电桥电路范例6篇

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电桥电路范文1

下面就详细分析一下“伏安法测电阻”的器材选取原则及电路的设计。

1.先选择唯一性的器材

注意:

(1)对于电源、电键、变阻器等元件,如果是唯一性的则必须用。

(2)对于电压表、电流表如果是唯一性的不一定能用,一定要看其量程是否合适。

①如果电压表是唯一性的但量程不合适,这时要看电流表是否是唯一性的,如果电流表也是唯一性的,那么这两块表都必须用。

②如果电压表是唯一性的但量程不合适,但电流表不是唯一的,这时要确切知道内阻的电流表允许加的电压是多大,能否可以直接当作电压表使用,如果不能就将其改装,改装为量程合适的电压表。

③同理也可以用此方法选择电流表。

2.选择安培表及电压表

在第1步如果已经选出了电压表、电流表,就可以跳过此步,如果没有选出,就进行第2步。在这2步选择电压表、电流表时需要按顺序考虑以下几个方面的问题:

(1)被测电阻有额定值限制时,先算出被测电阻近似的额定电压、额定电流,按照额定电压、额定电流选取电压表、电流表的量程。

(2)被测电阻无额定值限制时,如果电源是唯一的,则用电源的电动势直接除以被测电阻的电阻值,算出通过被测电阻的最大电流,然后按照该最大电流值选取安培表的量程,按照电源电动势选取电压表的量程。

(3)被测电阻无额定值限制,并且所提供的电流表、电压表、电源均是多个,此时按照配套的原则选取,一般采取的方法是从电流表入手,先用其中一个电流表的量程乘以被测电阻算出被测电阻两端的最大电压,然后看所供给的电压表量程,电源电动势能不能与该最大电压值接近,如果能即可选出电压表、电源,否则换另一个电流表按同样的方法选取器材。

3.确定电压表与安培表的接法

比较 与 的大小关系,如果 > ,采取安培表对被测电阻外接法,如果 < ,采取安培表对被测电阻内接法,如果 = 或 与 均非常大,则采取内接、外接均可。

4.选择变阻器,判断变阻器的接法

首先,选择小阻值的变阻器,优先考虑限流式接法,估算限流式电路中的最大电流Im= ,最小电流Im= ,(R为变阻器的全阻值),之后需要综合考虑以下几方面的因素:

(1)要确保电路中任何一个元器件的使用安全。

(2)考虑电流表、电压表表盘的利用率。

(3)是否变阻器的全阻值远小于被测电阻的阻值。

说明:

(1)如果限流式不合适,就考虑采用分压式接法。

(2)以下几种情况一定采用分压式接法:

①要求用图像法处理数据;

②题干中要求多测一些数据;

③题干中要求电压从0开始变化

(3)在分压式接法中,还应考虑到以下因素:

①当变阻器的全阻值过小时,流过电源的电流较大,可能超出电源允许通过的最大电流,此时可以考虑换阻值稍大的变阻器。

②在分压式接法中,变阻器一部分在干路中,一部分在支路中,此时如果流过干路中变阻器的电流超过变阻器允许通过的最大电流,也必须考虑更换额定电流稍大一点的变阻器。

电桥电路范文2

起步起步前检查车门是否完全关闭,调整好座椅和后视镜,并系好安全带。然后检查手刹、挡位,启动发动机。观察车内、外后视镜,并且开启左转向灯。保持3秒之后,鸣喇叭、挂挡、松手刹、起步。温馨提示:开启左转向灯时要保持3秒以上,不能后溜和熄火。?

靠边停车开启右转向灯,通过车内外后视镜观察交通情况,减速之后向右转向靠边,平稳停车,停车挂空挡拉紧手刹关闭转向灯。温馨提示:不要忘记看车内后视镜,停车车身距离道路左侧边缘不超过30厘米。在完成下一个项目之前,要完成起步动作?

