電路設計,電路應用和電路實驗實例

1、2 25 5 電路設計，電路應用和電路實驗實例電路設計，電路應用和電路實驗實例 首先介紹一個萬用表的故障分析。再介紹雙電源分壓首先介紹一個萬用表的故障分析。再介紹雙電源分壓 電路的設計。最后介紹如何用實驗方法確定萬用表電阻擋電路的設計。最后介紹如何用實驗方法確定萬用表電阻擋 的電路模型和分析幾個簡單的非線性電阻電路。的電路模型和分析幾個簡單的非線性電阻電路。 一、萬用表故障分析一、萬用表故障分析 例例219某某MF30型萬用表測量直流電流的電原理圖如圖型萬用表測量直流電流的電原理圖如圖2 37(a)所示，它用波段開關(guān)來改變電流的量程。今發(fā)現(xiàn)線所示，它用波段開關(guān)來改變電流的量程。今發(fā)現(xiàn)線 繞電阻

2、器損壞。問應換上多大數(shù)值的電阻器，該萬用表才能繞電阻器損壞。問應換上多大數(shù)值的電阻器，該萬用表才能 恢復正常工作恢復正常工作? 圖圖237 MF30 型萬用表電路型萬用表電路 (a)電原理圖電原理圖 (b) 量程的電路模型量程的電路模型 (c) 量程的電路模型量程的電路模型 解解 :電表在電表在50mA量程時的電路模型如圖量程時的電路模型如圖2-37(b)所示。所示。 其中其中 以及以及 21a RRR 799454540k4 . 5k2 345gb RRRRR 圖圖237 MF30 型萬用表電路型萬用表電路 (a)電原理圖電原理圖 (b) 量程的電路模型量程的電路模型 (c) 量程的電路模型

3、量程的電路模型 圖圖237 MF30 型萬用表電路型萬用表電路 當電表指針滿偏轉(zhuǎn)的電流當電表指針滿偏轉(zhuǎn)的電流 時，萬用表的電時，萬用表的電 流流I=50mA。按兩個電阻并聯(lián)時的分流公式可以求得。按兩個電阻并聯(lián)時的分流公式可以求得 A5 .37 g I I RR R III ba b ga b g g 21a R II I RRR 代入數(shù)值代入數(shù)值 67994 105 .371050 105 .37 63 6 21 RR 圖圖237 MF30 型萬用表電路型萬用表電路 萬用表工作在萬用表工作在500mA量程時的電路模型如圖量程時的電路模型如圖237(c)所示所示, 其中其中 8000, 5432

4、1ba1ag RRRRRRRRRR 用分流公式可以求得用分流公式可以求得 最后得到最后得到 。 4 . 56 . 06,6 . 0 21 RR A5 .37mA500 8000 1 ba a g R I RR R I 6 . 0A5 .37 mA500 8000 1 R 二、電路設計二、電路設計 例例220 圖圖238所示電路為雙電源直流分壓電路。已知電所示電路為雙電源直流分壓電路。已知電 源電壓源電壓US和和b點電位點電位Vb和和c點電位點電位Vc。(1) 試確定電阻器的電試確定電阻器的電 阻阻R1和和R2的符號表達式。的符號表達式。(2)已知已知 US=12V,Vb=9V, Vc=-3V

5、和和 Rw=20k，試確定電阻器的電阻值，試確定電阻器的電阻值R1和和R2。 圖圖238 圖圖238 解解 用分壓公式求得電位用分壓公式求得電位Vb和和Vc的符號表達式的符號表達式 S 2w1 2w1 cS 2w1 2w1 b U RRR RRR VU RRR RRR V 由此求得幾個有關(guān)的計算公式由此求得幾個有關(guān)的計算公式 )(1(5 . 0 2 2w1 s b 1 ws cb w 21 RRR U V R RU VV R RR 假如假如US=12V,Vb=9V, Vc=-3V 和和Rw=20k，試確定電阻器的，試確定電阻器的 電阻值電阻值R1和和R2，代入以上數(shù)值，代入以上數(shù)值 按照表按照

