网光敏电阻在生活中的应用——光控LED灯

李 璇

（深圳市光明区第二中学 广东深圳 518000）

一、“光控LED灯”的设计背景

在初中物理电学知识的学习中，有一些特殊电阻，导电性会受到温度、光照、压力等外界因素的影响，它们被称为热敏电阻、光敏电阻、压敏电阻等。这些特殊电阻是使用半导体材料制成的，在我们现在的生活中应用非常广泛，在电学习题中出现的频率也较高。对于特殊电阻的考察，往往会结合实际的生活情境，比如下面这两道习题：

1.为保障安全运行，高铁列车上安装有烟雾报警装置。如图所示是某校科技小组设计的列车烟雾报警仪的简化原理图，电源两端电压保持不变，R0为定值电阻，光敏电阻R的阻值随光照强度的减弱而增大，当输出信号端的电压达到某一数值时，报警器开始报警。当列车上有烟雾遮挡了射向光敏电阻R的激光时，下列说法正确的是（ ）

A.电流表示数不变，输出信号端电压变大

B.电流表示数变小，输出信号端电压变大

C.电流表示数变大，输出信号端电压变小

D.电流表示数变小，输出信号端电压不变

2.某研究性学习小组设计了一种测定风力的装置，其原理如图甲所示。迎风板与一个压敏电阻Rx连接，工作时迎风板总是正对风吹来的方向，压敏电阻随风力的变化而变化，已知电源电压恒为9V，定值电阻R＝2Ω，电压表量程为0～3V，压敏电阻Rx，与迎风板承受风力F的关系如图乙所示。

（1）电压表示数随风力的增大而_______（选填“增大”“减小”或“不变”）。

（2）求无风时定值电阻R消耗的电功率。

（3）求该装置所能测量的最大风力。

题目中出现的背景描述和特殊电阻的说明，对学生的阅读、理解、知识迁移能力有较高的要求。而在初中物理实验中，并没有涉及特殊电阻的实操性实验，这使得学生对于特殊电阻的学习只能停留在习题的描述中。这样的学习方式，一方面使得部分学生对于这类题目感到难以理解，另一方面学生也不知道如何将所学知识运用到生活中。为此，笔者特以光敏电阻的应用为例，带领学生制作“光控LED灯”，让学生了解光敏电阻的特性，体会特殊电阻在生活中的应用实例。

二、“光控LED灯”的简介

（一）“光控LED灯”的电路及元件选择

“光控LED灯”的材料包括面包板、电源、光敏电阻、定值电阻、发光二极管、三极管、导线。面包板：各种电子元件可以插入面包板中的小孔进行连接，省去一些焊接或手动接线。电源：3V的纽扣电池。光敏电阻：利用半导体的光电导效应制成，其阻值随光照强度的增大而减小。光照越强，电阻越小；光照越弱，电阻越大。定值电阻：22kΩ的定值电阻。发光二极管：LED灯珠。三极管：8050三极管。

（二）“光控LED灯”的设计原理

“光控LED灯”能根据环境光线实现智能照明，天黑会自动亮起，白天会自动熄灭。由于光敏电阻的阻值随光照强度的增大而减小，[1]因此如果直接将光敏电阻与LED灯串联，则会出现天黑LED灯自动熄灭，白天LED灯自动亮起的情况。所以，在选择电路元件时，选取了一个三极管，它的作用是与光敏电阻组合在一起构成一个电子开关，实现光照强时LED灯不发光，光照弱时LED灯发光。三极管有三个极，基极b，集电极c，发射极e。在原理上，当基极b有电流时，三极管导通，c-e之间有电流通过。当基极b电流为0时，三极管截止，c-e之间没有电流通过。

（三）“光控LED灯”的工作原理

白天（即光照强度大时），光敏电阻阻值小，三极管相当于短路，基极b电流为0，三极管处于截至状态，c-e之间如同一个断开的开关。此时没有电流通过LED灯，LED灯不发光。晚上（即光照强度小时），光敏电阻阻值大，三极管基极b有电流通过，处于导通状态，c-e之间如同一个闭合的开关，其等效电路图如图丁所示。此时有电流通过LED灯，LED灯发光。

三、“光控LED灯”的制作

本电路元件使用简单，对于已经有基础电学知识的学生，其电路设计也是容易理解的。笔者带领学生制作的过程如下[2]：（1）了解光敏电阻的特性，进而知道三极管与光敏电阻组合起来的功能。（2）能够分析“光控LED灯”电路图，知道其工作原理。（3）介绍部分电子元件，包括：面包板的内部结构，LED灯正、负极的识别方法，三极管基极、集电极、发射级的识别方法。（4）学生根据电路图连接电路，并模拟白天和晚上观察LED灯的发光。

四、结束语

在此之前，学生对于光控灯的体验一般是通过题目的描述或是生活中家里购买的小夜灯，而这次的小制作，学生亲自动手制作出光控灯，并模拟白天和晚上LED灯的发光情况，让他们体验到了光敏电阻的特殊之处。这不仅让学生感受到了学有所用，也为他们设计出关于特殊电阻电路提供了更多的可能性。虽然现实生活中关于特殊电阻的电路要复杂得多，但这样的小制作有利于丰富学生对特殊电阻的了解，引发他们对特殊电阻在生活中应用的思考，激发探究特殊电阻的兴趣。