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1、§2－5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2－19某MF－30型万用表测量直流电流的电原理图如图2－37(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2－37MF－30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2-3
2、7(b)所示。其中以及图2－37MF－30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2－37MF－30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2－37MF－30型万用表电路万用表工作在500mA量程时的电路模型如图2－37(c)所示,其中用分流公式可以求得最后得到。二、电路设计例2－20图2－38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
3、号表达式。(2)已知US=12V,Vb=9V,Vc=-3V和Rw=20kΩ，试确定电阻器的电阻值R1和R2。图2－38图2－38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=20kΩ，试确定电阻器的电阻值R1和R2，代入以上数值按照表1－5，选择标准电阻值R1=5.1kΩ，R2=15kΩ时，输出电压Va=-3.02～8.95V。假如选择R1=4.7kΩ，R2=15kΩ时，输出电压Va=-2.93～9.16V。在幻灯片放映时，请用鼠
4、标单击图片放映录像。例2－21图2－39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=50Ω,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2－39代入Rab=RL=50Ω，并根据表1－5选择某个标准电阻值R1，例如选择R1=10Ω，可以计算出R2的电阻值R2=120Ω正好是标准电阻值。选择R1=10Ω和R2=120Ω时正好满足Rab=50Ω的要求图2－39三、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
5、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2－22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2－40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2－40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
6、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10kΩ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2－23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2－41所示。若用5
7、00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2－41例2－23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1kΩ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600Ω左右。例
8、2－24图2－42(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2－42(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2－42例2－24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