会车正确判断会车地点,会车有危险时要控制车速,提前避让。会车时与对方车辆保持安全距离。温馨提示:此项目随机性大,如果没有车辆相会,只需减速并平稳通过。如果会车时发生用紧急转向来避让来车等不安全的驾驶行为等,将被扣分。

电桥电路范文3

【关键词】PCB;布局布线;抗干扰;SMT

《电子电路设计》课程是一门理论与实际结合性很强,极具实践性的新兴课程,是高职机电类专业的专业技能课程之一。近年来在高职院校的项目教学过程中发现,在本门课程的教学中常常只是将重点放在对电子电路设计应用软件的功能熟练操作上,却忽视了对PCB板设计的一些实用应用,特别是如果设计出来的产品与生产实践脱节,这样其能不能经过产品测试并进入到实际的生产中,我们要打个大在的问号。不然要么会大大提高了生产成本,要么是不符合生产要求而放弃。那么如何在这门课程的教学中实现与生产的联接,将是本文将要探讨的问题。

实践证明,对电子产品设计师尤其是线路板设计人员来说,即使电路原理图设计正确,可是如果印制电路板设计不当,也会对电子设备的可靠性产生不利影响。因为随着电子技术的飞速发展,PCB板的密度越来越高。PCB板设计的好坏对于抗干扰 能力影响很大。因此,在设计印制电路板的时候,就要学会掌握各种电路设计技巧,注意采用正确的设计方法。为此,我们在《电子电路设计》课程的教学内容方面做了很多全面的创新,增加了PCB设计技巧应用技能,充分提升了课程的教学质量,增强了专业技能课程的实践性及可制造性。最终完成这门课程的职业目标。

一、布局布线技术的发展及应用

随着微孔和单片高密度集成系统等新硬件技术的发展应用,自由角度布线、自动布局和3D布局布线等各种新软件将会成为电路板设计人员必备的设计工具之一。早期的一些电路板设计工具,有提供布局的专门布局软件,布线也有专门的布线软件,两者之间联系不大。而随着球栅阵列封装的高密度单芯片、高密度连接器、微孔内建技术以及三维板在印刷电路板设计中的应用越来越多,布局和布线已越来越一体化,并成为设计过程中相当重要组成部分。近年来,自动布局和自由角度布线等软件技术已渐渐成为解决这类高度一体化问题的重要方法,利用这些软件能在短时间范围内设计出可制造的电路板。在目前电子产品快消时代来临的情况下,手动布线极为耗时,不合时宜。因此,现在要求布局布线工具具有自动布线功能,以快速响应市场对产品设计提出的要求。在利用这一技巧时,我们应重点告诉学生如何设计约束条件。由于要考虑电磁兼容(EMC)及电磁干扰、串扰、信号延迟和差分对布线等高密度设计因素,布局布线的约束条件每年都在增加,所以这就要求布线工具具有更大的灵活性,它必须能够使用不同的约束条件,能适应不同的微孔和构建技术的要求。

现在,自动布线技术已极为普及。我们有理由相信,自由角度布线、自动布局和3D布局等各种新电子设计软件技术也会同自动布线技术一样成为PCB板设计人员的日常设计工具,设计人员可用这些新技术来解决微孔和单片高密度集成系统等新型硬件技术问题。

二、PCB设计抗干扰措施

在设计中,要使电子电路获得最佳性能,元器件的布且及导线的布设是很重要的。为了设计 质量好、造价低的PCB.以往在这个过程中我们会在教学中传授PCB设计的一般原则。而PCB及电路抗干扰措施却往往被忽视。

其实印制电路板的抗干扰设计与具体电路有着密切的关系,这里仅就PCB抗干扰设计的 几项常用措施做一些说明。

1.对于电源线的设计,我们要根据印制线路板电流的大小,尽量加租电源线宽度,减少环路电阻。同时应使电源线、地线的走向跟数据传递的方向一致,这样有利于增强抗噪声能力。

