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篇1

關(guān)鍵詞：PTC熱敏電阻；特性；改進(jìn)應(yīng)用

中圖分類號(hào)：TN373 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-7712 （2013） 24-0000-02

一、前言

PTC熱敏電阻具有正溫度系數(shù)熱敏電阻，并且是具有溫度敏感的半導(dǎo)體電阻，隨著溫度的升高電阻率增大。PTC是指人們通常叫非線性PTC效應(yīng)的材料，即，在一定的溫度范圍內(nèi)的變化，材料的電阻率不變或只有很小的，當(dāng)溫度達(dá)到一個(gè)特定的過(guò)渡料點(diǎn)的溫度（居里溫度），材料的電阻率發(fā)生在幾個(gè)或幾十度突變的溫度范圍很窄，電阻率迅速增加103-109個(gè)數(shù)量級(jí)。

陶瓷材料通常用作高性能優(yōu)良的絕緣體，陶瓷PTC熱敏電阻卻以鈦酸鋇為基，摻雜其他制造多晶陶瓷材料，具有低電阻導(dǎo)電性能和半。一個(gè)價(jià)更高的摻雜材料的目的為基體元素晶體實(shí)現(xiàn)：在鈦酸鋇晶格的一部分或離子通過(guò)離子更昂貴的替代，它得到了自由電子導(dǎo)電數(shù)。PTC熱敏電阻的影響，也逐步增加阻力的原因，是材料的結(jié)構(gòu)是由許多小晶粒，晶粒的界面，所謂的晶粒邊界（晶界）上形成的障礙，阻礙了電子進(jìn)入相鄰的區(qū)域，和因此產(chǎn)生的高電阻。這種效果是在低的溫度偏移：在晶界的高介電常數(shù)和自發(fā)的在較低的溫度下極化阻礙勢(shì)壘的形成和電子可以自由地流動(dòng)。但這種效果在較高的溫度下，介電常數(shù)和極化強(qiáng)度大大降低，造成的障礙和阻力大大增加，表現(xiàn)出較強(qiáng)的PTC效應(yīng)。

二、PTC材料的三大特性

PTC具有的3個(gè)主要特性，即電壓-電流特性、電流-時(shí)間以及電阻-溫度特性。

（一）電壓―電流特性（V-I特性）

電壓―電流特性即伏安特性，是指在25攝氏度靜止空氣中，加在熱敏電阻器引出端的電壓與達(dá)到熱平衡的穩(wěn)態(tài)條件下的電流之間的關(guān)系。它展示了PTC熱敏電阻在加電氣負(fù)載達(dá)到熱平衡的情況下，電壓與電流的相互依賴關(guān)系V-T特性見(jiàn)圖1。

PTC熱敏電阻伏安特性大致可分為三個(gè)區(qū)域：本在0-Vk之間的區(qū)域稱為線性區(qū)，此區(qū)域的電壓和電流的關(guān)系基本符合電路歐姆定律，不產(chǎn)生明顯的非線性變化，也稱不動(dòng)作區(qū)。在Vk-Vmax之間的區(qū)域稱為躍變區(qū)，此時(shí)由于PTC熱敏電阻的自熱升溫，電阻值產(chǎn)生躍變，電流隨著電壓的上升而下降，所以此區(qū)也稱動(dòng)作區(qū)。在VD以上的區(qū)域稱為擊穿區(qū)，此時(shí)電流隨著電壓的上升而上升，PTC熱敏電阻的阻值呈指數(shù)型下降，于是電壓越高，電流越大，PTC熱敏電阻的溫度越高，阻值越低，很快導(dǎo)致PTC熱敏電阻的熱擊穿。

（二）電流-時(shí)間特性（I-T特性）

見(jiàn)圖2，電流-時(shí)間特性是指熱敏電阻器在增加電壓過(guò)程中，電流變動(dòng)的特性。開(kāi)始加電壓瞬間的電流稱為起始電流，平衡時(shí)的電流稱為殘余電流。一定的環(huán)境溫度下，給PTC熱敏電阻加一個(gè)起始電流，通過(guò)PTC熱敏電阻的電流降低到起始電流50%時(shí)經(jīng)歷的時(shí)間即動(dòng)作時(shí)間。電流-時(shí)間特性是自動(dòng)消磁PTC熱敏電阻、延時(shí)啟動(dòng)PTC熱敏電阻、過(guò)載保護(hù)PTC熱敏電阻的重要參考特性。

（三）電阻―溫度特性（R―T特性）

電阻-溫度特性通常是一個(gè)電阻溫度特性，是指在規(guī)定的電壓下，PTC熱敏電阻零功率電阻與電阻體溫度相互的依賴關(guān)系。零功率電阻是指在一定溫度下的熱敏電阻值的測(cè)量，并在PTC熱敏電阻上功率消耗很低，低到PTC熱敏電阻的功耗引起的電阻變化是可以忽略不計(jì)的，零功率額定零功率電阻是指25℃率測(cè)量的電阻值的環(huán)境溫度。R-T特性見(jiàn)圖3。

三、應(yīng)用

PTC發(fā)熱元件在國(guó)內(nèi)及世界各國(guó)廣泛而大量用于工程測(cè)量與控制、電子娛樂(lè)設(shè)備、家用電器、汽車電子、通訊等領(lǐng)域，以及民用領(lǐng)域如洗衣機(jī)電子門(mén)鎖、熔膠槍、卷發(fā)器等。

（一）醫(yī)療美容呼吸器型PTC加熱器

1.簡(jiǎn)介。醫(yī)療美容呼吸器型PTC加熱器，主要應(yīng)用PTC體積小，安全，無(wú)明火，自動(dòng)控溫的特點(diǎn)，將PTC熱敏電阻發(fā)熱片應(yīng)用到醫(yī)療器具中來(lái)，漸漸成為了人們研究開(kāi)發(fā)的新方向。

傳統(tǒng)產(chǎn)品PTC加熱器需通過(guò)溫控裝置控制電熱絲的溫度加熱液體，溫控裝置一旦失靈，易燒壞容器，易燙傷人體，而且對(duì)液體的蒸發(fā)量不能勻速控制。采用PTC加熱，節(jié)能安全，恒定的溫度又能勻速控制液體蒸發(fā)。片狀集成液體型PTC加熱器是由一片或多片集成的PTC陶瓷發(fā)熱元件，采用聚酰胺薄膜絕緣外加片狀保護(hù)殼組合而成，使之直接接觸被加熱液體利用熱對(duì)流進(jìn)行加熱的PTC加熱器。PTC加熱組件外殼利用拋光氧化的鋁型材緊壓，分高、低兩檔加熱控制（起到節(jié)能效果），鋁型材密封固定在塑料鍋上，液體加入塑料鍋內(nèi)與鋁型材平整面接觸，通電后PTC先用高檔發(fā)熱加熱鋁型材，通過(guò)熱傳遞快速加熱液體使之以蒸汽的方式蒸發(fā)，再轉(zhuǎn)換低檔加熱控制液體勻速蒸發(fā)。把美容或治療所需的藥物溶入水中倒入該容器，通過(guò)其他連接通道，可以把蒸發(fā)上來(lái)的蒸汽通到臉部用于面部美容，也可以把蒸發(fā)上來(lái)的蒸汽通到鼻孔口，通過(guò)呼吸進(jìn)入人體內(nèi)，可以用于醫(yī)學(xué)治療，開(kāi)辟了新的使用領(lǐng)域。

2.工作原理。圖4所示是一應(yīng)用PTC熱敏電阻實(shí)現(xiàn)恒溫加熱的呼吸器型PTC加熱電路，如果溫度指數(shù)高于40℃的時(shí)候，熱敏電阻PTC阻值增大晶體管T1基極電位將會(huì)升高，T1導(dǎo)通，T2也導(dǎo)通，晶閘管VS的觸發(fā)極被T2短路，晶閘管VS阻斷，保溫加熱器R7不工作。如果出現(xiàn)溫度低于30℃的時(shí)候，PTC阻值會(huì)變小，T1、T2截止，R5、C2及R6組成移相電路，使晶閘管VS導(dǎo)通，保溫加熱器R7通電發(fā)熱。這樣，在熱敏電阻控制中，溫度將會(huì)維持在30℃-40℃左右。R5、D、WD及C1組成的電路具有降壓、半波整流、穩(wěn)壓及濾波功能，可為T(mén)1、T2提供直流電壓。R1、R2及PTC是T1的偏置電路。若調(diào)節(jié)R2，改變T1的基極電位，可實(shí)現(xiàn)改變保溫溫度。

多功能離子蒸汽吸入器，無(wú)需溫控裝置，勻速自動(dòng)控制液體蒸發(fā)量。由于PTC發(fā)熱器件是勞動(dòng)密集型產(chǎn)品，隨著人工成本的上升和企業(yè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大及質(zhì)量穩(wěn)定性的要求不斷提高，實(shí)施后為醫(yī)療美容行業(yè)提高生產(chǎn)效率，實(shí)現(xiàn)安全操作，充分滿足市場(chǎng)對(duì)PTC發(fā)熱器件的需求。

（二）空調(diào)型PTC加熱元件

1.簡(jiǎn)介。利用恒溫加熱PTC熱敏電阻恒溫特性設(shè)計(jì)的加熱元件，在小功率加熱場(chǎng)合中，PTC加熱元件具有恒溫發(fā)熱、自然壽命長(zhǎng)的優(yōu)勢(shì)，熱轉(zhuǎn)換率高、受電源電壓影響極小，傳統(tǒng)發(fā)熱元件無(wú)法勝任。因此，在傳統(tǒng)的PTC發(fā)熱元件技術(shù)基礎(chǔ)上進(jìn)行攻關(guān)，調(diào)整配方體系和受主雜質(zhì)的比例，結(jié)合工藝內(nèi)部的細(xì)節(jié)調(diào)整，解決相關(guān)PTC發(fā)熱片的耐壓?jiǎn)栴}和功率衰減等技術(shù)難題，研制開(kāi)發(fā)了空調(diào)型PTC加熱元件，可大大提高產(chǎn)品的安全性能和延長(zhǎng)產(chǎn)品使用壽命。

