1、第三讲：电感和电容对交流电第三讲：电感和电容对交流电的作用的作用传传 感感 器器 夏邑高中高三物理夏邑高中高三物理通直流通直流 ，阻交流阻交流 通低频，通低频，阻高频阻高频 电感对交变电流的作用：电感对交变电流的作用：低频扼流圈（低频扼流圈（L L大）大）高频扼流圈（高频扼流圈（L L小）小）电感、电容对交流电的作用电感、电容对交流电的作用感抗感抗（1 1）反映电感对交变电流阻碍作用的大小。）反映电感对交变电流阻碍作用的大小。（2 2）影响感抗大小的因素）影响感抗大小的因素 内因内因自感系数越大自感系数越大外因外因交流的频率交流的频率f.f.具体关系：具体关系：fLXL2（a a）低频扼流圈：
2、）低频扼流圈：（b b）高频扼流圈：）高频扼流圈：“通直流、阻交流通直流、阻交流”。通过低频，阻高频。通过低频，阻高频。通交流通交流 ，隔隔直流直流 通高频通高频 ，阻低频，阻低频隔直电容器隔直电容器高频旁路电容器（高频旁路电容器（C C小）小）电容对交变电流的作用：电容对交变电流的作用：容抗容抗（1 1）反映电容对交流的阻碍作用）反映电容对交流的阻碍作用（2 2）影响容抗大小的因素）影响容抗大小的因素电容电容越大，越大，交流的频率交流的频率越高，电容器对越高，电容器对交流的阻碍作用就越小，容抗越小。交流的阻碍作用就越小，容抗越小。2 2fCfC1 1X XC C应用应用（1 1）隔直电容：隔
3、直流，通交流。）隔直电容：隔直流，通交流。（2 2）高频旁路电容：让高频交流信号）高频旁路电容：让高频交流信号通过电容，而将低频信号送到下一级。通过电容，而将低频信号送到下一级。作用：通高频，阻低频。作用：通高频，阻低频。3 3。能量的转化：电能和电场能往复转化。能量的转化：电能和电场能往复转化1 1、如图所示，从、如图所示，从abab端输入的交流含有高频和低频成分，端输入的交流含有高频和低频成分，为了使为了使R R上尽可能上尽可能少少地含有高频成分，采用图示电路，地含有高频成分，采用图示电路，其其L L的作用是的作用是_，C C的作用是的作用是_。解析：因解析：因L L有有“通低频、通低频、
4、阻高频阻高频”的特点，的特点，因此因此L L的作用是阻挡高频成分；而通过的作用是阻挡高频成分；而通过L L后还有后还有少量的高频成分，利用少量的高频成分，利用C“C“通高频通高频、阻低频、阻低频”的特点，使绝大部分高频成分从的特点，使绝大部分高频成分从C C流过。流过。阻挡高频成分阻挡高频成分使绝大部分高频成分从使绝大部分高频成分从C流过流过高频扼流圈高频扼流圈高频旁路电容高频旁路电容2 2、如图所示，当交流电源的电压（有效值）、如图所示，当交流电源的电压（有效值）U U220V220V、频率频率f f50Hz50Hz时，三只灯时，三只灯A A、B B、C C的亮度相同（的亮度相同（L L无直
5、无直流电阻）。流电阻）。（1 1）将交流电源的频率变为）将交流电源的频率变为f f100Hz100Hz，则，则 （）（2 2）将电源改为）将电源改为U U220V220V的直流电源，则的直流电源，则 （）A AA A灯比原来亮灯比原来亮 B BB B灯比原来亮灯比原来亮C CC C灯和原来一样亮灯和原来一样亮 D DC C灯比原来亮灯比原来亮 AC BC直流电只受直流电阻的影响。直流电只受直流电阻的影响。线圈除受直流电阻的影响还受感抗的线圈除受直流电阻的影响还受感抗的阻碍作用阻碍作用串联分压串联分压C CL LX XR RU U或或X XR RU UI I后级输入后级输入前级输出前级输出3.3
6、.在电子技术中，从某一装置输出的电流常常既有在电子技术中，从某一装置输出的电流常常既有交流成分，又有直流成分。如果交流成分，又有直流成分。如果只需要把交流成分只需要把交流成分输送到下一级装置输送到下一级装置，只要在两级电路之间接入一个，只要在两级电路之间接入一个电容器（称做电容器（称做隔直电容器隔直电容器）就可以了。电容器应并）就可以了。电容器应并联还是串联接入电路？右图所示的接法对吗？为什联还是串联接入电路？右图所示的接法对吗？为什么？么？解解：电容器应串联接入电路，图示接法是正确的。：电容器应串联接入电路，图示接法是正确的。由于电容器串联接入电路，直流成分不能通过，由于电容器串联接入电路，