6、表15，選擇標準電阻值，選擇標準電阻值R1=5.1k，R2=15k時，輸時，輸 出電壓出電壓Va= -3.028.95V 。假如選擇。假如選擇R1=4.7k，R2=15k 時，輸出電壓時，輸出電壓Va= -2.939.16V 。 k15k5k20 k51040) 12 9 1(5 . 0)(1(5 . 0 k201020V12 3V)(V9 102022 2 3 2w1 s b 1 3 3 ws cb w 21 R RRR U V R RU VV R RR 在幻燈片放映時，請用鼠標單擊圖片放映錄像。 例例221圖圖239表示端接負載電阻表示端接負載電阻RL的電阻雙口網(wǎng)絡。欲使的電阻雙口網(wǎng)絡。欲

7、使 電阻單口網(wǎng)絡的等效電阻電阻單口網(wǎng)絡的等效電阻Rab= RL=50,試確定電阻試確定電阻R1和和R2之值。之值。 解：解： 令令ab兩點等效電阻兩點等效電阻Rab= RL L L21 L12 1ab )( R RRR RRR RR 求解方程得到求解方程得到R1和和R2的關(guān)系式的關(guān)系式 1 2 1 2 L 2 2R RR R 圖圖239 代入代入Rab= RL=50，并根據(jù)表，并根據(jù)表15選擇某個標準電阻值選擇某個標準電阻值R1， 例如選擇例如選擇R1=10，可以計算出，可以計算出R2的電阻值的電阻值 120 102 1002500 2 1 2 1 2 L 2 R RR R R2=120正好是

8、標準電阻值。選擇正好是標準電阻值。選擇R1=10和和R2=120時時 正好滿足正好滿足Rab=50的要求的要求 圖圖239 三、電路實驗設計與分析三、電路實驗設計與分析 對于實際電阻單口網(wǎng)絡來說，在不知道內(nèi)部電路的情對于實際電阻單口網(wǎng)絡來說，在不知道內(nèi)部電路的情 況下，可以用實驗方法，直接測量端口的況下，可以用實驗方法，直接測量端口的VCR曲線，從而曲線，從而 直接得到端口的電路模型。例如普通萬用表的電阻擋，其直接得到端口的電路模型。例如普通萬用表的電阻擋，其 電路是由線性電阻，電池和表頭等組成的含源線性電阻單電路是由線性電阻，電池和表頭等組成的含源線性電阻單 口網(wǎng)絡，可以采用以下實驗方法得到

9、端口口網(wǎng)絡，可以采用以下實驗方法得到端口VCR曲線和相應曲線和相應 的電路模型，下面舉例說明。的電路模型，下面舉例說明。 例例222 用半導體管特性圖示儀測量某用半導體管特性圖示儀測量某500型普通萬用表型普通萬用表1k 電阻擋的電壓電流關(guān)系曲線如圖電阻擋的電壓電流關(guān)系曲線如圖240所示，試根據(jù)此曲線所示，試根據(jù)此曲線 得到該單口網(wǎng)絡的電路模型。得到該單口網(wǎng)絡的電路模型。 (a) 用圖示儀測量萬用表電阻擋的用圖示儀測量萬用表電阻擋的VCR曲線曲線 (b) 萬用表電阻擋的萬用表電阻擋的VCR特性曲線特性曲線 圖圖240 用實驗方法測量電池的電壓電流關(guān)系曲線用實驗方法測量電池的電壓電流關(guān)系曲線 解

10、解:根據(jù)圖示儀測量曲線時縱坐標軸的比例為根據(jù)圖示儀測量曲線時縱坐標軸的比例為0.05mA/度，度， 橫坐標的比例為橫坐標的比例為0.5V/度，可以寫出度，可以寫出VCR曲線的方程，它曲線的方程，它 是通過是通過(-1.5V,0)和和(0,0.15mA)兩點的直線方程，即兩點的直線方程，即 V5 . 1)k10( mA15. 0 k10 1 iu ui 其中其中 k10 mA05. 0 V5 . 0 o i u R 由此得到由此得到500型普通萬用表型普通萬用表1k電阻擋的電路模型為電阻擋的電路模型為 - -1.5V的電壓源與的電壓源與10k電阻的串聯(lián)。電阻的串聯(lián)。 一般來說，包含獨立電源的線性