2.改進(jìn)。老產(chǎn)品元件通電600V保壓1分鐘勉強(qiáng)能通過(guò)，時(shí)有出現(xiàn)擊穿現(xiàn)象；新產(chǎn)品元件通電650V保壓三分鐘能通過(guò)。老產(chǎn)品組裝成組件500V連續(xù)通電5分鐘能勉強(qiáng)通過(guò)，新產(chǎn)品組裝成組件500V連續(xù)通電15分鐘能通過(guò)；大大提高了安全性能。老產(chǎn)品組裝成組件253V連續(xù)無(wú)風(fēng)通電1000小時(shí)功率衰減在9%-14%之間，超出要求；新產(chǎn)品組裝成組件253V連續(xù)無(wú)風(fēng)通電1000小時(shí)功率衰減小于7%，大大延長(zhǎng)了產(chǎn)品的使用壽命?？照{(diào)型PTC加熱元件已被格力、美的、海爾等知名空調(diào)企業(yè)認(rèn)可，有很大的市場(chǎng)，由于性價(jià)比高，已大批供貨，項(xiàng)目具有很好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

四、結(jié)束語(yǔ)

PTC作為一個(gè)新興的材料和成分正在受到人們的重視，特別是開(kāi)發(fā)和利用聚合物基PTC材料，將在未來(lái)的每一個(gè)領(lǐng)域都有著廣泛代替?zhèn)鹘y(tǒng)的加熱的方法和電路保護(hù)方式，以便在相關(guān)領(lǐng)域的革命性變化。隨著科學(xué)研究的發(fā)展和生產(chǎn)技術(shù)提高，PTC特性將繼續(xù)發(fā)展和成熟，其應(yīng)用前景將更加廣闊。

參考文獻(xiàn)：

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[3]席軍，劉廷華.PTC熱敏電阻的開(kāi)發(fā)應(yīng)用現(xiàn)狀[J].塑料，2005（04）.

篇2

關(guān)鍵詞：中性點(diǎn)非有效接地系統(tǒng)；電磁式電壓互感器；鐵磁諧振；熱敏電阻；一次限流消諧器

1引言

在中性點(diǎn)非有效接地系統(tǒng)中，電磁式電壓互感器（以下簡(jiǎn)稱PT）鐵磁諧振過(guò)電壓是出現(xiàn)最頻繁、造成事故最多的一種內(nèi)部過(guò)電壓。PT鐵磁諧振過(guò)電壓，往往會(huì)導(dǎo)致PT熔斷器熔斷，甚至導(dǎo)致PT燒損，PT柜、避雷器、電纜頭爆炸，母線全停，對(duì)電網(wǎng)的安全運(yùn)行構(gòu)成了極大的威脅，并嚴(yán)重影響了供電的可靠性。雖然目前電網(wǎng)已采取了各種消諧措施，但依然未能遏制PT鐵磁諧振過(guò)電壓事故的上升勢(shì)頭。此外，某些情況下PT飽和時(shí)的勵(lì)磁電流增長(zhǎng)，不會(huì)造成PT一次熔斷器立即熔斷。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的電流作用后，熱量的累積最終會(huì)導(dǎo)致熔斷器的熔斷，但電弧往往不能熄滅。持續(xù)的燃弧會(huì)造成熔管炸裂，從而引發(fā)PT柜內(nèi)母線短路事故。

2 PT鐵磁諧振的機(jī)理及傳統(tǒng)消諧技術(shù)分析

2.1 PT鐵磁諧振的發(fā)生機(jī)理概述

在中性點(diǎn)非有效接地系統(tǒng)中，為了測(cè)量三相對(duì)地電壓和監(jiān)視對(duì)地絕緣，PT的中性點(diǎn)直接接地。如圖1所示，網(wǎng)絡(luò)參數(shù)除了電力設(shè)備和導(dǎo)線對(duì)地等效電容C0外，還有PT的勵(lì)磁電感L。

圖1中性點(diǎn)非有效接地系統(tǒng)的等效網(wǎng)絡(luò)

正常運(yùn)行時(shí)，PT的勵(lì)磁阻抗很大，并與網(wǎng)絡(luò)的對(duì)地等效電容并聯(lián)。由于網(wǎng)絡(luò)中的感抗大于容抗，所以網(wǎng)絡(luò)對(duì)地阻抗仍呈容性。但當(dāng)系統(tǒng)中出現(xiàn)某些擾動(dòng)，使PT三相電感飽和程度不同時(shí)，PT的勵(lì)磁電感將與網(wǎng)絡(luò)的對(duì)地電容構(gòu)成特殊的諧振回路，產(chǎn)生諧振過(guò)電壓。根據(jù)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的不同，PT諧振的類型包括：工頻諧振、高頻諧振和分頻諧振三種類型，其中分頻諧振會(huì)造成PT的嚴(yán)重飽和，因此危害性最大。

2.2 PT鐵磁諧振的傳統(tǒng)消諧技術(shù)

對(duì)于中性點(diǎn)非有效接地系統(tǒng)中的PT鐵磁諧振，目前消諧的方法較多，歸納起來(lái)，主要可分為改變參數(shù)、增加阻尼兩大類，但均存在缺點(diǎn)和不足。

2.2.1 改變參數(shù)

（1）改善PT的伏安特性，使之不容易發(fā)生磁飽和。在這種情況下，必須要有更大的激發(fā)才會(huì)引起諧振。為此，應(yīng)當(dāng)減小鐵芯磁密，即增大鐵芯的截面積。為了消除諧振，鐵芯的截面積應(yīng)當(dāng)增大到4倍以上，這是不現(xiàn)實(shí)的。因此改善勵(lì)磁特性只能降低諧振的概率。但是特性改善后，一旦產(chǎn)生諧振，過(guò)電壓將會(huì)變得更高。

（2）對(duì)于減少同一網(wǎng)絡(luò)中并聯(lián)PT臺(tái)數(shù)，因中性點(diǎn)非有效接地系統(tǒng)屬于配電網(wǎng)絡(luò)，直接對(duì)用戶供電，所以實(shí)際難以做到。

篇3

    關(guān)鍵詞:熱敏電阻,摻金γ-硅熱敏電阻,Z-元件,力敏Z-元件,V/F轉(zhuǎn)換器

    一、前言

    Z-半導(dǎo)體敏感元件﹙簡(jiǎn)稱Z-元件﹚性能奇特,應(yīng)用電路簡(jiǎn)單而且規(guī)范,使用組態(tài)靈活,應(yīng)用開(kāi)發(fā)潛力大。它包括Z-元件在內(nèi)僅用兩個(gè)﹙或3個(gè)﹚元器件,就可構(gòu)成電路最簡(jiǎn)單的三端傳感器,實(shí)現(xiàn)多種用途。特別是其中的三端數(shù)字傳感器,已引起許多用戶的關(guān)注。

    Z-元件現(xiàn)有溫、光、磁,以及正在開(kāi)發(fā)中的力敏四個(gè)品種,都能以不同的電路組態(tài),分別輸出開(kāi)關(guān)、模擬或脈沖頻率信號(hào),相應(yīng)構(gòu)成不同品種的三端傳感器。其中,僅以溫敏Z-元件為例,就可以組合出12種電路結(jié)構(gòu),輸出12種波形,實(shí)現(xiàn)6種基本應(yīng)用[3]。再考慮到其它光、磁或力敏Z-元件幾個(gè)品種,其可供開(kāi)發(fā)的擴(kuò)展空間將十分可觀。為了拓寬Z-元件的應(yīng)用領(lǐng)域,很有從深度上和廣度上進(jìn)一步研究的價(jià)值。

    本文在前述溫、光、磁敏Z-元件的基礎(chǔ)上,結(jié)合生產(chǎn)工藝和應(yīng)用開(kāi)發(fā)實(shí)踐,在半導(dǎo)體工作機(jī)理上和電路應(yīng)用組態(tài)上進(jìn)行了深入的擴(kuò)展研究,形成了一些新型的敏感元件。作為其中的部分實(shí)例,本文重點(diǎn)介紹了摻金g-硅新型熱敏電阻、力敏Z-元件以及新型V/F轉(zhuǎn)換器,供用戶分析研究與應(yīng)用開(kāi)發(fā)參考。這些新型敏感元件都具有體積小、生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單、成本低、使用方便等特點(diǎn)。

    二、摻金g-硅新型熱敏電阻

    1.概述

    用g-硅單晶制造半導(dǎo)體器件是不多見(jiàn)的,特別是用原本制造Z-元件這樣的高阻g-硅單晶來(lái)制造Z-元件以外的半導(dǎo)體器件,目前尚未見(jiàn)到報(bào)導(dǎo)。Z-元件的特殊性能,主要是由摻金高阻g-硅區(qū)﹙也就是n-i區(qū)﹚的特性所決定的,對(duì)摻金高阻g-硅的性能進(jìn)行深入地研究希望引起半導(dǎo)體器件工作者的高度重視。

    本部分從對(duì)摻金g-硅的特性深入研究入手,開(kāi)發(fā)出一種新型的熱敏元件,即摻金g-硅熱敏電阻。介紹了該新型熱敏電阻的工作原理、技術(shù)特性和應(yīng)用特點(diǎn)。

    2.摻金g-硅熱敏電阻的工作機(jī)理

    “摻金g-硅熱敏電阻”簡(jiǎn)稱摻金硅熱敏電阻,它是在深入研究Z-元件微觀工作機(jī)理的基礎(chǔ)上,按新的結(jié)構(gòu)和新的生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)制造的,在溫度檢測(cè)與控制領(lǐng)域提供了一種新型的溫敏元件。

