§2-5電路設(shè)計,電路應(yīng)用和電路實驗實例.ppt

25 電路設(shè)計，電路應(yīng)用和電路實驗實例,首先介紹一個萬用表的故障分析。再介紹雙電源分壓電路的設(shè)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。,一、萬用表故障分析,例219某MF30型萬用表測量直流電流的電原理圖如圖237(a)所示，它用波段開關(guān)來改變電流的量程。今發(fā)現(xiàn)線繞電阻器損壞。問應(yīng)換上多大數(shù)值的電阻器，該萬用表才能恢復(fù)正常工作?,圖237 MF30 型萬用表電路 (a)電原理圖 (b) 量程的電路模型 (c) 量程的電路模型,解 :電表在50mA量程時的電路模型如圖2-37(b)所示。 其中 以及,圖237 MF30 型萬用表電路 (a)電原理圖 (b) 量程的電路模型 (c) 量程的電路模型,圖237 MF30 型萬用表電路,當(dāng)電表指針滿偏轉(zhuǎn)的電流 時，萬用表的電流I=50mA。按兩個電阻并聯(lián)時的分流公式可以求得,代入數(shù)值,圖237 MF30 型萬用表電路,萬用表工作在500mA量程時的電路模型如圖237(c)所示,其中,用分流公式可以求得,最后得到 。,二、電路設(shè)計,例220 圖238所示電路為雙電源直流分壓電路。已知電源電壓US和b點電位Vb和c點電位Vc。(1) 試確定電阻器的電阻R1和R2的符號表達(dá)式。(2)已知 US=12V,Vb=9V, Vc=-3V 和Rw=20k，試確定電阻器的電阻值R1和R2。,圖238,圖238,解 用分壓公式求得電位Vb和Vc的符號表達(dá)式,由此求得幾個有關(guān)的計算公式,假如US=12V,Vb=9V, Vc=-3V 和Rw=20k，試確定電阻器的電阻值R1和R2，代入以上數(shù)值,按照表15，選擇標(biāo)準(zhǔn)電阻值R1=5.1k，R2=15k時，輸出電壓Va= -3.028.95V 。假如選擇R1=4.7k，R2=15k時，輸出電壓Va= -2.939.16V 。,在幻燈片放映時，請用鼠標(biāo)單擊圖片放映錄像。,例221圖239表示端接負(fù)載電阻RL的電阻雙口網(wǎng)絡(luò)。欲使電阻單口網(wǎng)絡(luò)的等效電阻Rab= RL=50,試確定電阻R1和R2之值。,解： 令ab兩點等效電阻Rab= RL,求解方程得到R1和R2的關(guān)系式,圖239,代入Rab= RL=50，并根據(jù)表15選擇某個標(biāo)準(zhǔn)電阻值R1，例如選擇R1=10，可以計算出R2的電阻值,R2=120正好是標(biāo)準(zhǔn)電阻值。選擇R1=10和R2=120時正好滿足Rab=50的要求,圖239,三、電路實驗設(shè)計與分析,對于實際電阻單口網(wǎng)絡(luò)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VCR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(luò)，可以采用以下實驗方法得到端口VCR曲線和相應(yīng)的電路模型，下面舉例說明。,例222 用半導(dǎo)體管特性圖示儀測量某500型普通萬用表1k電阻擋的電壓電流關(guān)系曲線如圖240所示，試根據(jù)此曲線得到該單口網(wǎng)絡(luò)的電路模型。,(a) 用圖示儀測量萬用表電阻擋的VCR曲線 (b) 萬用表電阻擋的VCR特性曲線 圖240 用實驗方法測量電池的電壓電流關(guān)系曲線,解:根據(jù)圖示儀測量曲線時縱坐標(biāo)軸的比例為0.05mA/度，橫坐標(biāo)的比例為0.5V/度，可以寫出VCR曲線的方程，它是通過(-1.5V,0)和(0,0.15mA)兩點的直線方程，即,其中,由此得到500型普通萬用表1k電阻擋的電路模型為 -1.5V的電壓源與10k電阻的串聯(lián)。,一般來說，包含獨立電源的線性電阻單口網(wǎng)絡(luò)，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)。