2.对于地线设计,我们可以利用这几个原则:首先数字地与模拟地分开。如果线路板上既有逻辑电路又有线性电路,应使它们尽量 分开。同时低频电路的地应尽量采用单点并联接地,实际布线有困难时可部分串联后 再并联接地。而高频电路宜采用多点串联接地,地线要短而粗,高频元件周围尽量使用 栅格状大面积铺铜等办法。其次接地线应尽量加粗。若接地线用很纫的线条,则接地电位随电流的变化而变化,使抗噪性能降低。因此应将接地线加粗,使它能通过三倍于印制板上的额定电流。如果可以,接地线可在2~3mm以上。最后接地线构成闭环路。只由数字电路组成的印制板,其接地电路布成团环路大多 能提高抗噪声能力。

3.用好去耦电容是PCB设计的常规做法,我们可在印制板的各个关键部位配置适当的 退藕电容。退藕电容的一般配置原则有如下几点:第一电源输入端跨接10~100uf的电解电容器。如果可以就接100uF以上的更好。第二是每个集成电路芯片都应布置一个0.01pF的瓷片电容,如果印制板空间不足,可每4~8个芯片布置一个1~10pF的电容。第三是对于RAM、ROM存储器件,应在芯片 的电源线和地线之间直接接上退藕电容。 第四是电容接线不能太长,尤其是高频旁路 电容不能有引线。除此之外,还应注意以下两方面:第一在印制板中有接触器、继电器、 按钮等元件时。操作它们时均会产生火花放电,必须采用RC 电路 来吸收放电电流。第二CMOS的输入阻抗很高,且易受感应,因此在使用时对不用脚要接地或接电源处理。

三、可制造性分析

现代电子产品的生产基本都是依靠SMT来进行生产,因此我们在设计的时候就必须让学生们知道要了解SMT的制造过程,这样我们设计出来的产品才能符合生产的要求。在SMT生产工艺流程中,通常将SMT分为挂胶制程(波峰焊)和锡膏制程(回流焊)。它们的主要分别是:贴片前的工艺不同,前者使用贴片胶,后者使用焊锡膏。贴片后的工艺不同,前者过回流炉只起固定作用、还须过波峰焊,后者过回流炉起焊接作用。那么在设计和选择的时候除了考虑以上特点,接下来就要考虑下面的几个问题:

1.拼板是否用阴阳板?优缺点?

2.是否采用拼板及拼板的个数?

现在几乎所有的小电路板设计完成后都需进行阴阳拼板,一般为四拼一的方式。所谓阴阳板就是我们通常所见的在一个拼板中的同一面既有TOP面又有BOTTOM面的PCB电路板。因此阴阳板拼板其实就是将两块同样的PCB板,一块正放另一块反放拼在一起看作是一块PCB板。在SMT生产过程中,从而进行过炉焊接,焊完一面,不需改动贴片机的程序,再将其翻转焊接另一面,最终焊接完成全板。在此我们阐述下采用此种拼版形式的优点:一是可以充分利用SMT长线的优势降低了生产成本。二是采用阴阳板,在开始编制程序的时候就达到节省优化程序的时间了。采用阴阳板,也就是将两面的程序合成一个程序来做,这样只要针对一个程序来考虑优化肯定会费时费力。三是采用阴阳板,在附加工具和辅料方面也会有很大的节省(针对部分产品来说)。通常能省一半。最后在生产效率上面来说,可以提高产量。如果做单面板,要采用手工焊接元器件,会降低了生产效率。还有就是由于阴阳板是一个贴装程序,这样在生产的时候就比两面程序,减少了基板搬运时间,从而使生产效率大大提高。这些PCB设计技巧在我们以往课堂教学及高职教材内容上面总是容易被忽视,可是对于从事PCB专业人员来说却是必需掌握的。因此,在本门课程教学改革过程中,我们增加了这些PCB设计应用技巧及可制造性分析,达到了对课程改革的职业目标要求。

参考文献

[1]王平,田文娟.电子CAD教程[M].东南大学出版社,2009.