    為了熟悉并正確使用這種新型溫敏元件,必須首先了解它的工作機(jī)理。Z-元件是其N區(qū)被重?fù)诫s補(bǔ)償?shù)母男訮N結(jié),即在高阻硅材料上形成的PN結(jié),又經(jīng)過(guò)重金屬補(bǔ)償,因而它具有特殊的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)和特殊的伏安特性。圖1為Z-元件的正向伏安特性曲線,圖2為Z-元件的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)示意圖。

    由圖1可知,Z-元件具有一條“L”型伏安特性[1],該特性可分成三個(gè)工作區(qū):M1高阻區(qū),M2負(fù)阻區(qū),M3低阻區(qū)。其中,高阻的M1區(qū)對(duì)溫度具有較高的靈敏度,自然成為研制摻金g-硅熱敏電阻的主要著眼點(diǎn)。

    從圖2可知,Z-元件的結(jié)構(gòu)依次是:金屬電極層—P+歐姆接觸區(qū)—P型擴(kuò)散區(qū)—P-N結(jié)結(jié)面—低摻雜高補(bǔ)償N區(qū),即n-.i區(qū)—n+歐姆接觸區(qū)—金層電極層?？梢?jiàn)Z-元件是一種改性PN結(jié),它具有由p+-p-n-.i-n+構(gòu)成的四層結(jié)構(gòu),其中核心部位是N型高阻硅區(qū)n-.i,特稱為摻金g-硅區(qū)。摻金g-硅區(qū)的建立為摻金g-硅熱敏電阻奠定了物理基礎(chǔ)。

    Z-元件在正偏下的導(dǎo)電機(jī)理是基于一種“管道擊穿”和“管道雪崩擊穿”的模型[2]。Z-元件是一種PN結(jié),對(duì)圖2所示的Z-元件結(jié)構(gòu)可按P-N結(jié)經(jīng)典理論加以分析,因而在p-n-.i兩區(qū)中也應(yīng)存在一個(gè)自建電場(chǎng)區(qū)。該電場(chǎng)區(qū)因在P區(qū)很薄,自建電場(chǎng)區(qū)主要體現(xiàn)在n-.i區(qū),且?guī)缀跽紦?jù)了全部n-.i型區(qū),這樣寬的電場(chǎng)區(qū)其場(chǎng)強(qiáng)是很弱的,使得Z-元件呈現(xiàn)了高阻特性。如果給Z-元件施加正向偏壓,這時(shí)因正向偏壓的電場(chǎng)方向同Z-元件內(nèi)部自建電場(chǎng)方向是相反的,很小的正向偏壓便抵消了自建電場(chǎng)。這時(shí)按經(jīng)典的PN結(jié)理論分析,本應(yīng)進(jìn)入正向?qū)顟B(tài),但由于Z-元件又是一種改性的PN結(jié),其n-.i型區(qū)是經(jīng)重金屬摻雜的高補(bǔ)償區(qū),由于載流子被重金屬陷阱所束縛,其電阻值在兆歐量級(jí),其正向電流很小,表現(xiàn)在“L”曲線是線性電阻區(qū)即“M1”區(qū)。這時(shí),如果存在溫度場(chǎng),由于熱激發(fā)的作用使重金屬陷阱中釋放的載流子不斷增加,并參與導(dǎo)電,必然具有較高的溫度靈敏度。在M1區(qū)尚末形成導(dǎo)電管道,如果施加的正向偏壓過(guò)大,將產(chǎn)生“管道擊穿”,甚至“管道雪崩擊穿”,將破壞了摻金g-硅新型熱敏電阻的熱阻特性,這是該熱敏電阻的特殊問(wèn)題。

    在這一理論模型的指導(dǎo)下,不難想到,如果將Z-元件的n-.i區(qū)單獨(dú)制造出來(lái),肯定是一個(gè)高靈敏度的熱敏電阻(由于半導(dǎo)體伴生著光效應(yīng),當(dāng)然也是一個(gè)光敏感電阻),由此可構(gòu)造出摻金g-硅新型熱敏電阻的基本結(jié)構(gòu),如圖3所示。由于摻金g-硅新型熱敏電阻不存在PN結(jié),其中n-.i層就是摻金g-硅,它并不是Z-元件的n-.i區(qū)。測(cè)試結(jié)果表明,該結(jié)構(gòu)的電特性就是一個(gè)熱敏電阻。該熱敏電阻具有NTC特性,它與現(xiàn)行NTC熱敏電阻相比,具有較高的溫度靈敏度。

    3.摻金g-硅熱敏電阻的生產(chǎn)工藝

    摻金g-硅熱敏電阻的生產(chǎn)工藝流程如圖4工藝框圖所示。可以看出,該生產(chǎn)工藝過(guò)程與Z-元件生產(chǎn)工藝的最大區(qū)別,就是不做P區(qū)擴(kuò)散,所以它不是改性PN結(jié),又與現(xiàn)行NTC熱敏電阻的生產(chǎn)工藝完全不同,這種摻金g-硅新型熱敏電阻使用的特殊材料和特殊工藝決定了它的性能與現(xiàn)行NTC熱敏感電阻相比具有很大區(qū)別,其性能各有優(yōu)缺點(diǎn)。

    4.摻金g-硅熱敏電阻與NTC熱敏電阻的性能對(duì)比

    從上述結(jié)構(gòu)模型和工藝過(guò)程分析可知,摻金g-硅層是由金擴(kuò)入而形成的高補(bǔ)償?shù)腘型半導(dǎo)體,不存在PN結(jié)的結(jié)區(qū)。它的導(dǎo)電機(jī)理就是在外電場(chǎng)作用下未被重金屬補(bǔ)償?shù)氖Ｓ嗟氖┲麟娮訁⑴c導(dǎo)電以及在外部熱作用下使金陷阱中的電子又被激活而參與導(dǎo)電,而呈現(xiàn)的電阻特性。由于原材料是高阻g-硅,原本施主濃度就很低,又被陷阱捕獲一些,剩余電子也就很少很少。參與導(dǎo)電的電子主要是陷阱中被熱激活的電子占絕對(duì)份額。也就是說(shuō),摻金g-硅熱敏電阻在一定的溫度下的電阻值,是決定于工藝流程中金擴(kuò)的濃度。研制實(shí)踐中也證明了這一理論分析。不同的金擴(kuò)濃度可以得到幾千歐姆到幾兆歐姆的電阻值。金擴(kuò)散成為產(chǎn)品質(zhì)量與性能控制的關(guān)健工序。

    我們認(rèn)為,由于摻金g-硅熱敏電阻的導(dǎo)電機(jī)理與現(xiàn)行的NTC熱敏電阻的導(dǎo)電機(jī)理完全不同,所以特性差別很大,也存在各自不同的優(yōu)缺點(diǎn)。摻金g-硅熱敏電阻的優(yōu)點(diǎn)是:生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單,成本低,易于大批量生產(chǎn),阻值范圍寬(從幾千歐姆到幾兆歐姆),靈敏度高,特別是低于室溫的低溫區(qū)段比NTC熱敏電阻要高近一個(gè)量級(jí)。其缺點(diǎn)是:一批產(chǎn)品中電阻值的一致性較差、線性度不如NTC,使用電壓有閾值限制,超過(guò)閾值時(shí)會(huì)出現(xiàn)負(fù)阻。

    摻金g-硅新型熱敏電阻與NTC熱敏電阻的電阻溫度靈敏度特性對(duì)比如圖5所示。

篇4

【關(guān)鍵詞】熱敏電阻;集成運(yùn)放;電壓比較器;報(bào)警電路

引言

作為一種模擬集成電路，集成運(yùn)算放大器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、用途寬廣，具有高靈敏度和功能靈活等多種優(yōu)勢(shì)。負(fù)溫度系數(shù)（NTC）型熱敏電阻的阻值隨溫度升高而減小，二者組合可組成溫度報(bào)警電路。溫度的檢測(cè)與控制電路在實(shí)際應(yīng)用中比較廣泛，一般用晶體管制作而成的電路，測(cè)量誤差大，且電路比較復(fù)雜。用熱敏電阻和集成運(yùn)放組成的溫度報(bào)警電路可實(shí)現(xiàn)溫度的檢測(cè)及報(bào)警功能，可以克服此類問(wèn)題。

此電路實(shí)驗(yàn)在教學(xué)中已經(jīng)應(yīng)用，由于電路簡(jiǎn)單，所用的元件較少，操作容易，實(shí)驗(yàn)效果直觀、顯著，學(xué)生很感興趣，加深了學(xué)生對(duì)集成運(yùn)放的理解，提高了實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力。

1.NTC熱敏電阻的介紹

NTC（Negative Temperature Coefficient） 的中文意思是負(fù)的溫度系數(shù)，泛指負(fù)溫度系數(shù)很大的半導(dǎo)體材料或元器件。而NTC熱敏電阻器就是指負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻器，它是以錳、鈷、鎳和銅等金屬氧化物為主要材料，采用陶瓷工藝加工制造而成的。此類金屬氧化物材料都具有半導(dǎo)體的性質(zhì)，因?yàn)樗鼈兊膶?dǎo)電方式完全類似鍺、硅等半導(dǎo)體材料。在溫度低時(shí)，此類氧化物材料的載流子（電子或空穴）數(shù)目較少，導(dǎo)致其電阻值較高;當(dāng)溫度升高時(shí)，載流子數(shù)目增加，所以電阻值降低。NTC熱敏電阻器在室溫下的變化范圍一般在100～1000 000，溫度系數(shù)在-2%～-6.5%[1]?？蓪TC熱敏電阻器廣泛應(yīng)用于溫度測(cè)量、溫度補(bǔ)償、抑制浪涌電流等場(chǎng)合。NTC熱敏電阻RT的溫度特性如圖1所示。雖然它的電阻與溫度變化曲線的線性度并不太好，但由于它是單值函數(shù)（即溫度一定時(shí)，其阻值也是一定的單值。）如果設(shè)定100℃時(shí)電路自動(dòng)報(bào)警，則這100℃即為閾值溫度TTH，在特性曲線上可找到100℃對(duì)應(yīng)的RT的電阻值。

