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电路设计电路设计,电路应用和电电路应用和电路实验实例路实验实例例例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。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237MF30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。其中其中以及以及图图237MF30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237MF30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代入数值代入数值 图图237MF30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 。二、电路设计二、电路设计例例220图图238所所示示电电路路为为双双电电源源直直流流分分压压电电路路。已已知知电电源源电电压压US和和b点点电电位位Vb和和c点点电电位位Vc。(1)试试确确定定电电阻阻器器的的电电阻阻R1和和R2的的符符号号表表达达式式。(2)已已知知 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分压公式求得电位Vb和和Vc的符号表达式的符号表达式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 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，输出电压Va=-2.939.16V。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。欲使电的电阻双口网络。欲使电阻单口网络的等效电阻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求解方程得到求解方程得到R1和和R2的关系式的关系式图图239代代入入Rab=RL=50，并并根根据据表表15选选择择某某个个标标准准电电阻阻值值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 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，即其中其中由此得到由此得到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电阻挡来测量该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，由此可以画电阻的串联，由此可以画出负载线，它是通过出负载线，它是通过(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：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242(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)通通过过(10V,0)和和(0,3.33mA)两两点点作作负负载载线线，与与稳稳压压二极管特性曲线交点的电压大约为二极管特性曲线交点的电压大约为4.3V。(2)通通过过(8V,0)和和(0,2.67mA)两两点点作作负负载载线线，与与稳稳压压二二极极管特性曲线交点的电压大约为管特性曲线交点的电压大约为4.15V。(3)通通过过(12V,0)和和(0,4mA)两两点点作作负负载载线线，与与稳稳压压二二极极管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从从以以上上计计算算结结果果可可以以看看出出，电电压压源源电电压压从从8V增增加加到到12V时时，稳稳压压二二极极管管上上的的电电压压从从4.15V变变化化到到4.4V，即即输输入入电电压压变变化化4V，输输出出电电压压仅仅变变化化了了0.25V，说说明明该该电电路路起起到到了了稳稳定定电电压压的的作作用用。图图242(a)所所示示电电路路是是一一个个线线性性电电阻阻与与一一个个非非线线性性电电阻阻串串联联分分压压电电路路，它它与与两两个个线线性性电电阻阻串串联联分分压压电电路路中中某某个个电电阻阻电电压压是是输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，其电阻值为式式中中u和和i是是单单口口网网络络端端口口的的电电压压和和电电流流，它它们们必必须须采采用用关关联联参考方向。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。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由此此得得到到的的等等效效电电路路是是一一个个线线性性电电阻阻和和电电压压源源的的串串联联或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。4两两个个单单口口(或或多多端端)网网络络的的端端口口电电压压电电流流关关系系(VCR)完完全全相相同同时时，称称它它们们是是等等效效的的。网网络络的的等等效效变变换换可可以以简简化化电电路路分分析析，而不会影响电路其余部分的电压和电流。而不会影响电路其余部分的电压和电流。常常用用的的网网络络变变换换除除电电阻阻的的串串并并联联等等效效变变换换外外，还还有有电电阻阻星星形形联联接接与与电电阻阻三三角角形形联联接接的的等等效效变变换换，线线性性电电阻阻和和电电压压源源串联单口与线性电阻和电流源并联单口的等效变换等。串联单口与线性电阻和电流源并联单口的等效变换等。5非非线线性性电电阻阻的的特特性性通通常常用用电电压压电电流流关关系系曲曲线线表表示示，非非线线性性电电阻阻的的串串联联、并并联联构构成成的的单单口口网网络络，其其端端口口的的VCR特特性性曲线可用图解法求得。曲线可用图解法求得。6对对于于仅仅含含一一个个非非线线性性电电阻阻的的电电路路，宜宜采采用用曲曲线线相相交交法法求求解解。此此时时，应应先先把把非非线线性性电电阻阻以以外外的的线线性性含含源源电电阻阻单单口口网网络络用用线线性性电电阻阻与与电电压压源源串串联联的的等等效效电电路路代代替替。等等效效电电路路的的电电压压电电流流外外特特性性曲曲线线(负负载载线线)与与非非线线性性电电阻阻电电压压电电流流关关系系曲曲线线交交点的坐标值就是欲求的解答。点的坐标值就是欲求的解答。郁金香