7、直流成分不能通过，而交流成分可以通过电容器被输出到下一级装置。而交流成分可以通过电容器被输出到下一级装置。4.4.在电子技术中，从某一装在电子技术中，从某一装置输出的交流常常既有高频成置输出的交流常常既有高频成分，又有低频成分。如果只需分，又有低频成分。如果只需要把要把低频成分输送到下一级装低频成分输送到下一级装置置，只要在下一级电路的输入，只要在下一级电路的输入端并联一个电容器就可以达到端并联一个电容器就可以达到目的（如右图）。具有这种用目的（如右图）。具有这种用途的电容器叫做途的电容器叫做高频旁路电容高频旁路电容器器。请说明它的工作原理。请说明它的工作原理。后级输入后级输入前级输出前级输出
8、答：电容器对高频成分的容抗小，对低频成分的容答：电容器对高频成分的容抗小，对低频成分的容抗大，如图这样联接，高频成分就通过抗大，如图这样联接，高频成分就通过“旁路旁路”的的电容器，而低频成分输送到下一级装置。电容器，而低频成分输送到下一级装置。可见：在电子技术中，电容广泛应用。可见：在电子技术中，电容广泛应用。1、传感器的概念：、传感器的概念：2、传感器的工作原理：、传感器的工作原理：3、敏感元件：、敏感元件：（1）光敏电阻光敏电阻 （光电传感器）（光电传感器）（2）热敏电阻和热电阻热敏电阻和热电阻（温度传感器）温度传感器）（3）电容式传感器电容式传感器（位移传感器）（位移传感器）（4）霍尔元
9、件霍尔元件（磁传感器）（磁传感器）非电学量非电学量敏感元件敏感元件转换器件转换器件转换电转换电路路电学量电学量传感器是指这样一类元件：它能够感受诸如力、温度、光、传感器是指这样一类元件：它能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等非电学量，并能把它们按照一定的规律转换声、化学成分等非电学量，并能把它们按照一定的规律转换为电压、电流等电学量，或转换为电路的通断。为电压、电流等电学量，或转换为电路的通断。（5）干簧管（磁场传感器）干簧管（磁场传感器）传感器：采集信息，一般转化电学量传感器：采集信息，一般转化电学量1、光敏电阻、光敏电阻光敏电阻实物图光敏电阻实物图光照情况光照情况受光表面暴露受光表面暴
10、露受光表面遮住受光表面遮住电阻阻值电阻阻值电阻小电阻小电阻大电阻大光敏电阻能够把光敏电阻能够把光照强弱光照强弱这个光学量转换这个光学量转换为为电阻电阻这个电学量这个电学量特点特点作用作用例例1如图所示，如图所示，R1、R2为定值电阻，为定值电阻，L是小灯泡，是小灯泡，R3为光敏电阻，当照射光强度增大时，（为光敏电阻，当照射光强度增大时，（）A电压表的示数增大电压表的示数增大 BR2中电流减小中电流减小C小灯泡的功率增大小灯泡的功率增大 D电路的路端电压增大电路的路端电压增大R3 R I U1(=IR1)U2(=E-Ir-U1)U(=E-Ir)IL=I-I2。ABC动态分析动态分析金属的电阻率随
11、温度的升高而增金属的电阻率随温度的升高而增大大，电阻增大电阻增大，用金属丝可以制，用金属丝可以制作温度传感器，称为热电阻，常作温度传感器，称为热电阻，常用的一种热电阻是用铂制作的。用的一种热电阻是用铂制作的。与金属不同，与金属不同，温度上升时温度上升时，有些，有些半导体的半导体的导电能力增强导电能力增强，电阻增电阻增小小，因此可以用半导体材料制作，因此可以用半导体材料制作热敏电阻热敏电阻。与热敏电阻相比，金属热电阻的与热敏电阻相比，金属热电阻的化学稳定性好，测温范围大，但化学稳定性好，测温范围大，但灵敏度较差。灵敏度较差。热敏电阻或金属热热敏电阻或金属热电阻能够把电阻能够把温度温度这这个热学量
12、转换为个热学量转换为电电阻阻这个电学量这个电学量特点特点作用作用例例2.2.有定值电阻、热敏电阻、光敏电有定值电阻、热敏电阻、光敏电阻三只元件分别接入如图所示电路中阻三只元件分别接入如图所示电路中A A、B B两点后，用黑纸包住元件置入两点后，用黑纸包住元件置入热水热水中，中，观察观察欧姆表欧姆表的示数，下列说法正确的的示数，下列说法正确的是（是（）ABA A.置入热水中与不置入热水中相比，欧姆表示数变化较大，这只元置入热水中与不置入热水中相比，欧姆表示数变化较大，这只元件一定是热敏电阻件一定是热敏电阻B B.置入热水中与不置入热水中相比，欧姆表示数不变化，这只元件置入热水中与不置入热水中相比