圖1 熱敏電阻RT的溫度特性曲線

2.集成運(yùn)放組成的單限電壓比較器

在自動(dòng)化系統(tǒng)中，信號(hào)幅度的比較、信號(hào)幅度的選擇、信號(hào)的采樣和保持、信號(hào)的濾波等都是在信號(hào)處理方面經(jīng)常遇到的問(wèn)題。本設(shè)計(jì)需要應(yīng)用由集成運(yùn)放組成的比較信號(hào)幅度電路――電壓比較器，集成運(yùn)算放大器是電壓比較器的核心器件[3]。電壓比較器是集成運(yùn)放在非線性工作狀態(tài)下的一種具體應(yīng)用。而電壓比較器，是一種用來(lái)比較輸入信號(hào)電壓大小的電子電路。它可以將連續(xù)變化的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成僅有兩個(gè)高、低狀態(tài)的矩形波。集成運(yùn)放工作在非線性區(qū)時(shí)，若，則運(yùn)放輸出正向電壓;若，則運(yùn)放輸出負(fù)向電壓。這是電壓比較器的理論基礎(chǔ)。圖2為最基本的電壓比較器和其電壓傳輸特性圖。兩個(gè)輸入端中的一個(gè)端子為參考端，參考電壓為UR，另一個(gè)端子（比如同相端）作為信號(hào)輸入端，比較信號(hào)電壓與參考電壓，當(dāng)信號(hào)電壓小于參考電壓時(shí)，輸出則為高電平，反之輸出則為低電平。由此可得到電壓傳輸特性曲線[4]。電壓比較器通常用于越限報(bào)警、模數(shù)轉(zhuǎn)換和波形變換等場(chǎng)合。

圖2 基本電壓比較器及電壓傳輸特性曲線

3.電路原理圖及其工作原理

3.1 電路原理圖

電路原理圖如圖3所示。

圖3 基于集成運(yùn)放的溫度報(bào)警電路圖

3.2 電路工作原理

負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻RT用來(lái)檢測(cè)功率器件溫度（可將其粘在散熱片上）或待測(cè)環(huán)境溫度（如置于恒溫箱），UCC為直流穩(wěn)壓電源，RT和R1串聯(lián)，A點(diǎn)電位VA為電阻R1兩端所分得的電壓。電阻R1阻值近似不變。R2和組成分壓器，調(diào)節(jié)RP可改變VB（電位器中心頭的電壓值）的電壓。

VB值為比較器設(shè)定的閾值電壓，稱為VTH。若希望100℃時(shí)電路自動(dòng)報(bào)警，則VTH的值應(yīng)等于100℃時(shí)的VA值。當(dāng)，比較器輸出低電平，二極管導(dǎo)通，三極管截止，電路不報(bào)警，為正常狀態(tài)。當(dāng)，比較器輸出高電平，二極管截止，三極管導(dǎo)通，指示燈亮，同時(shí)揚(yáng)聲器發(fā)出尖銳的報(bào)警聲。

3.3 電路的保護(hù)措施

3.3.1 輸入保護(hù)

一般情況下，集成運(yùn)放工作在開(kāi)環(huán)（即未引反饋）狀態(tài)時(shí)，易因差模電壓過(guò)大而損壞;在閉環(huán)狀態(tài)時(shí)，易因共模電壓超出極限而損壞。本文設(shè)計(jì)的電路原理圖中所加的二極管限幅電路就是為了限制集成運(yùn)放的差模輸入電壓，保護(hù)其輸入級(jí)，以免損壞運(yùn)放。此外，該電路只要改變VTH值，就可以很方便地改變閾值溫度，適合不同的工作要求。

3.3.2 輸出保護(hù)

電路原理圖中，在集成運(yùn)放輸出端，由限流電阻R和穩(wěn)壓管DZ組成輸出端保護(hù)電路。限流電阻R和穩(wěn)壓管DZ構(gòu)成限幅電路，它一方面將負(fù)載與集成運(yùn)放輸出端隔離開(kāi)來(lái)，限制了運(yùn)放的輸出電流，另一方面也限制了輸出電壓的幅值。當(dāng)然，任何保護(hù)措施都是有限度的，若將輸出端直接接電源，則穩(wěn)壓管會(huì)損壞，使電路的輸出電阻大大提高，影響了電路的性能。

4.結(jié)束語(yǔ)

熱敏電阻的電阻率隨溫度變化而變化，本文以負(fù)溫度系數(shù)（NTC）型熱敏電阻來(lái)進(jìn)行溫度測(cè)量，將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)，輸送到由集成運(yùn)放工作于非線性區(qū)構(gòu)成的電壓比較器中，與閾值電壓進(jìn)行比較。若高于閾值電壓，則電壓比較器輸出為高電平，此時(shí)三極管導(dǎo)通，報(bào)警電路工作。該電路是熱敏電阻和集成運(yùn)放結(jié)合的具體應(yīng)用實(shí)例，有助于加深學(xué)生對(duì)相關(guān)知識(shí)的理解和應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

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篇5

E1為故障代碼：過(guò)零保護(hù)。是線盤(pán)上面的傳感器壞了，檢測(cè)不到信號(hào)，更換新的傳感器可以排除故障。

故障代碼：E2爐面熱敏電阻短路；E3爐面熱敏電阻開(kāi)路；E4IGBT管熱敏電阻開(kāi)路；E5IGBT管熱敏電阻短路；E6IGBT管高溫 ；E7低壓保護(hù)；E8高壓保護(hù)。

（來(lái)源：文章屋網(wǎng) ）

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關(guān)鍵詞：DirectX；聲卡；時(shí)基集成電路；熱敏電阻

中圖分類號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：1004373X(2008)1600602

Realization of Room Temperature Long Distance Monitoring System Based on Directx

WEI Ran,LI Xinlei

(Library,Henan Normal University,Xinxiang,453007,China)

Abstract：Room temperature is the most important issue in server′s normal work.Using virtual instrument thinking,thermistor and 555 time base oscillator circuit consisting of IC output as a MIC input audio signal through DirectX programming on the audio signal sampling,the realization of the realtime temperature sampling.Hardware implementation of this method simple,and making full use of the computer sound card analogdigital conversion capability and can be more precise achieve room temperature sampling,and then into the database,the final via the web programming or SMS,or other forms can be achieved room temperature remote monitoring.

Keywords：DirectX；sound card；timer IC；thermistor

聲卡是多媒體計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中最基本、最常用的硬件之一,其技術(shù)發(fā)展已經(jīng)十分成熟,它具有A/D，D/A 轉(zhuǎn)換功能,被廣泛應(yīng)用于聲音信號(hào)的采集和虛擬儀器系統(tǒng)開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)。555時(shí)基集成電路因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用靈活、定時(shí)精確、可靠性高且價(jià)格低廉而被廣泛應(yīng)用。Visual Basic2005是一種跨平臺(tái)的面向?qū)ο缶幊陶Z(yǔ)言,有運(yùn)行速度快、多線程、安全可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。DirectX 為軟件開(kāi)發(fā)者提供硬件無(wú)關(guān)性,為硬件開(kāi)發(fā)提供策略。微軟的DirectX 軟件開(kāi)發(fā)工具包( SDK) 提供一套優(yōu)秀的應(yīng)用程序編程接口(APIs) ,這個(gè)編程接口可以提供開(kāi)發(fā)高質(zhì)量、實(shí)時(shí)的應(yīng)用程序所需要的各種資源。

1 基于聲卡采樣溫度信號(hào)的硬件設(shè)計(jì)

聲卡是計(jì)算機(jī)中對(duì)聲音進(jìn)行A/D或D/A轉(zhuǎn)換的器件，該器件的輸入有MIC和LINEIN兩種，輸入電壓通常在5 V以下。因?yàn)槭菍?duì)聲音信號(hào)進(jìn)行處理，所以它的輸入部分是一個(gè)帶通濾波器，通帶頻率通常是200 Hz~35 kHz。熱敏電阻是開(kāi)發(fā)早、種類多、發(fā)展較成熟的敏感元器件。熱敏電阻由半導(dǎo)體陶瓷材料組成，利用的原理是溫度引起電阻變化。若電子和空穴的濃度分別為n，p，遷移率分別為μn，μp，則半導(dǎo)體的電導(dǎo)為：σ=q（nμn+pμp）。因?yàn)閚，p，μn，μp都是依賴溫度T的函數(shù)，所以電導(dǎo)是溫度的函數(shù)，因此可由測(cè)量電導(dǎo)而推算出溫度的高低，并能做出電阻溫度特性曲線。這就是半導(dǎo)體熱敏電阻的工作原理。熱敏電阻包括正溫度系數(shù)（PTC）和負(fù)溫度系數(shù)（NTC）熱敏電阻，以及臨界溫度熱敏電阻（CTR）。熱敏電阻的主要特點(diǎn)是：靈敏度較高，其電阻溫度系數(shù)要比金屬大10～100倍以上；工作溫度范圍寬，常溫器件適用于-55～315 ℃，高溫器件適用溫度高于315 ℃（目前最高可達(dá)到2 000 ℃），低溫器件適用于-273～55 ℃；體積小，能夠測(cè)量其他溫度計(jì)無(wú)法測(cè)量的空隙、腔體及生物體內(nèi)血管的溫度；使用方便，電阻值可在0.1～100 kΩ間任意選擇；易加工成復(fù)雜的形狀，可大批量生產(chǎn)；穩(wěn)定性好、過(guò)載能力強(qiáng)。