11、電阻單口網(wǎng)絡，其端一般來說，包含獨立電源的線性電阻單口網(wǎng)絡，其端 口電壓電流關(guān)系是平面上的通過原點的一條傾斜直線，就口電壓電流關(guān)系是平面上的通過原點的一條傾斜直線，就 其端口特性而言，等效為一個電壓源和線性二端電阻的串其端口特性而言，等效為一個電壓源和線性二端電阻的串 聯(lián)。聯(lián)。 VCR曲線的方程為曲線的方程為 例例223用半導體管特性圖示儀測量某半導體二極管的特性用半導體管特性圖示儀測量某半導體二極管的特性 曲線如圖曲線如圖241所示。若用所示。若用500型萬用表型萬用表100電阻擋來測量電阻擋來測量 該二極管，其電壓電流為何值，此時萬用表的讀數(shù)為何值。該二極管，其電壓電流為何值，此時萬用表的

12、讀數(shù)為何值。 (a) 半導體管特性圖示儀測量二極管的特性曲線半導體管特性圖示儀測量二極管的特性曲線 (b) 用圖解法計算工作點用圖解法計算工作點 圖圖241例例223 解解:就就500型萬用表型萬用表100電阻擋的端電阻擋的端 口特性而言，等效為一個口特性而言，等效為一個1.5V的電的電 壓源和壓源和1k電阻的串聯(lián)，由此可以電阻的串聯(lián)，由此可以 畫出負載線，它是通過畫出負載線，它是通過(1.5V,0)和和 (0,1.5mA)兩點的直線。負載線與二兩點的直線。負載線與二 極管特性曲線交點的電壓約極管特性曲線交點的電壓約0.57V,電電 流約流約0.93mA,即為所求。即為所求。 此時萬用表的電阻

13、讀數(shù)計算如下：此時萬用表的電阻讀數(shù)計算如下： 613)10001613(1000 93mA. 0 1.5V 1k 1.5V 93mA. 0 x x R R 計算表明，萬用表在計算表明，萬用表在100電阻擋的讀數(shù)為電阻擋的讀數(shù)為600左右。左右。 例例224 圖圖242(a)表示一個簡單穩(wěn)壓電路，某表示一個簡單穩(wěn)壓電路，某2CW7B型半型半 導體穩(wěn)壓二極管的反向特性曲線如圖導體穩(wěn)壓二極管的反向特性曲線如圖242(b)所示。求所示。求(1)二二 極管電壓極管電壓u。(2)電壓源電壓為電壓源電壓為8V和和12V時的電壓時的電壓u。 (a) 含一個穩(wěn)壓二極管的非線性電阻電路含一個穩(wěn)壓二極管的非線性電阻

14、電路 (b) 穩(wěn)壓二極管的反向特性曲線穩(wěn)壓二極管的反向特性曲線 圖圖242例例224 解解 (1) 通過通過(10V,0)和和(0,3.33mA)兩點作負載線，與穩(wěn)壓二兩點作負載線，與穩(wěn)壓二 極管特性曲線交點的電壓大約為極管特性曲線交點的電壓大約為4.3V。 (2) 通過通過(8V,0)和和(0,2.67mA)兩點作負載線，與穩(wěn)壓二極管兩點作負載線，與穩(wěn)壓二極管 特性曲線交點的電壓大約為特性曲線交點的電壓大約為4.15V。 (3) 通過通過(12V,0)和和(0,4mA)兩點作負載線，與穩(wěn)壓二極管兩點作負載線，與穩(wěn)壓二極管 特性曲線交點的電壓大約為特性曲線交點的電壓大約為4.4V。 圖圖242

15、例例224 從以上計算結(jié)果可以看出，電壓源電壓從從以上計算結(jié)果可以看出，電壓源電壓從8V增加到增加到12V時，時， 穩(wěn)壓二極管上的電壓從穩(wěn)壓二極管上的電壓從4.15V變化到變化到4.4V，即輸入電壓變化，即輸入電壓變化4V， 輸出電壓僅變化了輸出電壓僅變化了0.25V，說明該電路起到了穩(wěn)定電壓的作用。，說明該電路起到了穩(wěn)定電壓的作用。 圖圖242(a)所示電路是一個線性電阻與一個非線性電阻串聯(lián)分所示電路是一個線性電阻與一個非線性電阻串聯(lián)分 壓電路，它與兩個線性電阻串聯(lián)分壓電路中某個電阻電壓是輸壓電路，它與兩個線性電阻串聯(lián)分壓電路中某個電阻電壓是輸 入電壓的正比例關(guān)系完全不同。入電壓的正比例關(guān)系

