§2-5电路设计,电路应用和电路实验实例.ppt

25 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。,一、万用表故障分析,例219某MF30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?,图237 MF30 型万用表电路 (a)电原理图 (b) 量程的电路模型 (c) 量程的电路模型,解 :电表在50mA量程时的电路模型如图2-37(b)所示。 其中 以及,图237 MF30 型万用表电路 (a)电原理图 (b) 量程的电路模型 (c) 量程的电路模型,图237 MF30 型万用表电路,当电表指针满偏转的电流 时，万用表的电流I=50mA。按两个电阻并联时的分流公式可以求得,代入数值,图237 MF30 型万用表电路,万用表工作在500mA量程时的电路模型如图237(c)所示,其中,用分流公式可以求得,最后得到 。,二、电路设计,例220 图238所示电路为双电源直流分压电路。已知电源电压US和b点电位Vb和c点电位Vc。(1) 试确定电阻器的电阻R1和R2的符号表达式。(2)已知 US=12V,Vb=9V, Vc=-3V 和Rw=20k，试确定电阻器的电阻值R1和R2。,图238,图238,解 用分压公式求得电位Vb和Vc的符号表达式,由此求得几个有关的计算公式,假如US=12V,Vb=9V, Vc=-3V 和Rw=20k，试确定电阻器的电阻值R1和R2，代入以上数值,按照表15，选择标准电阻值R1=5.1k，R2=15k时，输出电压Va= -3.028.95V 。假如选择R1=4.7k，R2=15k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221图239表示端接负载电阻RL的电阻双口网络。欲使电阻单口网络的等效电阻Rab= RL=50,试确定电阻R1和R2之值。,解： 令ab两点等效电阻Rab= RL,求解方程得到R1和R2的关系式,图239,代入Rab= RL=50，并根据表15选择某个标准电阻值R1，例如选择R1=10，可以计算出R2的电阻值,R2=120正好是标准电阻值。选择R1=10和R2=120时正好满足Rab=50的要求,图239,三、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况下，可以用实验方法，直接测量端口的VCR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VCR曲线和相应的电路模型，下面举例说明。,例222 用半导体管特性图示仪测量某500型普通万用表1k电阻挡的电压电流关系曲线如图240所示，试根据此曲线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VCR曲线 (b) 万用表电阻挡的VCR特性曲线 图240 用实验方法测量电池的电压电流关系曲线,解:根据图示仪测量曲线时纵坐标轴的比例为0.05mA/度，横坐标的比例为0.5V/度，可以写出VCR曲线的方程，它是通过(-1.5V,0)和(0,0.15mA)两点的直线方程，即,其中,由此得到500型普通万用表1k电阻挡的电路模型为 -1.5V的电压源与10k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联。,VCR曲线的方程为,例223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241所示。若用500型万用表100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。,(a) 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 图241例223,解:就500型万用表100电阻挡的端口特性而言，等效为一个1.5V的电压源和1k电阻的串联，由此可以画出负载线，它是通过(1.5V,0)和(0,1.5mA)两点的直线。负载线与二极管特性曲线交点的电压约0.57V,电流约0.93mA,即为所求。 此时万用表的电阻读数计算如下：,计算表明，万用表在100电阻挡的读数为600左右。,例224 图242(a)表示一个简单稳压电路，某2CW7B型半导体稳压二极管的反向特性曲线如图242(b)所示。求(1)二极管电压u。(2)电压源电压为8V和12V时的电压u。,(a) 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 图242例224,解 (1) 通过(10V,0)和(0,3.33mA)两点作负载线，与稳压二极管特性曲线交点的电压大约为4.3V。 (2) 通过(8V,0)和(0,2.67mA)两点作负载线，与稳压二极管特性曲线交点的电压大约为4.15V。 (3) 通过(12V,0)和(0,4mA)两点作负载线，与稳压二极管特性曲线交点的电压大约为4.4V。,图242例224,从以上计算结果可以看出，电压源电压从8V增加到12V时，稳压二极管上的电压从4.15V变化到4.4V，即输入电压变化4V，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。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。,图242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。,摘 要 1n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,2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,式中u和i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。 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络的VCR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一个线性电阻和电流源的并联。,4两个单口(或多端)网络的端口电压电流关系(VCR)完全相同时，称它们是等效的。网络的等效变换可以简化电路分析，而不会影响电路其余部分的电压和电流。 常用的网络变换除电阻的串并联等效变换外，还有电阻星形联接与电阻三角形联接的等效变换，线性电阻和电压源串联单口与线性电阻和电流源并联单口的等效变换等。,5非线性电阻的特性通常用电压电流关系曲线表示，非线性电阻的串联、并联构成的单