555無(wú)穩(wěn)態(tài)多諧震蕩電路采用5 V作為Vcc時(shí)，其輸出為3.3 V左右，在聲卡輸入電壓范圍內(nèi)，且輸出為很整齊的方波，十分方便通過(guò)采樣計(jì)算頻率或周期。如果將555震蕩電路（見(jiàn)圖1）中的R2替換為合適的熱敏電阻，那么其震蕩頻率將隨著溫度的變化而變化。選用合適的電阻（R1）和電容（C1），即可將555震蕩電路的震蕩頻率控制在聲卡能夠處理的范圍之內(nèi)。由計(jì)算機(jī)的USB口提供5 V的電源，將555震蕩電路的輸出Vo作為聲卡的輸入，完成了溫度采集的電路設(shè)計(jì)。

2 基于聲卡采樣溫度信號(hào)的軟件設(shè)計(jì)

2.1 DirectX概述

DirectX是微軟公司針對(duì)Windows操作系統(tǒng)的非實(shí)時(shí)性而推出的一個(gè)開(kāi)發(fā)庫(kù)，目的是讓圖形圖像、動(dòng)畫(huà)、多媒體和游戲程序開(kāi)發(fā)人員能夠輕松確定計(jì)算機(jī)的硬件性能，然后設(shè)置與之匹配的程序參數(shù)，使得多媒體軟件程序能夠在基于 Windows 的具有 DirectX 兼容硬件與驅(qū)動(dòng)程序的計(jì)算機(jī)上運(yùn)行，同時(shí)可確保多媒體程序能夠充分利用高性能硬件。

DirectSound是DirectX的聲音組件，是由基于組件對(duì)象模型（COM）的對(duì)象和接口組成的。DirectSound通過(guò)硬件抽象層(HAL)訪問(wèn)聲音硬件，而不是直接操作硬件。HAL 是一個(gè)軟件層，DirectSound是由HAL擴(kuò)展的Windows設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序。實(shí)際上，可以將DirectSound看作對(duì)音頻緩存的管理，它會(huì)盡量使用硬件的最高性能，如果當(dāng)前硬件不具備某類特性時(shí)，DirectSound會(huì)使用軟件進(jìn)行仿真。

2.2 利用DirectSound從聲卡采集555振蕩電路的輸出信號(hào) DirectSound支持聲音的捕捉。一般情況下可以遵循以下原則：生成DirectSound對(duì)象；設(shè)置Directsound對(duì)象的優(yōu)先級(jí)別；枚舉聲音捕捉設(shè)備；生成DirectorSoundCapture對(duì)象；生成基于初級(jí)緩沖的CaptureBuffer；生成一個(gè)次級(jí)緩存用來(lái)輸出；進(jìn)行數(shù)據(jù)捕獲和播放、存儲(chǔ)。根據(jù)上述步驟用Visual Basic 2005通過(guò)編程實(shí)現(xiàn)對(duì)555振蕩電路所產(chǎn)生的方波的捕獲（對(duì)DirectSound編程的代碼可參考DirectX SDK里CaptureSound的例程）。這里詳細(xì)介紹對(duì)于555時(shí)基電路產(chǎn)生的方波的采樣及其頻率的計(jì)算方法。

當(dāng)DirectSound使用48 000 Hz的采樣頻率對(duì)555時(shí)基電路所產(chǎn)生的方波（不大于10 000 Hz）進(jìn)行采樣時(shí)，根據(jù)采樣定理（當(dāng)采樣頻率fs大于信號(hào)中最高頻率fmax的2倍時(shí)，即：fs.max>=2fmax,則采樣之后的數(shù)字信號(hào)完整地保留了原始信號(hào)中的信息，采樣定理又稱奈奎斯特定理）可知，555時(shí)基電路產(chǎn)生的方波被采樣后將可以被無(wú)失真的恢復(fù)出來(lái)。采樣過(guò)程如圖2所示，其中T代表方波周期，t代表采樣周期，n代表采樣次數(shù)，如果對(duì)方波進(jìn)行采樣1次，則T = nt，但這樣誤差較大。為了精確起見(jiàn)，可以對(duì)方波采樣多個(gè)周期再取平均周期作為方波的周期，從而有：T = n t / m。

2.3 建立溫度對(duì)照表，獲取環(huán)境溫度

根據(jù)555振蕩電路周期公式：T = (R1+2R2)?Cln 2可知：R2 = (T/(Cln 2)R)/2。利用Visual Basic2005編程計(jì)算出R2，并將R2與將熱敏電阻（這里用的熱敏電阻為S103D）的溫度/阻值對(duì)照表對(duì)照，即可獲得當(dāng)前機(jī)房溫度，將該溫度變量寫(xiě)入數(shù)據(jù)庫(kù)或文本文件。當(dāng)該溫度超過(guò)某一閥值（可以自己根據(jù)情況設(shè)定）即可通過(guò)串口發(fā)送短信的方式將機(jī)房溫度及時(shí)發(fā)送給機(jī)房管理人員，從而實(shí)現(xiàn)了機(jī)房溫度的遠(yuǎn)程監(jiān)控。

3 結(jié) 語(yǔ)

機(jī)房設(shè)備是否能夠安全運(yùn)行，是一個(gè)很嚴(yán)重問(wèn)題，機(jī)房如果斷電，空調(diào)設(shè)備停止運(yùn)行，由于UPS的支持服務(wù)器和陣列繼續(xù)工作，短短的1個(gè)小時(shí)，就可以使機(jī)房溫度上升到40 ℃，服務(wù)器等設(shè)備在這種高溫下運(yùn)行是非常危險(xiǎn)的。在此使用簡(jiǎn)單的555電路結(jié)合Visual Basic2005編程就能實(shí)現(xiàn)機(jī)房溫度的遠(yuǎn)程監(jiān)控，為管理人員能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)機(jī)房環(huán)境的變化、消除隱患、

節(jié)約資金、防止不必要的損失提供了可行的解決方案。

參 考 文 獻(xiàn)

［1］Bill Evjen,Billy 高級(jí)編程\.3版.北京：清華大學(xué)出版社，2005.

［2］傅宇旭.DirectorX 7.0高級(jí)編程\.北京：科學(xué)出版社，

2000.

［3］閻石.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)\.4版.北京：高等教育出版社，2001.

篇7

傳統(tǒng)浪涌電流限制器

為限制浪涌電流強(qiáng)度，通常所采取的最簡(jiǎn)單措施就是在低功率系統(tǒng)中的橋式整流器輸入端串聯(lián)獨(dú)立的限流電阻Rlimit或NTC熱敏電阻，如圖1所示。限流電阻阻值一般為4.7～10Ω，僅限于在10W以下的系統(tǒng)中應(yīng)用，主要缺點(diǎn)是體積較大，功率損耗高，影響系統(tǒng)效率。用NTC熱敏電阻RT替代獨(dú)立限流電阻Rlimit，在環(huán)境溫度下，RT的阻值非常高，可有效地限制浪涌電流；在系統(tǒng)啟動(dòng)后進(jìn)入正常操作時(shí)的阻值急劇降低，從而減小了功率損耗。NTC熱敏元件的尺寸較小，適合于在20～50W的系統(tǒng)中用作啟動(dòng)時(shí)的限流元件。在熱啟動(dòng)(即NTC熱敏電阻溫度較高)時(shí)或電路板上環(huán)境溫度達(dá)到60℃以上再啟動(dòng)時(shí)，NTC熱敏電阻對(duì)浪涌電流不再起限制作用。在熱態(tài)下NTC熱敏元件阻值并不為零，其損耗并非是可以忽略的。

為降低功率損耗，可在NTC熱敏元件上并聯(lián)可控硅(SCR)、三端雙向可控硅開(kāi)關(guān)元件(TRIAC)或繼電器，如圖2所示。在系統(tǒng)啟動(dòng)期間，浪涌電流由NTC熱敏電阻限制。當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)入正常操作時(shí)，啟動(dòng)控制電路觸發(fā)SCR或TRIAC，或使繼電器吸合，將NTC熱敏電阻短路。但是，SCR和TRIAC的導(dǎo)通損耗相對(duì)也較大，繼電器接通電阻雖然非常小，但體積過(guò)大，而且響應(yīng)速度也較差。

還有一種浪涌電流限制電路被稱作半可控整流橋(HCRB)，如圖3所示。在啟動(dòng)期間，浪涌電流通過(guò)二極管VD1、VD2和RT，被RT限制。在系統(tǒng)進(jìn)入正常操作期間，AC輸入電流通過(guò)兩個(gè)SCR(SCR1與SCR2)和二極管VD3與VD4整流，而二極管VD1、VD2及限流電阻RT被短路。HCRB與其它幾種浪涌電流限制元件比較，尺寸和損耗都比較小。但應(yīng)考慮功率損耗與抗瞬態(tài)電壓(dv/dt)之間的關(guān)系。

在電源變換器啟動(dòng)期間，在前端會(huì)出現(xiàn)一些振蕩，產(chǎn)生dv/dt直達(dá)近300V/μs的窄尖峰脈沖。在HCRB電路中的兩只SCR,如果選擇靈敏型器件(控制極觸發(fā)電流低至幾十個(gè)微安)，其反向漏電流和反向功率損耗要比非靈敏SCR(觸發(fā)電流達(dá)幾個(gè)毫安)雖然約低100倍，但其dv/dt僅約10V/μs，抗擾性極差。即使在其控制極與陰極之間連接一只阻尼電容(100nF)，dv/dt值也只能達(dá)100V/μs。若選用非靈敏SCR，雖然其抗擾性能較好,dv/dv可達(dá)200V/μs(在附加阻尼電路后可達(dá)300V/μs以上)，但其反向功率損耗又太大。

意法微電子(ST)公司利用專用散件(ASD)工藝制作的STIL02-P5浪涌電流限制器件，則解決了功率損耗與抗擾性(dv/dt)之間的平衡。

新型浪涌電流限制器件STIL02-P5

STIL02-P5是基于半可控整流橋路(HCRB)并采用ASD工藝技術(shù)研制的一種新型浪涌電流限制器件，適用于50～150W的AC/DC電源變換器浪涌電流限制。

