脚临界电位未变，则需要8脚的电位也不变，
RL更大，RL中的电流更小，即降低了电流设定值，选项D正确。
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6. 如图a所示为小明设计的环境湿度控制电路，可控制在一定的湿度范
围内，同时具有湿度提醒功能，开关S1和S2可控制改变提醒方式，555
内部电路结构如图b所示。下列关于该电路的分析，正确的是
（　C　）
C
a b
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A. 当S1、S2断开时，不论湿度大小，既不会发出报警声，V2也不会发
光
B. M是干燥电机，当湿度高于设定值时，干燥电机启动从而降低环境
湿度
C. 若S1闭合，S2断开，当湿度在设定范围内时，蜂鸣器一定不发声，
V2可能会发光
D. 若S2闭合，S1断开，当湿度高于设定值时，蜂鸣器可能发声报警，
V2可能不发光
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【解析】 S1闭合时，电容C2短路，从而造成555无法振荡，而蜂鸣器需
要交流电驱动，因此蜂鸣器一定不发声。若此时振荡模块的555的4脚是
高电平时，V2有可能发光。
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7. 如图a所示为小明以555时基电路为核心设计的温控电路，用以控制
水箱的温度，可以将水温控制在30℃～40℃。当温度低于30℃时，继电器吸合开始加热，温度高于40℃时，继电器释放停止加热。555芯片功能如表所示（5 脚电位用Vct表示）。请根据题意，回答相关问题：
a
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555芯片功能表
2脚 6脚 3脚
＜Vct ＜Vct 高电平
＞Vct ＞Vct 低电平
＞Vct ＜Vct 保持
b
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（1）Rt的类型为 （单选，填字母）；
A. 正温度系数热敏电阻
B. 负温度系数热敏电阻
B　
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【解析】本题考查555芯片的温度区间控制电路、电压比较器的控制电
路设计及555芯片组成的多谐振荡电路设计。
（1）不加热时，3脚出0，VT1截止，这时5脚电位Vct＝2 VCC/3，温度降
低至30 ℃时，2脚电位U2下降至小于VCC/3，所以Rt为负系数热敏电阻。
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（2）为了只将上限温度提高到45 ℃，以下方法合理的是 （单
选，填字母）；
A. 增大R3　　　　B. 增大R1
A　
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8
【解析】（2）加热时，3脚出1，VT1导通（VT1是共集电极接法，只能
处于放大状态），5脚电位Vct＝Ue1－0.7，增大R3，VT1的基极电流减
小，UR1减小，Ue1增大，即Vct升高，使得上限温度升高。而增大R1，
VT1的基极电流减小，发射极电流相应减小，Ue1降低，即Vct减小，使
得上限温度降低。
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（3）为了防止温控电路失灵导致温度过高，小明在原有电路的基础上
做了改进，用负温度系数热敏电阻Rt2检测极限温度，以实现温度过高
切断电源的功能，请在两个虚线框内选择合适的端子连接电路；
c
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【答案】 如图所示：
或
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【解析】（3）Rt2为负温度系数热敏电阻，此电路设计有两个方案：一
个方案是继电器触点采用常闭触点，则在低于极限高温时，电压比较器
输出为低电平（让“＋”输入端电位低于“－”输入端的参考电位），
电源接通。当温度达到极限高温时，电压比较器的“＋”输入端电位升
高，达到高于“－”输入端的参考电位，电压比较器输出为高电平，将
继电器常闭触点吸断，达到切断电源的作用。另一个方案是继电器触点
采用常开触点，则在低于极限高温时，电压比较器输出为高电平（让
“＋”输入端电位高于“－”输入端的参考电位），将继电器吸合，电
源接通。当温度达到极限高温时，电压比较器的“＋”输入端电位降
低，达到低于“－”输入端的参考电位，电压比较器输出为低电平，将
继电器断电，触点释放，达到切断电源的作用。
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（4）为了实现更好的人机关系，小明打算再用一块555时基电路设计一
个振荡器，以实现在加热时BP发出声音，请在虚线框内选择合适的端
子连接电路。
d
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【答案】 如图所示：
【解析】（4）这个电路的设计只要将555芯片连接成多谐振荡器电路，
然后让前面555芯片输出端（3脚）在加热时出高电位去控制构成多谐振
荡器电路的555芯片的4脚即可。
