电路设计,电路应用和电路实验实例

1、2 25 5 电路设计，电路应用和电路实验实例电路设计，电路应用和电路实验实例 首先介绍一个万用表的故障分析。再介绍双电源分压首先介绍一个万用表的故障分析。再介绍双电源分压电路的设计。最后介绍如何用实验方法确定万用表电阻挡电路的设计。最后介绍如何用实验方法确定万用表电阻挡的电路模型和分析几个简单的非线性电阻电路。的电路模型和分析几个简单的非线性电阻电路。 一、万用表故障分析一、万用表故障分析 例例219某某MF30型万用表测量直流电流的电原理图如图型万用表测量直流电流的电原理图如图237(a)所示，它用波段开关来改变电流的量程。今发现线所示，它用波段开关来改变电流的量程。今发现线绕电阻器损坏。

2、问应换上多大数值的电阻器，该万用表才能绕电阻器损坏。问应换上多大数值的电阻器，该万用表才能恢复正常工作恢复正常工作? 图图237 MF30 型万用表电路型万用表电路 (a)电原理图电原理图 (b) 量程的电路模型量程的电路模型 (c) 量程的电路模型量程的电路模型解解 :电表在电表在50mA量程时的电路模型如图量程时的电路模型如图2-37(b)所示。所示。其中其中 以及以及 21aRRR 799454540k4 . 5k2345gbRRRRR图图237 MF30 型万用表电路型万用表电路 (a)电原理图电原理图 (b) 量程的电路模型量程的电路模型 (c) 量程的电路模型量程的电路模型图图23

3、7 MF30 型万用表电路型万用表电路 当电表指针满偏转的电流当电表指针满偏转的电流 时，万用表的电时，万用表的电流流I=50mA。按两个电阻并联时的分流公式可以求得。按两个电阻并联时的分流公式可以求得 A5 .37g IIRRRIIIbabga bgg21aRIIIRRR 代入数值代入数值 67994105 .371050105 .3763621RR图图237 MF30 型万用表电路型万用表电路万用表工作在万用表工作在500mA量程时的电路模型如图量程时的电路模型如图237(c)所示所示,其中其中 8000,54321ba1agRRRRRRRRRR用分流公式可以求得用分流公式可以求得 最后得

4、到最后得到 。 4 . 56 . 06,6 . 021RRA5 .37mA50080001baag RIRRRI 6 . 0A5 .37mA50080001R二、电路设计二、电路设计例例220 图图238所示电路为双电源直流分压电路。已知电所示电路为双电源直流分压电路。已知电源电压源电压US和和b点电位点电位Vb和和c点电位点电位Vc。(1) 试确定电阻器的电试确定电阻器的电阻阻R1和和R2的符号表达式。的符号表达式。(2)已知已知 US=12V,Vb=9V, Vc=-3V 和和Rw=20k，试确定电阻器的电阻值，试确定电阻器的电阻值R1和和R2。图图238图图238解解 用分压公式求得电位用

5、分压公式求得电位Vb和和Vc的符号表达式的符号表达式 S2w12w1cS2w12w1b URRRRRRVURRRRRRV 由此求得几个有关的计算公式由此求得几个有关的计算公式 )(1(5 . 022w1sb1wscbw21RRRUVRRUVVRRR 假如假如US=12V,Vb=9V, Vc=-3V 和和Rw=20k，试确定电阻器的，试确定电阻器的电阻值电阻值R1和和R2，代入以上数值，代入以上数值 按照表按照表15，选择标准电阻值，选择标准电阻值R1=5.1k，R2=15k时，输时，输出电压出电压Va= -3.028.95V 。假如选择。假如选择R1=4.7k，R2=15k时，输出电压时，输出

6、电压Va= -2.939.16V 。 k15k5k20k51040)1291(5 . 0)(1(5 . 0k201020V123V)(V9102022232w1sb133wscbw21RRRRUVRRUVVRRR在幻灯片放映时，请用鼠标单击图片放映录像。例例221图图239表示端接负载电阻表示端接负载电阻RL的电阻双口网络。欲使的电阻双口网络。欲使电阻单口网络的等效电阻电阻单口网络的等效电阻Rab= RL=50,试确定电阻试确定电阻R1和和R2之值。之值。 解：解： 令令ab两点等效电阻两点等效电阻Rab= RL LL21L121ab)(RRRRRRRRR 求解方程得到求解方程得到R1和和R2

