传感器应用中的“控制电路”与“工作电路”，本文主要内容关键词为：传感器论文,电路论文,控制电路论文,工作论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
一、如此电路磁控防盗报警器会报警吗？
[例题1]选自人教社高中物理教材《物理3-2》（2006年12月第2版）P65“问题与练习”第1题：
“图6.4-4是一个简单的磁控防盗报警装置。门的上沿嵌入一小块永久磁体M，门框内与M相对的位置嵌入干簧管H，并且将干簧管接入图示电路。睡觉前连接好电路，当盗贼开门时，蜂鸣器就会叫起来。请说明它的工作原理，最好通过实验模拟这个电路的工作。”
仔细观察图1中所示电路，不禁产生疑问：此电路门被打开时会自动报警吗？报警时哪个电路在工作？电源以什么方式向蜂鸣器供电？
电路分析如下：当门闭合的时候，干簧管在磁场作用下处闭合状态，在图中所示的下部电路中a点处低电平，由于非门作用，使得b点获得高电平，而c点处高电平，这样，蜂鸣器两端bc间的电势差很小，蜂鸣器不能工作；而当门被打开时，干簧管断开，电源被开路在蜂鸣器工作的电路之外，是不能为蜂鸣器提供工作电能的，所以，此电路在门被打开后不能执行报警工作。
笔者认为此电路存在科学性问题，依据最简单的修改原则，此电路可以做如图2所示的修改。
这样，当门闭合的时候，干簧管在磁场作用下处闭合状态，下部回路中α点处低电平，由于非门作用，b点获得高电平，而c点处于高电平，所以，蜂鸣器两端bc间的电势差很小，蜂鸣器不能工作；而当门被打开时，干簧管断开，在上部回路中，由于电阻R的作用，使得α点处高电平，又由于非门作用，使得b点处低电平，c点始终处高电平状态，蜂鸣器两端bc间电势差增大，开始鸣叫报警。
通过例题1让我们认识到：磁控防盗报警器电路做了如图2的修改后，整个电路由两个闭合回路构成。两个回路的功能是不同的：图中下部回路利用干簧管起到自动化控制作用，简称为控制电路；上部回路则为用电器（蜂鸣器）提供工作条件，保证用电器正常工作，简称为工作电路。
在图2电路中，控制电路和工作电路共用一个电源。
二、这样的电路中电炉丝能加热吗？
在实际教学中，常常遇到控制电路和工作电路不分，甚至相互混淆的现象。
[例题2]选自延边大学出版社《世纪金榜》高中物理选修3-2，P76第17题。
现有热敏电阻、电炉丝、电源、电磁继电器、滑动变阻器、开关和导线若干，如下页图3所示，请设计一个温控电路：要求温度低于某一温度时，电炉丝自动通电供热；超过某一温度时，又可以自动断电，画出电路图并说明其工作过程。
命题者给出的答案是：电路图如图4所示，工作过程：闭合S，当温度低于设计值时热敏电阻阻值大，通过电磁继电器电流变小，不能使它工作，K接通电炉丝加热，当温度达到设计值时，热敏电阻的阻值减小到某值，通过电磁继电器的电流达到工作电流吸住衔铁P，K断开，电炉丝断电，停止供热。当温度低于设计值，又重复前述过程。
读到这个答案，不禁让我们思考：电炉丝跟控制电路能共用一个电源吗，电炉丝是大功率用电器，接在控制电路里的电源上电炉丝能加热工作吗？在教学中，这是一个将控制电路与工作电路不分的典型问题。
三、教材中两个光控开关电路有什么不同？
要阐明控制电路和工作电路功能上不同，请看人教社《物理3-2》（2006年12月第2版）P64图6.4-2中甲、乙两个光控开关电路，如图5所示。这两个光控开关电路有什么不同？教材中为什么要同时展示两个类似的电路？乙电路中为什么要通过继电器J来控制灯泡的工作？而不将灯泡L直接接在发光二极管LED的位置？教材中没有明确说明，因而在教学过程中，部分学生和教师对此问题模糊不清。
我们根据实验来分析两个电路功能上的区别。在这两个电路的实验中，我们使用的各个元件的物理参量如下：
：硫化锡光敏电阻，暗电阻≥200kΩ，强光照射下，亮电阻≤1kΩ。
：微型可调电阻，最大阻值51kΩ（或47kΩ）。
LED：红色发光二极管，外加电压≥1.8V时发光。
J：微型电磁继电器的电磁线圈（用漆包线绕在铁芯上，上千匝）。额定工作电压5V。实验中所用微型继电器线圈电压
≥4V时衔铁吸合，≤2V时衔铁释放。
：电磁继电器的常开触点。
D：二极管1 N4001，称为续流二极管。J通电时，D处于截止状态。J断电时，产生的自感电动势在D中形成电流，使J两端不能形成高电压，避免损坏集成电路IC。
斯密特触发器（74LS14）的输入端A和输出端Y的电位变化图象如图6所示，可直接驱动工作电流较小的LED光电二极管、微型电磁继电器、微型蜂鸣器，灌入电流可达40mA。但不能驱动工作电流大（如300mA）的小灯泡，更不能驱动照明电路的电灯工作。
对于（甲）图见图7，我们把可以把它的等效电路以闭合回路的形式画出来，如图甲2所示，在电路的上方回路为控制电路，下方为工作电路，由于用电器光电二极管LED是一个小功率、低电压用电器，两个电路可以共用一个电源。
对于乙图，由于斯密特触发器不能直接驱动大功率用电器工作，只能通过微型继电器等元件来实现对大功率用电器的自动化控制。所以，对于大功率用电器，就必须按乙图那样把控制电路跟工作电路设计为两个独立的电路，通过控制继电器的工作，达到自动控制工作电路工作的目的。
以照明电路的光控制为例，我们也可以把乙电路的等效电路以闭合电路的形式画出来[见图8]。如图乙2所示，在电路的左边回路为控制电路，使用5V直流恒定电源；右边回路为日常生活使用的照明工作电路，使用220V的生活用交流电源。
在实际自动化控制电路中，控制电路一般所使用的是低压稳恒电源，而工作电路，如电灯、电炉丝等一般使用的是生活交流电源，所以，电炉丝跟控制电路是不能共用同一个电源的。换一种说法，例题2中编题者所出示的设计电路答案，电炉丝是不能正常工作而制热的。
例题2中电炉丝自动供热电路，应该将控制电路和工作电路从电源上就分开，设计为两个闭合电路，两个闭合电路通过继电器来实现电炉丝的自动化控制。如图9所示，图中左方为控制电路，右方为电炉丝的工作电路。
工作过程：闭合S，当温度低于设计值时，热敏电阻阻值大，通过电磁继电器电流很小，不能使继电器工作，这时，衔铁P处释放状态，开关K接通交流220V工作电源，电炉丝加热；当温度升高达到设计值时，热敏电阻的阻值减小到某值，通过电磁继电器的电流达到工作电流，吸合衔铁P，使开关K断开交流220V工作电源，电炉丝断电，停止加热。当温度下降到设计值以下时，重复前述过程。
综上所述，我们教学中应该明确，利用传感器实现自动化控制的电路，从功能上分为控制电路和工作电路两个部分。一般控制电路使用低压电源，当用电器是小功率、低压电器时，如例题1中磁控防盗报警器和光控开关甲电路都是这样，工作电路与控制电路可以共用一个电源；当用电器是大功率用电器时，如例题2中电炉丝温控电路和光控开关乙电路，一般工作电路与控制电路都必须是两个独立的电路，各自使用与自己相适应的电源，两部分电路通过微型继电器相联系，实现自动化控制。