电桥电路范文4

【关键词】PCB;布局;布线;可制造性

0 引言

《电子电路设计与仿真》课程是一门理论与实际结合性很强,极具实践性的新兴课程,是电气类专业的核心技能课程之一。在近年来高职院校的项目教学改革中发现,在对这门课程的教学过程中,往往只是将重点放在对电子电路CAD应用软件的熟练操作上,却忽视了对PCB板设计的一些技巧应用,特别是对设计出来的产品在可制造性上与企业的生产实践脱节,这样设计出来的产品如果走上生产环节,要么会大大提高了生产成本,要么是不符合生产实践。那么如何在这门课程的教学中实现与生产的联接,将是本文将要探讨的问题。

实践证明,对电子产品设计师尤其是线路板设计人员来说,即使电路原理图设计正确,可是如果印制电路板设计不当,也会对电子设备的可靠性产生不利影响。同时产品的可制造性(工艺性)也是一个必须要考虑的因素,如果线路板设计不符合可制造性(工艺性)要求,将大大降低产品的生产效率,提高了生产成本,在严重的情况中甚至会导致所设计的产品根本无法制造出来。因此,在设计印制电路板的时候,应学会掌握各种电路设计技巧,注意采用正确的设计方法。为此,我们在《电子CAD》课程的教学内容方面做了全面的创新,增加了PCB设计技巧及可制造性应用技能,充分提高了课程的教学质量,增强了技能课程的实践性。

1 PCB布局技巧

在设计中,布局是一个重要的环节。布局结果的好坏将直接影响布线的效果,所以合理的布局是PCB设计成功的第一步。

考虑整体美观,一个产品的成功与否,一是要注重内在质量,二是兼顾整体的美观,这样两者都较完美才能认为该产品是成功的。同时我们还要注意一些问题如:

1)布局的首要原则是保证布线的布通率,移动器件时注意飞线的连接,把有连线关系的器件放在一起 ,避免走线太长;

2)数字器件和模拟器件要分开,尽量远离,避免干扰;

3)去耦电容尽量靠近器件的VCC;

4)放置器件时要考虑以后的焊接,同时还有散热,不要太密集;

5)多使用软件提供的Array和Union功能,提高布局的效率。

2 PCB布线技巧

一般来讲PCB设计软件提供的手工布线功能十分强大,包括自动推挤、在线设计规则检查(DRC),自动布线由Specctra的布线引擎进行,通常这两种方法配合使用,常用的步骤是手工―自动―手工。

2.1 布线是PCB设计过程中的一个重要环节,所有的前期准备工作都是为它而做的,而在整个PCB设计过程中,就属布线的设计过程技巧最细、限定最高。PCB布线有单面、双面及多层布线,方式有两种:自动及交互式布线,在自动布线之前,可预先用交互式对要求比较高的线进行布线,输入端与输出端的边线不应相邻平行,这样可避免产生反射干扰。在必要时,可加地线进行隔离,且两相邻层的布线要互相垂直,因为平行比较容易产生寄生耦合。

2.2 电源、地线的处理。即使在整个PCB板中的布线完成得都很好,但由于电源、地线的考虑不周到而引起的干扰,会使产品的性能下降,有时甚至影响到产品的成功率。每个从事电子产品设计的工程师都明白,为何会产生电源线与地线之间的干扰,现只对降低式抑制干扰作以表述。要在电源、地线之间加上去耦电容。尽量加宽电源及地线,最好是地线比电源线宽,其关系为:地线>电源线>信号线。因此对电源、地线的布线要认真对待,把电源、地线所产生的噪音干扰降到最低限度,以保证产品的质量。