13、，欧姆表示数不变化，这只元件一定是定值电阻一定是定值电阻C C.用黑纸包住与不用黑纸包住元件相比，欧姆表示数变化较大，这用黑纸包住与不用黑纸包住元件相比，欧姆表示数变化较大，这只元件一定是光敏电阻只元件一定是光敏电阻D D.用黑纸包住与不用黑纸包住元件相比，欧姆表示数相同，这只元用黑纸包住与不用黑纸包住元件相比，欧姆表示数相同，这只元件一定是定值电阻件一定是定值电阻ACD图丙是测量图丙是测量 的电容式传感器，原理是的电容式传感器，原理是 。固定电极固定电极可动电极可动电极F丙丙压力压力F由于由于C1/d，压力，压力F 作用在可动电极上，引起极板间距作用在可动电极上，引起极板间距d 的变化，通过
14、测出的变化，通过测出C的变化，测量压力的变化，测量压力F的变化。的变化。图丁是测量图丁是测量 的电容式传感器，原理是的电容式传感器，原理是 。极板极板电介质电介质丁丁x位移位移x由于由于C 随着电介质进入极板间的长度发生变化，通过随着电介质进入极板间的长度发生变化，通过测出测出C的变化，测量位移的变化，测量位移x的变化。的变化。3.电容式传感器电容式传感器例例3.3.随着生活质量的提高，自动干手机已进入家随着生活质量的提高，自动干手机已进入家庭，洗手后，将湿手靠近自动干手机，机内的传庭，洗手后，将湿手靠近自动干手机，机内的传感器便驱动电热器加热，有热空气从机内喷出，感器便驱动电热器加热，有热空
15、气从机内喷出，将湿手烘干。手靠近干手机能使传感器工作，是将湿手烘干。手靠近干手机能使传感器工作，是因为因为 （）A.A.改变了湿度改变了湿度 B.B.改变了温度改变了温度C.C.改变了磁场改变了磁场 D.D.改变了电容改变了电容 D待测压力待测压力F固定电极固定电极膜片电极膜片电极例例4 4传感器是一种采集信号的重要器件，如图是一种测传感器是一种采集信号的重要器件，如图是一种测定定压力压力的电容式传感器，当待测压力的电容式传感器，当待测压力F F作用于可动膜片产作用于可动膜片产生变形，引起电容的变化，若将电容器、灵敏电流计和电生变形，引起电容的变化，若将电容器、灵敏电流计和电源串联接成闭合电路
16、，那么（源串联接成闭合电路，那么（）A A当当F F向上压膜片电极时，电容将减小向上压膜片电极时，电容将减小B B当当F F向上压膜片电极时，电容将增大向上压膜片电极时，电容将增大C C若电流计有示数，则压力若电流计有示数，则压力F F发生变化发生变化D D若电流计有示数，则压力若电流计有示数，则压力F F不发生变化不发生变化 C=ss/4K/4Kd,bd,b变小。变小。Q=CU,UQ=CU,U不变，不变，C C变大。变大。BC电阻传感器的应用电阻传感器的应用 例例55热敏电阻热敏电阻是传感电路中常用的电子元件，现用伏安法研究是传感电路中常用的电子元件，现用伏安法研究电阻在不同温度下的伏安特性
17、曲线电阻在不同温度下的伏安特性曲线，要求特性曲线尽可能完，要求特性曲线尽可能完整已知常温下待测热敏电阻的阻值约整已知常温下待测热敏电阻的阻值约4 4 5 5.将热敏电阻将热敏电阻和温度计插入带塞的保温杯中，杯内有一定量的冷水，其他备和温度计插入带塞的保温杯中，杯内有一定量的冷水，其他备用的仪表和器具有：盛有热水的热水瓶用的仪表和器具有：盛有热水的热水瓶(图中未画出图中未画出)、电源、电源(3(3 V V、内阻可忽略、内阻可忽略)、直流电流表、直流电流表(内阻约内阻约1)1)、直流电压表、直流电压表(内阻内阻约约5 k5 k)、滑动变阻器、滑动变阻器(0(020)20)、开关、导线若干、开关、导
18、线若干(1)(1)在图在图(a)(a)中画出实验电路图中画出实验电路图(2)(2)根据电路图，在图根据电路图，在图(b)(b)所示的实物图上连线所示的实物图上连线(3)(3)简要写出完成接线后的主要实验步骤简要写出完成接线后的主要实验步骤 解析解析 常温下待测热敏电阻的阻值常温下待测热敏电阻的阻值R R1 1(约约4 4 5)5)较小，应该选用较小，应该选用安培表外接法安培表外接法热敏电阻的阻值随温度的热敏电阻的阻值随温度的升高而减小，热敏电阻两端的电压由零逐渐增大，滑动变升高而减小，热敏电阻两端的电压由零逐渐增大，滑动变阻器选用分压式阻器选用分压式(1)(1)实验电路如图所示实验电路如图所示(2)(2)根据电路图，连接实物图如根据电路图，连接实物图如下图所示下图所示(3)(3)完成接线后的主要实验步骤：完成接线后的主要实验步骤：往保温杯里加一些热往保温杯里加一些热水，待温度计稳定时读出温度计值；水，待温度计稳定时读出温度计值；调节滑动变阻器，调节滑动变阻器，快速测出几组电压表和电流表的值；快速测出几组电压表和电流表的值；重复重复和和，测量，测量不同温度下的数据；不同温度下的数据；绘出各测量温度下的热敏电阻的伏绘出各测量温度下的热敏电阻的伏安特性曲线安特性曲线