7、的关系式的关系式 1212L22RRRR 图图239 代入代入Rab= RL=50，并根据表，并根据表15选择某个标准电阻值选择某个标准电阻值R1，例如选择例如选择R1=10，可以计算出，可以计算出R2的电阻值的电阻值 120102100250021212L2RRRR R2=120正好是标准电阻值。选择正好是标准电阻值。选择R1=10和和R2=120时时正好满足正好满足Rab=50的要求的要求 图图239三、电路实验设计与分析三、电路实验设计与分析 对于实际电阻单口网络来说，在不知道内部电路的情对于实际电阻单口网络来说，在不知道内部电路的情况下，可以用实验方法，直接测量端口的况下，可以用实验方

8、法，直接测量端口的VCR曲线，从而曲线，从而直接得到端口的电路模型。例如普通万用表的电阻挡，其直接得到端口的电路模型。例如普通万用表的电阻挡，其电路是由线性电阻，电池和表头等组成的含源线性电阻单电路是由线性电阻，电池和表头等组成的含源线性电阻单口网络，可以采用以下实验方法得到端口口网络，可以采用以下实验方法得到端口VCR曲线和相应曲线和相应的电路模型，下面举例说明。的电路模型，下面举例说明。 例例222 用半导体管特性图示仪测量某用半导体管特性图示仪测量某500型普通万用表型普通万用表1k电阻挡的电压电流关系曲线如图电阻挡的电压电流关系曲线如图240所示，试根据此曲线所示，试根据此曲线得到该单

9、口网络的电路模型。得到该单口网络的电路模型。 (a) 用图示仪测量万用表电阻挡的用图示仪测量万用表电阻挡的VCR曲线曲线 (b) 万用表电阻挡的万用表电阻挡的VCR特性曲线特性曲线图图240 用实验方法测量电池的电压电流关系曲线用实验方法测量电池的电压电流关系曲线 解解:根据图示仪测量曲线时纵坐标轴的比例为根据图示仪测量曲线时纵坐标轴的比例为0.05mA/度，度，横坐标的比例为横坐标的比例为0.5V/度，可以写出度，可以写出VCR曲线的方程，它曲线的方程，它是通过是通过(-1.5V,0)和和(0,0.15mA)两点的直线方程，即两点的直线方程，即 V5 . 1)k10(mA15. 0k101

10、iuui其中其中 k10mA05. 0V5 . 0oiuR 由此得到由此得到500型普通万用表型普通万用表1k电阻挡的电路模型为电阻挡的电路模型为- -1.5V的电压源与的电压源与10k电阻的串联。电阻的串联。 一般来说，包含独立电源的线性电阻单口网络，其端一般来说，包含独立电源的线性电阻单口网络，其端口电压电流关系是平面上的通过原点的一条倾斜直线，就口电压电流关系是平面上的通过原点的一条倾斜直线，就其端口特性而言，等效为一个电压源和线性二端电阻的串其端口特性而言，等效为一个电压源和线性二端电阻的串联。联。 VCR曲线的方程为曲线的方程为例例223用半导体管特性图示仪测量某半导体二极管的特性用

11、半导体管特性图示仪测量某半导体二极管的特性曲线如图曲线如图241所示。若用所示。若用500型万用表型万用表100电阻挡来测量电阻挡来测量该二极管，其电压电流为何值，此时万用表的读数为何值。该二极管，其电压电流为何值，此时万用表的读数为何值。 (a) 半导体管特性图示仪测量二极管的特性曲线半导体管特性图示仪测量二极管的特性曲线 (b) 用图解法计算工作点用图解法计算工作点图图241例例223解解:就就500型万用表型万用表100电阻挡的端电阻挡的端口特性而言，等效为一个口特性而言，等效为一个1.5V的电的电压源和压源和1k电阻的串联，由此可以电阻的串联，由此可以画出负载线，它是通过画出负载线，它

12、是通过(1.5V,0)和和(0,1.5mA)两点的直线。负载线与二两点的直线。负载线与二极管特性曲线交点的电压约极管特性曲线交点的电压约0.57V,电电流约流约0.93mA,即为所求。即为所求。 此时万用表的电阻读数计算如下：此时万用表的电阻读数计算如下： 613)10001613(100093mA. 01.5V1k1.5V93mA. 0 xxRR计算表明，万用表在计算表明，万用表在100电阻挡的读数为电阻挡的读数为600左右。左右。 例例224 图图242(a)表示一个简单稳压电路，某表示一个简单稳压电路，某2CW7B型半型半导体稳压二极管的反向特性曲线如图导体稳压二极管的反向特性曲线如图2

13、42(b)所示。求所示。求(1)二二极管电压极管电压u。(2)电压源电压为电压源电压为8V和和12V时的电压时的电压u。 (a) 含一个稳压二极管的非线性电阻电路含一个稳压二极管的非线性电阻电路 (b) 稳压二极管的反向特性曲线稳压二极管的反向特性曲线图图242例例224 解解 (1) 通过通过(10V,0)和和(0,3.33mA)两点作负载线，与稳压二两点作负载线，与稳压二极管特性曲线交点的电压大约为极管特性曲线交点的电压大约为4.3V。(2) 通过通过(8V,0)和和(0,2.67mA)两点作负载线，与稳压二极管两点作负载线，与稳压二极管特性曲线交点的电压大约为特性曲线交点的电压大约为4.