使用大面积铜层作地线,在印制板上把没被使用的地方都与地相连,作地线使用或是做成多层板,电源,地线各占用一层。

2.3 数字电路与模拟电路的共地处理。现在大部分的PCB不再是单一功能电路(数字或模拟电路),而是由数字电路和模拟电路两种电路构成的。因此在布线时就需要考虑这两种电路之间互相干扰问题,特别是地线上的噪音干扰。

3 可制造性分析

现代电子电路产品的生产基本都是依靠SMT,因此我们在设计的时候就必须要考虑SMT的制造过程,这样我们设计出来的产品才能符合生产的要求,在这里我以一个多功能灯为例。

多功能灯组成结构分析

多功能灯的主要组成有:LED灯头、螺旋钢管灯头支臂、三防外壳、带导线充电电池(MiNMaX LICI8650)、电源插座(DC-005 2.1MM内芯)、按钮、主控板(50mm*32mm)。

在SMT生产工艺流程中,通常把SMT分为挂胶制程(波峰焊)和锡膏制程(回流焊)。它们的主要区别为:贴片前的工艺不同,前者使用贴片胶,后者使用焊锡膏。贴片后的工艺不同,前者过回流炉只起固定作用、还须过波峰焊,后者过回流炉起焊接作用。那么在设计和选择主控板的的时候除了考虑以上特点,我们就要考虑下面的几个问题:

1)拼板是否用阴阳板及各自优缺点;2)是否采用拼板及拼板的个数。

根据实际生产情况分析得出,多功能灯的主控板采用:双面锡膏回流焊接工艺。因此我们选择多功能灯的主控板元件配置图top层 和bot层将设计出对应的拼版图,最终设计拼版方案A和方案B如下图。

论证:主控板正面元件较多,而背面元件较少,照成了元件极度分布不均;元件集中的区域吸热多,散热不良,温度较高,这样容易造成主控板在进入回流焊接时板子的翘曲。方案A和方案B比较,后者较前者的合理性更好,故选择方案B。

采取此种拼版形式的原因:一是可以充分利用SMT长线的优势,以达到更高的打件效率;二是节省网板;三是此板若(下转第76页)(上接第89页)做单面板,要采用手工焊接元器件,降低了生产效率。

采用此种拼版形式的优点:

1)降低了生产成本。

2)采用阴阳板,在开始编制程序的时候就可以节省优化程序的时间。采用阴阳板,也就是将两面的程序合成一个程序来做,这样只要针对一个程序来考虑优化条件。

3)采用阴阳板,在附加工具和辅料方面也会有很大的节省(针对部分产品来说)。比如,钢网就可以少做一片,如果需要托盘的话,那么节省的物料就会更多。

4)在生产效率上面来说,可以提高产量。原因是在生产过程中不需要换产,那么这部分时间就会多生产产品。还有就是由于阴阳板是一个贴装程序,这样在生产的时候就比两面程序,减少了一半的基板搬运时间,这部分时间又可以多生产产品。

这些PCB技巧在我们的平时课堂教学及高职教材上面总是容易被忽视,可是对PCB专业人员来说却是必需掌握的。因此,在本门课程教学上,我们增加了这些PCB设计技巧及可制造性分析,达到了对课程改革的职业目标要求。

【参考文献】

[1]比秀梅周南权.电子线路板设计项目化教程[M].化学工业出版社,2010.

电桥电路范文5

要掌握初中物理电路故障的分析方法就必须先了解初中物理电路故障的类型及其成因.

电路是电源、用电器、开关和导线组成的电流的路径,通常有串联、并联两种方式.电路故障的基本类型有两种:断路和短路.

断路是指电路中某处断开,造成整个电路开路,电路中无电路,有电器无法工作,其形成原因有:(1)连接电路时导线未接好或断开;(2)灯泡灯丝烧断,即用电器损坏;(3)灯泡或用电器接触不良.