STIL02-P5采用5引腳直插式PENTAWATT HV2封裝，內(nèi)置兩個(gè)非靈敏單向開(kāi)關(guān)及其控制驅(qū)動(dòng)器，如圖4所示。

STIL02-P5的L(1)腳連接AC線路相線(開(kāi)關(guān)1)，N(5)腳(開(kāi)關(guān)2)連接AC線路中線，pt1(2)腳和pt2(4)腳分別是功率開(kāi)關(guān)1和2的控制輸入腳，OUT(3)腳為輸出端。

STIL02-P5的主要技術(shù)性能指標(biāo)如下：重復(fù)正向和反向截止電壓VDout/VRout為700V，輸出端平均導(dǎo)通態(tài)電流為2A，不重復(fù)浪涌峰值導(dǎo)通態(tài)電流ITSM達(dá)65A(正弦波，tp=10ms)，動(dòng)態(tài)電壓上升速率dv/dt≥500V/μs，驅(qū)動(dòng)器觸發(fā)電流(Ipt1=Ipt2)為10mA，控制觸發(fā)電壓VD(pt1)=VD(pt2)=0.8V(典型值)，反向電流IRout(off)≤5μA，每只開(kāi)關(guān)門(mén)限電壓Vt0為0.7V，動(dòng)態(tài)電阻Rd=70mΩ，正向壓降是0.9V，器件工作結(jié)溫Tj=0～150℃。

STIL02-P5在開(kāi)關(guān)電源中的應(yīng)用電路如圖5所示。其工作原理與HCRB電路相同。在系統(tǒng)啟動(dòng)期間，橋式整流器整流電流通過(guò)RT對(duì)電容C1充電，浪涌電流被RT限制。在系統(tǒng)啟動(dòng)之后進(jìn)入正常操作期間，電源變壓器附加繞組(N3)感生的高頻脈沖電壓經(jīng)二極管VD5整流和電容C2濾波，施加到STIL02-P5的Pt1和Pt2腳，驅(qū)使內(nèi)部?jī)蓚€(gè)單向開(kāi)關(guān)(S1與S2)接通，將二極管VD1、VD2和RT短路，由兩個(gè)開(kāi)關(guān)S1和S2及二極管VD3與VD4整流。

篇8

關(guān)鍵詞：交流接觸器 電路 無(wú)聲節(jié)電

1、前言

交流接觸器是利用電磁吸力及彈簧反作用力配合動(dòng)作，而使觸頭閉合與斷開(kāi)的一種電器，主要由電磁鐵、觸頭（包括接在主電路中的主觸頭和接在控制電路中的輔助觸頭）和滅弧裝置等三部份組成，常用的交流接觸器主要有CJ10、CJ12兩種系列，這兩種系列都存在著消耗大量的電能，產(chǎn)生較大的噪聲。交流接觸器的節(jié)電一直是電器技術(shù)研究的重要課題之一，市場(chǎng)相繼推出了各種交流接觸器無(wú)聲節(jié)電器，其基本原理是：將交流接觸器原設(shè)計(jì)的交流操作改為高壓吸合，低壓直流吸持，降低鐵心和短路環(huán)的損耗功率，達(dá)到節(jié)電降噪的目的。本人在深入研究了現(xiàn)有各種交流接觸器無(wú)聲節(jié)電器和節(jié)電線圈基本原理基礎(chǔ)上，提出采用新型敏感器件實(shí)現(xiàn)接觸器狀態(tài)切換控制，利用功率半導(dǎo)體器件作狀態(tài)切換開(kāi)關(guān)，從根本上克服了有觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)的弊病。此技術(shù)可靠，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉，可制成一體化節(jié)電線圈，安裝時(shí)不增加任何接線，使用維修方便。

2、電路設(shè)計(jì)思路

圖（1）是該設(shè)計(jì)的電路示意圖，圖中K1是交流接觸器直流電磁線圈，主要由敏感器件、控制環(huán)節(jié)、切換電路及整流器組成，其中的關(guān)鍵是敏感器件和切換電器中的功率半導(dǎo)體器件

敏感器件是采用半導(dǎo)體正溫度系數(shù)熱敏電阻。正溫度系數(shù)熱敏電阻（PTC）在常溫環(huán)境下具有較小的電阻值，當(dāng)通一定電流時(shí)，其電阻值迅速增大。利用此特性，控制交流接觸器電磁線圈的供電，使其在通電初具有較大的電流，保證接觸器銜鐵的吸合，隨著熱敏電阻阻值的迅速增大，控制直流電磁線圈的電流減小，最后穩(wěn)定在吸持狀態(tài)。切換電路中關(guān)鍵器件是功率半導(dǎo)體器件（晶體閘流管、大功率晶體管等），利用其開(kāi)關(guān)特性代替有觸頭開(kāi)關(guān)，實(shí)現(xiàn)電流切換；同時(shí)也可利用其電流控制作用，控制交流接觸器電磁線圈的吸持電流。整流器由半導(dǎo)體整流二極管組成。

3、實(shí)用節(jié)電線圈

電路圖如圖（2）所示，K1是接觸直流電磁線圈。切換元件R1是正溫度系數(shù)半導(dǎo)體熱能電阻（PTC），VT2為觸發(fā)二極管，VT1為晶閘管。

工作原理如下：當(dāng)交流接觸器通電工作時(shí)，在L1、L2兩端接通交流工作電源，初始電流經(jīng)熱敏電阻R1觸發(fā)二極管VT2為晶閘管VT1的控制極提供一導(dǎo)通信號(hào)。由于正溫度系數(shù)半導(dǎo)體熱敏電阻R1的電阻初始值很小，所以觸發(fā)電流使晶閘管VT1全導(dǎo)通，經(jīng)整流器UR整流，直流電磁線圈K1上得到高電壓直流電，從而使接觸器迅速吸合。由于熱敏電阻R1的阻值隨著其中電流的通過(guò)而迅速增大，使晶閘管VT1的導(dǎo)通角迅速減小，經(jīng)晶閘管VT1的電流減小，于是通過(guò)整流器UR整流到電磁線圈K1的電流僅能夠維持交流接觸器的吸合，達(dá)到節(jié)電降噪的目的。電阻R2、R3及電容C2用于改善晶閘管VT1的小導(dǎo)通時(shí)的導(dǎo)通特性，確保為電磁線圈提供合適的吸持電流。

根據(jù)交流接觸器電壓和容量的不同選用不同型號(hào)熱敏電阻、晶閘管等器件，可制成節(jié)電線圈。如電路中R1選用小電流控制用熱敏電阻MZ61，R2、R3分別選用阻值為47kΩ和100kΩ的電阻，電容C1、C2都選用為0.1μF/160V，晶閘管VT1選用KS5/6型，觸發(fā)二極管VT2選用2CTS型，整流器UR選用4007×4型，以上這些參數(shù)制成的節(jié)電線圈適用于CJ10、CJ12兩種系列（100~250A）左右的交流接觸器。

4、實(shí)際應(yīng)用情況

根據(jù)上述的控制原理和選用選了電子元件，本人制作了3套一體化節(jié)電線圈，并投入到4L-20/8空壓機(jī)控制電路中試運(yùn)行，控制交流接觸器的型號(hào)為CJ12-250A。經(jīng)過(guò)半年的試運(yùn)行，交流接觸器無(wú)發(fā)生因使用一體化節(jié)電線圈發(fā)生故障，一體化節(jié)電線圈也無(wú)發(fā)生過(guò)故障等，可見(jiàn)一體化節(jié)電線圈制作和應(yīng)用是可行的?？諌簷C(jī)控制電路應(yīng)用了一體化節(jié)電線圈后大大地減少接觸器吸合噪聲，同時(shí)也有效降低了原有的吸合線圈等電能損耗，經(jīng)過(guò)電能表的計(jì)量對(duì)比，使用一體化節(jié)電線圈后約可節(jié)約電能達(dá)0.3~0.4kWh/h，節(jié)電效果明顯，現(xiàn)我礦已制作了各類的一體化節(jié)電線圈投入應(yīng)用。

5、應(yīng)用電路注意事項(xiàng)

經(jīng)應(yīng)用得知，在交流接觸器能正常工作的條件下，更換應(yīng)用實(shí)用電路制成的一體化無(wú)聲節(jié)電線圈時(shí)，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：（1）提供電源電壓不能太低，線圈技術(shù)參數(shù)與使用條件應(yīng)相符，否則電磁鐵吸不上或吸不到底；（2）電源電壓不能太低或太高，容易造成線圈過(guò)熱或燒損；（3）實(shí)用電路電子器件選擇應(yīng)與交流接觸器的工作電流相匹配，操作頻率不應(yīng)過(guò)高，否則會(huì)造成觸頭過(guò)熱和電子元件燒損。

6、結(jié)束語(yǔ)

篇9

關(guān)鍵詞：用電器具，溫度調(diào)節(jié)，采樣比較，節(jié)能控制

Multiplex Temperature Automatic Regulation Controller

Wang Mu1，Wang Yu2， Su He Lin1

（Sichuan Electric Power Research Institute Sichuan 6100721 Sichuan Electric Power Company of Neijiang Electric Power Bureau o Sichuan Neijiang 6410002）

Abstract： Whether the unit office， room settings， or family application， air–condi tioning， fans and other temperature-regulating device is power consumption big， occupy almost half of electricity， in addition to existing products， mostly manual shift and open-stop， is not convenient， and can not follow the temperature change can be， even in high gear， enter midnight or thunderstorm days a rapid drop in temperature， can also cause the use of human colds and other illnesses occur. To this end， we carried out a " multichannel temperature automatic regulation controller " development， can make the electric fan， air conditioner temperature automatic shifting and open-stop， technical level rises considerably， and is in favor of saving energy and people's physical and mental health.