16、完全不同。 圖圖242例例224 在幻燈片放映時，請用鼠標單擊圖片放映錄像。 在幻燈片放映時，請用鼠標單擊圖片放映錄像。 根據(jù)教學需要，用鼠標點擊名稱的方法放映相關(guān)錄像。根據(jù)教學需要，用鼠標點擊名稱的方法放映相關(guān)錄像。 名名 稱稱時間時間 名名 稱稱時間時間 1電阻分壓電路實驗電阻分壓電路實驗3:112雙電源電阻分壓電路雙電源電阻分壓電路1:26 3負電阻分壓電路負電阻分壓電路2:124可變電壓源可變電壓源3:30 5電阻三角形和星形聯(lián)結(jié)電阻三角形和星形聯(lián)結(jié)3:066普通萬用表的普通萬用表的VCRVCR曲線曲線2:25 7非線性電阻器件非線性電阻器件VCRVCR曲線曲線3:598線性與非線性分

17、壓電路線性與非線性分壓電路2:49 9非線性電阻單口網(wǎng)絡非線性電阻單口網(wǎng)絡VCRVCR曲線曲線2:3010半波整流電路實驗半波整流電路實驗2:15 11全波整流電路實驗全波整流電路實驗2:5412整流電路波形整流電路波形3:22 13萬用表測量電阻萬用表測量電阻2:4114穩(wěn)壓電路實驗穩(wěn)壓電路實驗2:50 15理想二極管實驗理想二極管實驗3:0016電阻單口網(wǎng)絡電阻單口網(wǎng)絡VCRVCR曲線曲線2:50 17白熾燈的特性白熾燈的特性3:2318白熾燈電路實驗白熾燈電路實驗13:44 19白熾燈電路實驗白熾燈電路實驗23:45 摘摘 要要 1n個線性電阻串聯(lián)時的分壓公式和個線性電阻串聯(lián)時的分壓公式

18、和n個電阻并聯(lián)時的分流公個電阻并聯(lián)時的分流公 式為式為 s 1 s 1 i G G iu R R u n k k k k n k k k k 兩個線性電阻并聯(lián)時常用電阻參數(shù)表示的分流公式進行計算兩個線性電阻并聯(lián)時常用電阻參數(shù)表示的分流公式進行計算 S 21 1 2S 21 2 1 i RR R ii RR R i 2由線性電阻構(gòu)成的電阻單口網(wǎng)絡，就端口特性而言，由線性電阻構(gòu)成的電阻單口網(wǎng)絡，就端口特性而言， 等效為一個線性電阻，其電阻值為等效為一個線性電阻，其電阻值為 式中式中u和和i是單口網(wǎng)絡端口的電壓和電流，它們必須采用關(guān)聯(lián)是單口網(wǎng)絡端口的電壓和電流，它們必須采用關(guān)聯(lián) 參考方向。參考方向。

19、 計算線性電阻單口網(wǎng)絡等效電阻的基本方法是外加電源計算線性電阻單口網(wǎng)絡等效電阻的基本方法是外加電源 法。常用線性電阻串并聯(lián)公式來計算僅由線性電阻所構(gòu)成單法。常用線性電阻串并聯(lián)公式來計算僅由線性電阻所構(gòu)成單 口網(wǎng)絡的等效電阻。口網(wǎng)絡的等效電阻。 i u R 3由線性電阻，電壓源和電流源構(gòu)成含源電阻單口網(wǎng)由線性電阻，電壓源和電流源構(gòu)成含源電阻單口網(wǎng) 絡的絡的VCR關(guān)系可用外加電源法求得關(guān)系可用外加電源法求得 由此得到的等效電路是一個線性電阻和電壓源的串聯(lián)或由此得到的等效電路是一個線性電阻和電壓源的串聯(lián)或 一個線性電阻和電流源的并聯(lián)。一個線性電阻和電流源的并聯(lián)。 sco oco iuGi uiRu 4兩個單口兩個單口(或多端或多端)網(wǎng)絡的端口