短路分为电源短路和用电器短路两种:

电源短路指导线(或电流表)不经过用电器而直接接到电源两极,导致电路中电流过大,烧坏电源甚至引起火灾,因而这是绝对禁止的.

较常见的是串联电路中的一个用电器发生局部短路,是因为用电器两端被导线直接接通而导致用电器无法正常.

初中物理简单电路的故障题型几乎都是针对断路和用电器局部短路两种原因,因此分析总结电路故障判定的方法和技巧也是围绕断路和用电器局部短路而展开的.初中物理电路故障的判定方法多样化,其中较为简单且比较直观的判定方法是如导线、小灯泡、电流表、电压表等电路元件判断,本文中将就这几种器材的使用判定方法进行简单的归纳总结.

1使用导线判定电路故障

物理电学中,导线作为电流流动的载体,其特征是电阻很小,可以忽略不计.简单模拟电路中的导线电阻通常视为零,导线既可以作为输送电流的通道,又极容易造成短路问题出现,使用导线判定电路故障,正是利用其能造成短路这一特点.

例1

如图1所示,闭合开关S,灯L1和L2均不亮.其中某个电路元件发生故障,请找出其中发生故障的元件.

分析

观察电路图,L1与L2是串联方式,根据题意可知故障是其中某个元件断路,利用导线并联短路的方法可查找出断路的元件.

方法:将导线依次接在ab、bc、cd两点间,若电路中灯亮了,则与导线并联处元件断路.如接ab两点间,其作用是将L1灯泡短路,若L2灯亮,则说明L1灯断路;若L2灯不亮,则可能是L2灯断路或可能是开关S断路,依次接入bc、cd以上述方法可最终找出故障.

2使用小灯泡判定电路故障

使用小灯泡判定电路故障时,通常是将小灯泡并联在待判定用电器两端,与之构成并联,再利用并联电路各支路用电路互不影响的特点,进行分析判断.

例2

如图1所示,闭合开关S,发现灯泡L1、L2均不亮,电路中某个元件发生故障,现有规格与L1,L2相同且完好的灯泡L′,试找出电路故障.

分析

根据题中所给提示,很明显该电路故障是断路,则可利用L′与各电路元件并联,找出其故障.

方支:将L′依次接在ab、bc、cd两点间,若电路中有灯发光且L′也发光,则与L′并联处元件断路.

3使用电流表判定电路故障

电流表是测量电路中电流大小的仪器,其正确使用方法是必须与被测用电器串联.一般情况下,电流表不能与被测用电器并联,原因是电流表内阻非常小,类似于导线,其电阻可等同于零,因此如果电流表并联,则用电器被短路,电流表可能被损坏.

3.1电流表判定电路故障的方法之一

在不会发生电源短路的前提下,将电流表并联在用电器两端使其短路,观察其他用电器工作情况以及电流表是否有示数.

例3

如图1所示,闭合开关S,灯泡L1、L2均不亮,电路中某个元件发生故障,现有电流表一个,请利用电流表找出电路中的故障.

分析

根据题中所给提示,可以判定电路故障是断路,可利用电流表与导线相同的特点,将电流表并联在各元件两端,找出故障原因.

方法:将电流表依次并联在ab、bc、cd两点间,若电路中灯泡发光且电流表有示数,则与电流表并联处发生断路.

3.2电流表判定电路故障的方法之二

结合串联、并联电路中电流的规律以及欧姆定律等物理知识,综合分析判断.

例4

如图2所示,闭合开关后,两个电流表的示数相同,判断电路出现的故障.

分析

观察电路图L1、L2是并联,A1电流表测L1支路电流,A电流表测干路电流,根据并联电路中电流的规律:并联电路中,干路总电流等于各支路电流之和,则A电流表示数应等于L2灯与L1灯电流之和,现两电流表示数相等,则说明L2支路无电流,即L2支路可能断路,结合该电路是并联,所以电路故障是灯L2断路.

