第十章 D 简单串联、并联组合电路的应用

用导线把电源、用电器和开关连接起来就组成了最简单的电路，随着技术的进步，人们用绝缘板上所镀的金属膜代替导线，制成了“电路板”。后来又采用照相和光刻技术在半导体薄片上制作大量元件，制造了集成电路和大规模集成电路，集成电路真正实现了电路的微型化，一块10mm×20mm的芯片上可以容纳1.4亿个元件。另一方面，集成电路的问世还大大提高了电路的可靠性和运行速度，图10-23表示在显微镜下，一粒灰尘落在计算机芯片集成电路上的情景。图10-24表示放在人的指甲上的一块芯片的大小，该芯片可以容纳数千个开关和其他元件。

在一般电路中，结构要简单得多，本节我们将学习简单串联、并联组合电路的应用。简单串联、并联组合电路就是只含有串联电路和并联电路，并能运用部分电路的欧姆定律或闭合电路的欧姆定律进行计算的电路。

一、电路故障分析

由于各种原因，电路会发生故障，其中断路和短路是常见的故障，为了排除故障首先要对故障进行分析，迅速判断故障的性质，找出故障发生的位置。维修人员常用校验灯来检查电路，校验灯的构造比较简单，就是把能在该电路的电源电压下正常工作的白炽灯装入灯座，再使灯座的两端与测试棒相连，检查电路时接通电源，用两根测试棒与电路中的两点接触，如果灯泡正常发光，说明该两点间有电源电压；如果灯泡不发光，说明该两点被短路，或两点中至少有一点与电源不通，发生断路；再根据学过的电路知识就能分析出故障的原因和位置。

示例1

图10-25中三个电阻串联的电路发生故障，用校验灯检查的结果如表所列，试分析可能发生的故障。

分析测试棒与a、d点接触校验灯正常发光，说明电源完好能正常供电。

测试棒与a、b点接触校验灯不发光，说明包含R₁的ab段短路或者包含R₂、R₃的bd段断路。

测试棒与b、c点接触校验灯发光暗，说明包含R₂的bc段不可能短路，包含R₁的ab段和包含R₃的cd段也不可能断路。

测试棒与c、d点接触校验灯发光暗，说明包含R₃的cd段不可能短路，而且包含R₁、R₂的ac段不可能发生断路。

测试棒与a、c点接触校验灯发光暗，说明包含R₃的cd段既没有断路，也没有短路，工作正常。

测试棒与b、d点接触校验灯正常发光，说明包含R₁的ab段一定短路。

【解答】综合以上分析，可得出结论，最可能的故障是电阻R₁短路，然后通过更换零部件进行验证，完成维修任务。

【讨论】在排除故障时是否要对每个点都进行测量，其实往往并不需要，电工们凭经验可以大致判断故障的范围，有针对性地测几个点即可解决问题。如果没有校验灯也可用电压表替代，根据电压的读数进行判断。

二、电阻的限流、分流与分压作用

电阻串联在电路中，可使总电阻增加，减小总电流，它有限制电流过大的作用。例如在图10-26中为了防止变阻器在调节过程中使电路总电阻过小，流过电源的电流过大，在干路中串联一个电阻r，电阻r就是限流电阻，用以保护电源。凡是需要防止电流过大的用电器、电路板、集成块等器件都可以串联限流电阻得到保护。

除了限流外，电阻还可以起到分流的作用。在总电流恒定的情况下，电路旁并联一个电阻R，可以使一部分电流从并联电阻上流过，这个并联电阻R叫做分流电阻。为了扩大电流表的量程，经常用到分流电阻。在图10-27中，为了提高电表的灵敏度，表头的线圈都做得很轻小，满偏电流I_g也很小，这就使得表头的测量范围很小。为了扩大它的量程，可以并联一个比表头本身电阻R_g小得多的分流电阻R，这样大部分电流从电阻R上流过，电流表的测量范围就扩大了。

电阻接在电路中不仅能影响电流还能影响电压，如果电阻串联在电路中就能改变串联电路各部分的电压分配，我们把这种作用叫做分压作用。为了扩大电压表的量程，就要用到分压原理。在图10-28中表头两端的最大电压只能达到U＝R_gI_g，量程很小，如果串联一个较大的电阻，则电压表两端的电压大部分被分配到电阻R两端，大大提高了电压表的测量范围。