14、15V。(3) 通过通过(12V,0)和和(0,4mA)两点作负载线，与稳压二极管两点作负载线，与稳压二极管特性曲线交点的电压大约为特性曲线交点的电压大约为4.4V。图图242例例224 从以上计算结果可以看出，电压源电压从从以上计算结果可以看出，电压源电压从8V增加到增加到12V时，时，稳压二极管上的电压从稳压二极管上的电压从4.15V变化到变化到4.4V，即输入电压变化，即输入电压变化4V，输出电压仅变化了输出电压仅变化了0.25V，说明该电路起到了稳定电压的作用。，说明该电路起到了稳定电压的作用。图图242(a)所示电路是一个线性电阻与一个非线性电阻串联分所示电路是一个线性电阻与一个非线

15、性电阻串联分压电路，它与两个线性电阻串联分压电路中某个电阻电压是输压电路，它与两个线性电阻串联分压电路中某个电阻电压是输入电压的正比例关系完全不同。入电压的正比例关系完全不同。图图242例例224 在幻灯片放映时，请用鼠标单击图片放映录像。在幻灯片放映时，请用鼠标单击图片放映录像。根据教学需要，用鼠标点击名称的方法放映相关录像。根据教学需要，用鼠标点击名称的方法放映相关录像。 名名 称称时间时间 名名 称称时间时间1电阻分压电路实验电阻分压电路实验3:112双电源电阻分压电路双电源电阻分压电路1:263负电阻分压电路负电阻分压电路2:124可变电压源可变电压源3:305电阻三角形和星形联结电阻

16、三角形和星形联结3:066普通万用表的普通万用表的VCRVCR曲线曲线2:257非线性电阻器件非线性电阻器件VCRVCR曲线曲线3:598线性与非线性分压电路线性与非线性分压电路2:499非线性电阻单口网络非线性电阻单口网络VCRVCR曲线曲线2:3010半波整流电路实验半波整流电路实验2:1511全波整流电路实验全波整流电路实验2:5412整流电路波形整流电路波形3:2213万用表测量电阻万用表测量电阻2:4114稳压电路实验稳压电路实验2:5015理想二极管实验理想二极管实验3:0016电阻单口网络电阻单口网络VCRVCR曲线曲线2:5017白炽灯的特性白炽灯的特性3:2318白炽灯电路实

17、验白炽灯电路实验13:4419白炽灯电路实验白炽灯电路实验23:45 摘摘 要要1n个线性电阻串联时的分压公式和个线性电阻串联时的分压公式和n个电阻并联时的分流公个电阻并联时的分流公式为式为 s1s1 iGGiuRRunkkkknkkkk 两个线性电阻并联时常用电阻参数表示的分流公式进行计算两个线性电阻并联时常用电阻参数表示的分流公式进行计算 S2112S2121 iRRRiiRRRi 2由线性电阻构成的电阻单口网络，就端口特性而言，由线性电阻构成的电阻单口网络，就端口特性而言，等效为一个线性电阻，其电阻值为等效为一个线性电阻，其电阻值为 式中式中u和和i是单口网络端口的电压和电流，它们必须采

18、用关联是单口网络端口的电压和电流，它们必须采用关联参考方向。参考方向。 计算线性电阻单口网络等效电阻的基本方法是外加电源计算线性电阻单口网络等效电阻的基本方法是外加电源法。常用线性电阻串并联公式来计算仅由线性电阻所构成单法。常用线性电阻串并联公式来计算仅由线性电阻所构成单口网络的等效电阻。口网络的等效电阻。 iuR 3由线性电阻，电压源和电流源构成含源电阻单口网由线性电阻，电压源和电流源构成含源电阻单口网络的络的VCR关系可用外加电源法求得关系可用外加电源法求得 由此得到的等效电路是一个线性电阻和电压源的串联或由此得到的等效电路是一个线性电阻和电压源的串联或一个线性电阻和电流源的并联。一个线性电阻和电流源的并联。 scoocoiuGiuiRu 4两个单口两个单口(或多端或多端)网络的端口电压电流关系网络的端口电压电流