,VCR曲線的方程為,例223用半導(dǎo)體管特性圖示儀測量某半導(dǎo)體二極管的特性曲線如圖241所示。若用500型萬用表100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。,(a) 半導(dǎo)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 圖241例223,解:就500型萬用表100電阻擋的端口特性而言，等效為一個1.5V的電壓源和1k電阻的串聯(lián)，由此可以畫出負(fù)載線，它是通過(1.5V,0)和(0,1.5mA)兩點的直線。負(fù)載線與二極管特性曲線交點的電壓約0.57V,電流約0.93mA,即為所求。 此時萬用表的電阻讀數(shù)計算如下：,計算表明，萬用表在100電阻擋的讀數(shù)為600左右。,例224 圖242(a)表示一個簡單穩(wěn)壓電路，某2CW7B型半導(dǎo)體穩(wěn)壓二極管的反向特性曲線如圖242(b)所示。求(1)二極管電壓u。(2)電壓源電壓為8V和12V時的電壓u。,(a) 含一個穩(wěn)壓二極管的非線性電阻電路 (b) 穩(wěn)壓二極管的反向特性曲線 圖242例224,解 (1) 通過(10V,0)和(0,3.33mA)兩點作負(fù)載線，與穩(wěn)壓二極管特性曲線交點的電壓大約為4.3V。 (2) 通過(8V,0)和(0,2.67mA)兩點作負(fù)載線，與穩(wěn)壓二極管特性曲線交點的電壓大約為4.15V。 (3) 通過(12V,0)和(0,4mA)兩點作負(fù)載線，與穩(wěn)壓二極管特性曲線交點的電壓大約為4.4V。,圖242例224,從以上計算結(jié)果可以看出，電壓源電壓從8V增加到12V時，穩(wěn)壓二極管上的電壓從4.15V變化到4.4V，即輸入電壓變化4V，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。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。,圖242例224,在幻燈片放映時，請用鼠標(biāo)單擊圖片放映錄像。,在幻燈片放映時，請用鼠標(biāo)單擊圖片放映錄像。,根據(jù)教學(xué)需要，用鼠標(biāo)點擊名稱的方法放映相關(guān)錄像。,摘 要 1n個線性電阻串聯(lián)時的分壓公式和n個電阻并聯(lián)時的分流公式為,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(jìn)行計算,2由線性電阻構(gòu)成的電阻單口網(wǎng)絡(luò)，就端口特性而言，等效為一個線性電阻，其電阻值為,式中u和i是單口網(wǎng)絡(luò)端口的電壓和電流，它們必須采用關(guān)聯(lián)參考方向。 計算線性電阻單口網(wǎng)絡(luò)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)成單口網(wǎng)絡(luò)的等效電阻。,3由線性電阻，電壓源和電流源構(gòu)成含源電阻單口網(wǎng)絡(luò)的VCR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)或一個線性電阻和電流源的并聯(lián)。,4兩個單口(或多端)網(wǎng)絡(luò)的端口電壓電流關(guān)系(VCR)完全相同時，稱它們是等效的。網(wǎng)絡(luò)的等效變換可以簡化電路分析，而不會影響電路其余部分的電壓和電流。 常用的網(wǎng)絡(luò)變換除電阻的串并聯(lián)等效變換外，還有電阻星形聯(lián)接與電阻三角形聯(lián)接的等效變換，線性電阻和電壓源串聯(lián)單口與線性電阻和電流源并聯(lián)單口的等效變換等。,5非線性電阻的特性通常用電壓電流關(guān)系曲線表示，非線性電阻的串聯(lián)、并聯(lián)構(gòu)成的單