4使用电压表判定电路故障

电压表是测量用电器两端电压的仪器,正确使用方法是并联在用电器两端.电压表不能串联在电路中,因其内部电阻很大,串联时会造成断路故障.

在初中物理电路故障分析题型中,大多数都会涉及到电压表,掌握利用电压表分析电路故障的方法既适用又重要.

使用电压表分析判定串联电路故障时,可以分两步:

第一步根据题意初步断定电路的故障类型,即断路或局部短路;

第二步结合不同故障时电压表有无示数判定故障.

4.1电路是断路故障

(1)电压表有示数且示数等于或接近于电源电压时,则与电压表并联用电器断路,因为断路处电阻无穷大,根据串联电路中电阻分压规律,断路处两端电压接近于电源电压.

(2)电压表无示数,则与电压表并联用电器无故障,因为断路处电压接近于电源电压,根据串联电路电压规律,则无故障的用电器两端电压很小,接近于零.

4.2电路是短路故障

电桥电路范文6

关键词:串并联 动态 电路 快捷

DOI:

10.16657/ki.issn1673-9132.2016.04.156

在中学物理的电学习题中,经常会遇到这样一类问题:电源电压不变,由于可变电阻阻值变化,或者说某个开关闭合或断开引起阻值变化,然后让你判断电路的电流、各电阻两端的电压以及电功率怎样变化。学生对这样的问题感到非常棘手,其实这是有规律可循的。大部分物理教师都会用常规思考方式告诉学生解题思路,我称之为基本思路,也是考查学生对电路的深刻认识,这是非常好的。一般解题过程大致是这样的:首先弄清电路的串并联关系,然后根据电压、电阻、电流间的变化关系,在寻找变量的同时,要注意哪些是不变的物理量,便可以顺利解决问题。因为电阻、电流和电压是彼此关联的,要想处理好这类问题,主要解决好以下几个环节:局部电阻的变化整个电路的电阻的变化总电流的变化局部定值电阻电压的变化局部电流的变化。我们现在可以拿一道题为例子:

[案例一] 滑动变阻器阻值的变化问题

[A][S][R1][R2] [V]

图1

在如图1所示的电路中,R1是定值电阻,电源电压U保持不变,当滑动变阻器滑片向右移动时,电压表、电流表的示数如何变化?

分析:滑片向右移动时,滑动变阻器接入电路的电阻R2变大,由于R1是定值电阻,所以串联电路的总电阻R串=R1+R2变大,串联电路的电流I=U/R串,因U恒定不变,R串变大,所以I变小,电流表示数就变小。定值电阻两端的电压U1=IR1,因为I变小,而R1不变,所以U1变小,电压表示数变小。即分析思路流程如下(表示增大,表示减小):

R2R串(U不变)IU1(R1不变)

思考:若要判断滑动变阻器两端电压U2,能否根据U2=IR2来判断U2的变化?回答显然是否定的,因为I和R2都是变化的,而此时的问题切入点应是R1的阻值不变,再根据U2=U-U1,因U恒定不变,U1减小,则U2增大分析思路流程如下:

R2R串I(R1不变)U1U2(U不变)

这样的过程可能看起来不是太麻烦,一般学生都能理解,如果再有更复杂的电路类似同样的问题那会怎样呢?如果电路的电表个数都增多了,分析用基本思路是可行的,但如果是选择题,那我们就应该认真思考一下这种题花费的时间问题。在前些年的高考题中常有电路题作为物理选择题的压轴题,其实学生不是不会,而是时间,大部分时间思考电路。我曾经试过估测了一下一个思路清晰、反应敏捷的学生做这样的压轴题,大约需要3-5分钟,有人说时间很快啊,但是如果用更快的方法几十秒解决岂不是更好?