Key words：Electric appliances， Temperature regulation， Sampling comparison， Energy-saving control

1 設(shè)計(jì)制作

為完成夏季溫度控制，首先選用傳感器進(jìn)行環(huán)境溫度采樣，本裝置設(shè)計(jì)特點(diǎn)是傳感器為一組相同的負(fù)溫型熱敏電阻，傳感器為一組相同的負(fù)溫型熱敏電阻，實(shí)現(xiàn)環(huán)境溫度采樣。采集到的信號(hào)送往以六非門(mén)集成塊為中心的比較判斷電路，進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換控制，再經(jīng)功率放大與導(dǎo)通角等驅(qū)動(dòng)處理，啟動(dòng)無(wú)極調(diào)壓和繼電器件，實(shí)現(xiàn)風(fēng)扇、空調(diào)的溫度控制。對(duì)此，我們實(shí)施了電路設(shè)計(jì)，請(qǐng)見(jiàn)圖1。

1.1 電路原理

220V交流電分兩路工作，一路經(jīng)降壓、整流、濾波、穩(wěn)壓等處理，形成直流工作電源，供給溫度傳感與判斷控制等前端器件工作，另一路則送往可控硅和繼電器結(jié)點(diǎn)，提供給經(jīng)溫度控制下的動(dòng)力電源。

在圖1中，各段所用的溫度采樣器件是型號(hào)參數(shù)相同的3.6 KΩ負(fù)溫型熱敏電阻Rt，故未編序號(hào)。另采用的一個(gè)54LS04六非門(mén)集成電路，是判斷控制的中心，貫穿始終。根據(jù)運(yùn)行特點(diǎn)，儀器分成兩大部分：

1.2 無(wú)極調(diào)壓控制

從圖2中可以看到，第一組熱敏電阻Rt和線性電阻R1串聯(lián)，再與負(fù)端電阻R2對(duì)12V電源分壓，形成對(duì)54LS04第一非門(mén)1-2的門(mén)檻電壓值。比如在夏天，當(dāng)溫度為25-280C時(shí)，3.6KΩ負(fù)溫型熱敏電阻Rt阻值下降為3KΩ，這時(shí)680Ω電阻R2的分壓值UR2≥2V，超過(guò)門(mén)檻值，第一級(jí)非門(mén)翻轉(zhuǎn)，輸出低電平。

為配合低電平信號(hào)，我們選用了兩個(gè)PNP型9015和8550晶體管BG1-2構(gòu)成復(fù)合功放器，經(jīng)功率放大后的信號(hào)，使繼電器J1啟動(dòng)。

繼電器J1啟動(dòng)后，常開(kāi)接點(diǎn)J1-1閉合，接通200kΩ電阻R14和電容C1，產(chǎn)生低頻振蕩，經(jīng)DB3雙向二極管D1送達(dá)可控硅控制極，形成較小導(dǎo)通角，輸出約100V電壓，風(fēng)扇啟動(dòng)旋轉(zhuǎn)。

若溫度再升高，達(dá)到28-320C時(shí)，第二級(jí)熱敏電阻Rt下降到約2.4KΩ，560Ω電阻R4的分壓值UR4超過(guò)74LS04的3-4非門(mén)門(mén)檻電壓，該門(mén)翻轉(zhuǎn)，BG3-4導(dǎo)通，繼電器J2啟動(dòng)，接通100kΩ電阻的R15和C1，產(chǎn)生中頻振蕩，使可控硅導(dǎo)通角增大，輸出約150V電壓，風(fēng)扇中速旋轉(zhuǎn)。

同理，當(dāng)溫度達(dá)到320C以上時(shí)，UR6超過(guò)3-4非門(mén)門(mén)檻電壓，該非門(mén)翻轉(zhuǎn)，BG5-6導(dǎo)通，J3啟動(dòng)，產(chǎn)生最大導(dǎo)通角，可控硅直通，輸出全電壓，風(fēng)扇高速轉(zhuǎn)動(dòng)。

此塊電路通過(guò)對(duì)不同溫度的采集，轉(zhuǎn)換為可控硅導(dǎo)通角的調(diào)整，使之輸出不同交流電壓值，實(shí)現(xiàn)風(fēng)扇轉(zhuǎn)速自動(dòng)控制。反之，當(dāng)溫度低于250C，各級(jí)非門(mén)都超不過(guò)門(mén)檻電壓，故形成自動(dòng)關(guān)閉，達(dá)到節(jié)能目的。

篇10

關(guān)鍵詞：高考試題；核心素養(yǎng)；物理觀念；科學(xué)思維；科學(xué)探究；學(xué)習(xí)進(jìn)階

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-6148（2017）2-0045-4

在深化基礎(chǔ)教育課程改革和考試招生制度改革的背景下，“核心素養(yǎng)”成為一線教師和命題老師關(guān)注的焦點(diǎn)。物理學(xué)科的核心素養(yǎng)包括物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究和科學(xué)態(tài)度與責(zé)任，核心素養(yǎng)的命題立意在2016年高考物理試題中得到了很好的體現(xiàn)，為今后一段時(shí)期內(nèi)的高考內(nèi)容改革指明了方向[1]。

1 立足經(jīng)典模型，考查物理觀念

“物理觀念”是指基本知識(shí)、基本概念、基本規(guī)律和基本方法等在頭腦中的提煉和升華。主要包括運(yùn)動(dòng)觀念、物質(zhì)觀念、相互作用觀念、能量觀念等要素。

例1 （2016江蘇卷第2題）有A、B兩小球，B的質(zhì)量為A的兩倍。現(xiàn)將它們以相同速率沿同一方向拋出，不計(jì)空氣阻力。圖1中①為A的運(yùn)動(dòng)軌跡，則B的運(yùn)動(dòng)軌跡是（ ）

A.① B.② C.③ D.④

分析 本題從運(yùn)動(dòng)觀念立意，利用經(jīng)典的拋體模型，考查拋體運(yùn)動(dòng)觀念。拋體運(yùn)動(dòng)的加速度始終為g，與拋體的質(zhì)量無(wú)關(guān)。當(dāng)將A、B兩物體以相同速率沿同一方向拋出時(shí)，運(yùn)動(dòng)軌跡應(yīng)該相同。本題如果學(xué)生沒(méi)有形成正確的拋體運(yùn)動(dòng)觀念，很容易想當(dāng)然地認(rèn)為重的物體拋得近一些，錯(cuò)誤地選C選項(xiàng)。

例2 （2016全國(guó)I卷第19題）如圖2，一光滑的輕滑輪用細(xì)繩OO' 懸掛于O點(diǎn)；另一細(xì)繩跨過(guò)滑輪，其一端懸掛物塊a，另一端系一位于水平粗糙桌面上的物塊b。外力F向右上方拉b，整系統(tǒng)處于靜止?fàn)顟B(tài)。若F方向不變，大小在一定范圍內(nèi)變化，物塊b仍始終保持靜止，則（ ）

A.繩OO' 的張力也在一定范圍內(nèi)變化

B.物塊b所受到的支持力也在一定范圍內(nèi)變化

C.連接a和b的繩的張力也在一定范圍內(nèi)變化

D.物塊b與桌面間的摩擦力也在一定范圍內(nèi)變化

分析 本題從力的相互作用觀念立意。由滑輪性質(zhì)，滑輪兩側(cè)繩的拉力相等，物體a受到繩的拉力等于其重力。物體a、b均保持靜止，則a、b受到繩的拉力大小方向均不變，所以O(shè)O' 的張力不變，排除A、C選項(xiàng)，本題是多項(xiàng)選擇題，利用排除法可以得出B、D選項(xiàng)正確。

例3 （2016海南卷第10題）如圖3，一帶正電的點(diǎn)電荷固定于O點(diǎn)，兩虛線圓均以O(shè)為圓心，兩實(shí)線分別為帶電粒子M和N先后在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的軌跡，a、b、c、d、e為軌跡和虛線圓的交點(diǎn)。不計(jì)重力，下列說(shuō)法正確的是（ ）

A.M帶負(fù)電荷，N帶正電荷

B.M在b點(diǎn)的動(dòng)能小于它在a點(diǎn)的動(dòng)能

C.N在d點(diǎn)的電勢(shì)能等于它在e點(diǎn)的電勢(shì)能

D.N在從c點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到d點(diǎn)的過(guò)程中克服電場(chǎng)力做功

分析 本題從能量觀念立意，以點(diǎn)電荷電場(chǎng)和帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)這一經(jīng)典模型為背景，考查電場(chǎng)力做功和動(dòng)能、電勢(shì)能的變化關(guān)系，是一道以能量觀念立意的試題。電場(chǎng)能量的基本觀念是：在同一等勢(shì)面上，電場(chǎng)力不做功；電場(chǎng)力做正功，動(dòng)能增加，電勢(shì)能減少；反之，電場(chǎng)力做負(fù)功，動(dòng)能減少，電勢(shì)能增加。

啟示 通過(guò)以上三道試題的分析說(shuō)明，高考試題旨在倡導(dǎo)通過(guò)高中階段的教學(xué)，尋找最佳的教學(xué)序列并精心設(shè)計(jì)教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生四大物理觀念，即運(yùn)動(dòng)觀念、物質(zhì)觀念、相互作用觀念和能量觀念等；促進(jìn)物理觀念的不斷進(jìn)階，并能用這些觀念解決實(shí)際生活中的一些問(wèn)題或應(yīng)用這些觀念來(lái)描述自然界的圖景。

2 創(chuàng)設(shè)意義情景，考查科學(xué)思維

“科學(xué)思維”是指物理學(xué)的認(rèn)識(shí)方式和科學(xué)方法的內(nèi)化，主要包括物理模型的建構(gòu)、科學(xué)思維的推理和論證等相關(guān)要素。