有时需要多次、连续地改变串联电路的电压分配，可以使用电位器，电位器实际上就是滑动变阻器，因为它的作用可以改变电压，故又叫做电位器。

在图10-29中，改变滑片P的位置，在a、b两点之间就可以获得能连续变化的不同电压，变阻器R₂就是一个电位器。

收音机里改变音量的电位器如图10-30所示，其内部构造如图10-31所示。电位器接入电路后，用旋钮使轴转动，滑片P就在电阻膜上移动，滑片P与焊片B相通，在A、B或B、C间能获得连续变化的电压，达到调节音量的目的。

三、控制电路

自动控制不仅在尖端科技领域发挥了重要作用，在日常生活中也得到了广泛的应用。自动控制并不神秘，在串并联简单电路中安装合适的敏感元器件，就可完成某些自动控制任务。

光电管就是一种敏感元器件，图10-32表示它的工作原理。在一个不大的真空玻璃容器中装有阴极K和阳极A，阴极K的表面覆有感光金属层。在两极之间加有电源电压。没有光照时K、A之间绝缘，电路中没有电流。有光束照射在阴极K上时，因为阴极K在光束照射下发射出电子，电路中就出现电流。很显然，在电路中，光电管起到了光控开关的作用。图10-33是各种光控开关的外形。

路灯自动控制就用到了光控开关，因为光电管的电流较小，多盏路灯的电流较大，还需要利用电磁铁（继电器），使小电流能控制大电流。图10-34是路灯自动开关的原理图。

大家谈

请根据原理图10-34讲述自动控制路灯的原理。

在家用电器中自动控制也很普遍，看以下示例。

示例2

图10-35所示是饮水器的自动控制电路，左边是一个对水加热的容器，内有密封绝缘的电热丝发热器和接触开关S₁，只要有水浸没S₁，它就会导通。R_X是一个热敏电阻，低温时呈现高电阻，达到高温时（如沸点）呈现低电阻（相当于短路）。右边P是一个“与”逻辑门，接在0～5V电源之间，当A与C（0V）之间有高电压输入，同时B、C间也有高电压输入时，QC之间才有高电压输出（这里的高电压是接近5V的电压）。图中J是一个继电器，电磁线圈中有电流时吸动S₂闭合，发热器工作。R_Y是一个可变电阻，低温时R_X应远大于R_Y。请回答以下问题：

（1）满足怎样的条件，发热器才能加热烧水？

（2）在什么条件下，发热器停止烧水？

（3）可变电阻R_Y的作用是什么？

【分析】饮水器是常见的家用电器，只要把电源接通装上冷水，它就会自动加热，加热到沸点以后即停止加热，直到水冷却到一定温度又开始加热。看上去自动控制电路很复杂，但它的原理只涉及我们学过的知识。关键是要看懂图10-35中C表示直流电源的负极（0V）；知道热敏电阻R_X在低温时电阻大，高温时呈现低电阻；变阻器R_Y和热敏电阻R_X串联；还要知道P是一个“与”门，只有A、B两端都是高电势，“与”门才会输出高电势。

筒中水位达到S₁时，B点与电源正极接通，当然是高电势。如果水温低，则R_X电阻很大，与变阻器R_Y串联后分到的电压也很高，与门P输出端Q为高电势，使电磁铁工作，开关S₂导通，发热器对水加热。如果水温高了，热敏电阻呈现低电阻，A端电势低；或者水位很低，接触开关S₁不通，B端电势也低。这两种情况“与”门P都输出低电势，继电器和电热丝都不工作，停止加热。

【解答】（1）要满足两个条件，一是水浸没S₁，即容器内有一定量的水；二是水温较低；

（2）水位低于S₁或水温较高时都不能加热；

（3）起微调作用。由于热敏电阻R_X的性能不尽一致，需要调节R_Y，以通过串联电阻的分压原理，控制电压U_AC，使水温低于某设定温度时开始加热。

发布时间：2015/12/8 下午1:13:42  阅读次数：3971