下面我介绍一个方法来解答这样的动态电路问题,我起名字叫“串并联法”。在这首先向大家介绍一下什么叫串联?什么叫并联?我给它赋予不同于课本的概念理解,首先电路我们只看部分支路,以电流为准,如果电流流经一个用电器,又流经另一个用电器,那么我们就叫这两个用电器串联。(书本上串联电路电流相等)而这里电流不一定相等,这是一种中学阶段新的定义。反过来,如果电流流经一个用电器,而不流经另一个用电器那么我们就叫这两个用电器并联。结论是:与动态电阻是串联的用电器产生的变化与电阻相反,与其并联的用电器变化相同。(这种变化指数值上大小变化)为了验证一下我们拿案例一起来看下:判断两个表的变化一个是电压表,一个是电流表,那根据我们的串并联定义判断出电压表与电流表都与滑动变阻器是串联关系(流过滑动变阻器的电流都流过了两个电表),所以,当滑动变阻器向右滑动,阻值增大那两个电表的示数都应该减小。很快就得出正确结果。可以比较两种方法不难看出“串并联法”简单有效,节省了不少时间。对于更复杂的电路用起来也是一目了然。我们用案例二来看一下:

[案例二] 如图2所示电路,当滑片向右滑动时,各表的示数如何变化?

[R2] [A2] [V] [R1] [A1] [A3][S][R3]

图2

用基本思路分析:此电路是混联电路,R1和R2并联再与R3串联,电流表A1,A2,A3分别测通过R1、R2和干路的电流,电压表测量的是滑动变阻器两端的电压,滑动变阻器的阻值增大,并联电路的等效电阻没有变化,当滑片向右滑时,R3变小,则R总变小,总电流变大,这时的切入点是R并不变,U并变大,因而I1和I2变大,又由于U不变,U3变小。分析思路的流程如下:

R2R串I串(R并不变)[R1不变

U并

R2不变][

][I1

U3

I2]

如果我们用串并联法,不难看出流过滑动变阻器的电流都要流过三个电流表而不通过电压表,所以三个电流表的示数变化与变阻器大小变化相反,而电压表变化与变阻器变化相同,滑片向右,变阻器阻值变小,所有电流表都增大而电压表减小,与基本思路分析结果完全一致。

这种“串并联法”有效快速地解决了学生棘手的动态电路问题,大大节省了做类似题的时间。更值得肯定的是这种方法还有别的应用,只要变化一下思想,把动态电路问题,不仅仅是判断电表这样简单的,还有解其他类型问题也不为一个好的思路。

[案例三] 动态问题变型

如图3所示电路中,三只灯泡原来都正常发光,当滑动变阻器的滑动触头P向右移动时,试分析灯泡明暗变化。

[L2] [P] [R][L3][L1][R0] [8]

图3

这里面没有电表,而是分析灯泡随变阻器的变化,但我们仍可以把电表根据需要放入电路中帮助解题。对于这个问题的判断,我们完全用电流表代替3个灯泡,这样我们可以来看一下,如果滑片向右滑动,变阻器阻值在增大,那么根据我们的结论,看灯泡L1和L3与滑动变阻器是串联,L2与滑动变阻并联,则L1、L3上的电流变小,L2上的电流变大,所以L1、L3变暗,L2变亮,这是一个简单的变型,不过这样用起来也挺方便,下面我们来看另一个应用。

[案例四] 电路故障问题分析

如图4所示的电路,当闭合开关时,灯L1、L2正常发光。由于电路出现故障,突然发现灯L1变亮,灯L2变暗,电流表的读数变小。试根据上述现象判断,发生的故障可能是( )。

A.R1断路 B.R2断路 C.R3短路 D.R4短路

[L1] [A] [L2] [R2][R1][R3]

图4

这个问题分析起来就比较麻烦,可我们仍用“串并联”来分析,当R1断开相当于滑动变阻阻值增大,可以认为无穷大,再看其他灯泡L1与R1并联,L2与R1串联,电流表A与R1串联所以L1变亮,L2变暗,电流表A减小,问题就自然解决了。

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