例4 （2016全國(guó)I卷第17題）利用三顆位置適當(dāng)?shù)牡厍蛲叫l(wèi)星，可使地球赤道上任意兩點(diǎn)之間保持無(wú)線電通訊。目前地球同步衛(wèi)星的軌道半徑約為地球半徑的6.6倍。假設(shè)地球的自轉(zhuǎn)周期變小，若仍僅用三顆同步衛(wèi)星來(lái)實(shí)現(xiàn)上述目的，則地球自轉(zhuǎn)周期的最小值約為（ ）

A.1 h B.4 h C.8 h D.16 h

分析 本題基于一種科學(xué)假設(shè)的情況下，以科學(xué)思維立意，考查考生的科學(xué)思維過(guò)程。這包括：

（1）模型建構(gòu)。地球自轉(zhuǎn)周期變小，衛(wèi)星要與地球保持同步，則衛(wèi)星的公轉(zhuǎn)周期怎么變化？

（2）科學(xué)思維推理。從定性思維角度分析，在衛(wèi)星離地球的高度變小的情況下，要實(shí)現(xiàn)三顆衛(wèi)星覆蓋全球的目的，三顆衛(wèi)星的位置應(yīng)該怎樣分布？

（3）科學(xué)思維論證。在科學(xué)推理的基礎(chǔ)上，作出幾何關(guān)系圖，定量思維求出最小軌道半徑，計(jì)算出最小周期。

例5 （2016江蘇卷第9題）如圖4所示，一只貓?jiān)谧肋吤偷貙⒆啦紡聂~(yú)缸下拉出，魚(yú)缸最終沒(méi)有滑出桌面。若魚(yú)缸、桌布、桌面兩兩之間的動(dòng)摩擦因數(shù)均相等，則在上述過(guò)程中（ ）

A.桌布對(duì)魚(yú)缸摩擦力的方向向左

B.魚(yú)缸在桌布上的滑動(dòng)時(shí)間和在桌面上的相等

C.若貓?jiān)龃罄?，魚(yú)缸受到的摩擦力將增大

D.若貓減小拉力，魚(yú)缸有可能滑出桌面

分析 以貓拉桌布為情境，建構(gòu)木板木塊模型，以科學(xué)思維立意，考查考生的科學(xué)思維過(guò)程。

（1）模型建構(gòu)。魚(yú)缸在桌布上和在桌面上的受力與運(yùn)動(dòng)模型。

（2）科學(xué)思維推理。因?yàn)轸~(yú)缸、桌布、桌面兩兩之間的動(dòng)摩擦因數(shù)均相等，魚(yú)缸受到桌布向右的摩擦力與它受到桌面向左的摩擦力大小相等，所以魚(yú)缸向右加速的加速度大小與向右減速的加速度大小相等，方向相反。魚(yú)缸的初速度為零，末速度也為零，根據(jù)對(duì)稱性可知，魚(yú)缸做加速運(yùn)動(dòng)的時(shí)間與做減速運(yùn)動(dòng)的時(shí)間相等。

（3）科學(xué)思維論證。定性思維，若貓減小拉力，桌布的加速度減小，魚(yú)缸在桌布上的運(yùn)動(dòng)時(shí)間變長(zhǎng)，而魚(yú)缸向右的加速度不變，由x=at2/2知，魚(yú)缸相對(duì)于桌面的位移變大，桌布被拉出后魚(yú)缸在桌面上的位移也變大，魚(yú)缸就有可能滑出桌面。

啟示 從以上兩道試題分析看出，試題通過(guò)意義情境（科學(xué)假設(shè)或聯(lián)系實(shí)際），考查科學(xué)思維，啟示在今后的高中教學(xué)中，應(yīng)培養(yǎng)學(xué)生模型建構(gòu)的意識(shí)和能力；培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用科學(xué)思維方法，從定性和定量?jī)蓚€(gè)方面進(jìn)行科學(xué)推理和論證的關(guān)鍵能力。核心素養(yǎng)的形成不是一蹴而就的，需要在教育教學(xué)過(guò)程中慢慢形成[2]。

3 基于事實(shí)證據(jù)，考查科學(xué)探究和科學(xué)態(tài)度與責(zé)任

“科學(xué)探究”是指基于證據(jù)的猜想和假設(shè)，獲取證據(jù)信息和處理信息，并對(duì)實(shí)驗(yàn)探究過(guò)程和結(jié)果進(jìn)行分析和評(píng)估?！翱茖W(xué)態(tài)度與責(zé)任”是指對(duì)待科學(xué)的正確態(tài)度和責(zé)任感，主要包括“科學(xué)本質(zhì)，科學(xué)態(tài)度，科學(xué)?技術(shù)?社會(huì)?環(huán)境關(guān)系（簡(jiǎn)稱STSE）”等要素。

例6 （2016全國(guó)I卷23題） 現(xiàn)要組裝一個(gè)由熱敏電阻控制的報(bào)警系統(tǒng)，要求當(dāng)熱敏電阻的溫度達(dá)到或超過(guò)60 ℃時(shí)，系統(tǒng)報(bào)警。提供的器材有：熱敏電阻，報(bào)警器（內(nèi)阻很小，流過(guò)的電流超過(guò)Ic時(shí)就會(huì)報(bào)警），電阻箱（最大阻值為999.9 Ω），直流電源（輸出電壓為U，內(nèi)阻不計(jì)），滑動(dòng)變阻器R1（最大阻值為1000 Ω），滑動(dòng)變阻器R2（最大阻值為2000 Ω），單刀雙擲開(kāi)關(guān)一個(gè)，導(dǎo)線若干。

在室溫下對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)。已知U約為18 V，Ic約為10 mA。流過(guò)報(bào)警器的流超過(guò)20 mA時(shí)，報(bào)警器可能損壞。該熱敏電阻的阻值隨溫度升高而減小，在60 ℃時(shí)阻值為650.0 Ω。

（1）在答題卡上完成待調(diào)節(jié)的報(bào)警系統(tǒng)原理電路圖（圖5）的連線。

（2）電路中應(yīng)選用滑動(dòng)變阻器_____________（填“R1”或“R2”）。

（3）按照下列步驟調(diào)節(jié)此報(bào)警系統(tǒng)：

①電路接通前，需將電阻箱調(diào)到一固定的阻值，根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求，這一阻值為_(kāi)_____Ω；滑動(dòng)變阻器的滑片應(yīng)置于_______（填“a”或“b”）端附近，不能置于另一端的原因是 。

②將開(kāi)關(guān)向_______（填“c”或“d”）端閉合，緩慢移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片，直至 。

（4）保持滑動(dòng)變阻器滑片的位置不變，將開(kāi)關(guān)向另一端閉合，報(bào)警系統(tǒng)即可正常使用。

分析 本題將熱敏電阻與報(bào)警器聯(lián)系起來(lái)創(chuàng)設(shè)新的情境，探索報(bào)警系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)原理、提出新的操作步驟和思路。

（1）基于證據(jù)的猜想和假設(shè)

現(xiàn)要組裝一個(gè)由熱敏電阻控制的報(bào)警系統(tǒng)，要求當(dāng)熱敏電阻的溫度達(dá)到或超過(guò)60 ℃時(shí)，系統(tǒng)報(bào)警。由圖5可知，若把電阻箱作為模擬的熱敏電阻，利用等效替代實(shí)驗(yàn)思想，即電阻箱和熱敏電阻并聯(lián)連接探究報(bào)警系統(tǒng)的原理，也是基于科學(xué)的態(tài)度和責(zé)任，防止貿(mào)然接入電路，損壞報(bào)警器。

（2）獲取證據(jù)信息和處理信息

證據(jù)信息：已知U約為18 V，Ic約為10 mA；流過(guò)報(bào)警器的電流超過(guò)20 mA時(shí)，報(bào)警器可能損壞。

處理信息：根據(jù)歐姆定律R=U/I，當(dāng)U=18 V，通過(guò)報(bào)警器的電流10 mA≤Ic≤20 mA，故電路中總電阻： 900 Ω≤R≤1800 Ω。題中說(shuō)明熱敏電阻在60 ℃時(shí)阻值為650.0 Ω，則串聯(lián)在電路中的電阻箱應(yīng)選R2。

（3）探究過(guò)程與結(jié)果的分析和評(píng)估

為防止通過(guò)報(bào)警器的電流過(guò)大，燒壞報(bào)警器，因此在連接電路時(shí)，滑動(dòng)變阻器應(yīng)滑至最大值，即滑動(dòng)變阻器的滑片置于b端。同時(shí)先接通模擬熱敏電阻，即開(kāi)關(guān)向c端靠攏，然后緩慢移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片，直至報(bào)警器開(kāi)始報(bào)警，這也體現(xiàn)了對(duì)科學(xué)探究的正確態(tài)度和責(zé)任感。

啟示 從以上試題分析可以看出，基于事實(shí)證據(jù)的過(guò)程性評(píng)價(jià)，診斷學(xué)生的學(xué)習(xí)情況和學(xué)習(xí)困惑，能夠促進(jìn)教與學(xué)行為的改進(jìn)，從而促進(jìn)學(xué)生的發(fā)展。在高中教學(xué)中要注重培養(yǎng)學(xué)生基于證據(jù)的科學(xué)探究意識(shí)，科學(xué)探究的態(tài)度與責(zé)任，能在學(xué)習(xí)和日常生活中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、提出合理猜測(cè)與假設(shè)；使用各種方式、方法收集信息和處理信息，并能正確實(shí)施探究過(guò)程和對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析和評(píng)估。

物理核心素養(yǎng)的培養(yǎng)離不開(kāi)學(xué)生的學(xué)習(xí)實(shí)踐，物理教學(xué)應(yīng)以貫穿物理核心素養(yǎng)的養(yǎng)成為主線，以學(xué)生的學(xué)習(xí)實(shí)踐為依托，以評(píng)價(jià)改革推力成為深化改革的動(dòng)力源[3]。

參考文獻(xiàn)：

[1]程力.增強(qiáng)基礎(chǔ)性和綜合性 深化高考物理內(nèi)容改革[J].物理教師，2016，37（5）：74-77.