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8. 如图所示为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，加湿器均不加湿。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。请回答下列问题：
a
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（1）关于该电路，下列分析中合理的是 （多选，填字母）；
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，适宜温度的范围变小
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
AC　
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【解析】（1）对于A选项，据题意，温度适宜且有人，如果加湿器工
作，则三极管VT1的基极输入端为低电平。此时电容器C1由于微波雷达
探测模块IC输出高电位而被充上了电，使得C端出高电位。当人离开后
微波雷达探测模块IC输出低电位，电容器C1要放电，所以要加湿器延迟
停止加湿，正确。
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对于B选项，增大Rp3、减小Rp4，保持Rp3＋Rp4不变，则上面的电压比
较器的“－”输入端电位不变，下面的电压比较器的“＋”输入端电位
降低，所以上限温度不变，下限温度降低。所以是温度调节范围是增大
了，错误。对于C选项，如果Rp3是连焊被短路，则温度无上下限控制
了，就无法加湿。正确。对于D选项，加湿器加湿，说明二个三极管均
导通，对于三极管VT1最好设置为饱和状态工作，但三极管VT2可以工
作在放大状态或饱和状态，只要其集电极电流大于继电器的吸合电流即
可。所以二个三极管不一定工作在饱和状态的，错误。
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（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；
【答案】 如图所示：
【解析】（2）从电路图中可知，温度过高时，A＝1，B＝0，温度过低
时A＝0，B＝1；介于二者之间时，A＝0，B＝0；有人时，C＝1，无人
时C＝0。根据题中所给的逻辑，得出下面的真值表：
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A B C Y 备注
1 0 0 1 温度过高无人
1 0 1 1 温度过高有人
0 1 0 1 温度过低无人
0 1 1 1 温度过低有人
0 0 0 1 温度适宜无人
0 0 1 0 温度适宜有人
1 1 0 × 不可能出现
1 1 1 × 不可能出现
由该真值表中得到的逻辑表达式为：Y＝＝。所以虚线框
1中的逻辑电路如答案所示（一个或非门和一个与非门）。
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（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，填字母）；
　　 　　 　　
A. B. C. D.
C　
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【解析】（3）虚线框2的电路是用一个电压比较器实现湿度的上下限控
制。对A、B、D三个电路均能使得湿度达到下限时，电压比较器输出端
从低电位变到高电位（开始加湿）时，反馈电路让电压比较器的“＋”
输入端电位有个突变升高，从而让加湿后湿度升高导致A端电位升高到
上限时，电压比较器输出端变为低电平而停止加湿。而对于C的电路，
当湿度达到下限时，电压比较器输出端从低电位变到高电位（开始加
湿）时，反馈电路让电压比较器的“－”输入端电位有个突变升高，从
而使得电压比较器输出立刻停止加湿。所以电路设计不合理的是C。
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（4）在电路调试过程中，小明发现虚线框2中的比较器已损坏，于是他
重新设计了如图所示的电路，请你帮助他在虚线框3中选择合适的端子
完成电路连线实现原电路的功能（要求：Rp8调大，湿度控制范围变
小；反之变大）。
　　
b
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【答案】 如图所示：
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【解析】（4）如图，湿度下降，a点电位降低，当达到湿度下限时555
芯片的3脚是出低电位加湿（此时a点电位最低）。这样只有让a点电位
充当555芯片的5脚电位Vct，b点电位充当2、6脚的电位，才能让3脚出
低电位（Ub＞Ua，即U26＞Vct）。但这样的接法，其上下限与Rp8无关，
又从图中可知，Rp8只能调节湿度下限（加湿器工作以后J－2断开），
结合题目要求：Rp8调大，湿度控制范围变小；反之变大。由此可知，
Rp8调大时湿度下限要升高。所以电路连接应如答案所示的电路。
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谢谢大家

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