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電阻選型與應用知識系列大講臺—電阻的應用(1)

發(fā)布時間:2011-06-13 來源:電子元件技術網(wǎng)

中心議題:

  • 電阻應用的三大基本定律
  • 電阻應用的四大基本電路

【CLASS 1】電阻選型與應用知識系列大講臺—電阻基礎知識大搜羅
http://m.me3buy.cn/art/artinfo/id/80010906?page=1
【CLASS 2】電阻選型與應用知識系列大講臺—電阻檢測與失效分析
http://m.me3buy.cn/art/artinfo/id/80011025
【CLASS 3】電阻選型與應用知識系列大講臺—電阻的基本選型原則及案例分析
http://m.me3buy.cn/art/artinfo/id/80011142
【CLASS 4】電阻選型與應用知識系列大講臺—電阻的應用(1)
http://m.me3buy.cn/art/artinfo/id/80011295
【CLASS 5】電阻選型與應用知識系列大講臺—電阻的應用(2)
http://m.me3buy.cn/art/artinfo/id/80011670

在第一講的時候曾經(jīng)提到過電阻在電路中的作用(包括限流、分壓、分流、將電能轉化為內能、特殊電阻等作用)。其實電阻在電路中的作用很廣泛,除了上面提到過的作用外,電阻和電容器一起還可以組成濾波器及延時電路、在電源電路或控制電路中用作取樣電阻、在半導體管電路中用偏置電阻確定工作點、用電阻進行電路的阻抗匹配、用電阻進行降壓或限流、在電源電路中作為去耦電阻使用……

在以上的眾多電路應用中,可以歸納為四種基本電路:分壓電路、分流電路、阻抗匹配電路、RC充放電電路。本部分共有兩講,前一講將會先把計算電路設計中確定電阻大小的有關公式、定律作一講解,接著把四大基本電路的形式以及作用給大家作一一介紹,后一講會對具體的電阻電路應用進行分析。

三大基本定律
1、電阻定律
導體的電阻R跟它的長度L成正比,跟它的橫截面積S成反比,還跟導體的材料有關系,這個規(guī)律就叫電阻定律(law of resistance),用公式表示為:
決定式子:R=ρL/S
計算式:R=U/I
其中:
ρ…… 制成電阻的材料電阻率,國際單位制為歐姆 • 米(Ω • m) ;
L …… 繞制成電阻的導線長度,國際單位制為米(m);
S …… 繞制成電阻的導線橫截面積,國際單位制為平方米(m2) ;
R …… 電阻值,國際單位制為歐姆(Ω)。
U …… 電壓值

2、歐姆定律
在同一電路中,導體中的電流跟導體兩端的電壓成正比,跟導體的電阻阻值成反比,這就是歐姆定律,基本公式是I=U/R,其微分形式為:
J=1/ρ*E=σE
其中E為電場強度,σ為電導率。
該定律反映了電阻的一個特性,可以從下面的特性曲線圖看出來:
 


3、焦耳定律

焦耳定律是定量說明傳導電流將電能轉換為熱能的定律。內容是:以熱的形態(tài)在一個均勻導體中發(fā)生的功率,與此導體的電阻和通過此電阻的電流平方之乘積成正比。
焦耳定律數(shù)學表達式:Q=I^2;×Rt(適用于所有電路);
對于純電阻電路可推導出:Q=W=PT;Q=UIT;Q=(U^2/R)T

三大基本定律在電阻的大小選擇上可以通過計算,起到一個導向選擇的作用,可以根據(jù)具體的設計要求,通過公式的轉換從而選擇出大小合適的電阻。下面將在此三大定律的基礎上對四大基本電路加以說明。[page]

四大基本電路
1. 分壓電路
分壓電路實際上是電阻的串聯(lián)電路,如圖2所示,它有以下幾個特點:
① 通過各電阻的電流是同一電流,即各電阻中的電流相等、I = I1 = I2 = I3;
② 總電壓等于各電阻上的電壓降之和,,即V= V1 + V2 + V3;
③ 總電阻等于各電阻之和,即R=R1 + R2 +R3:
在實踐中可利用電阻串聯(lián)電路來進行分壓以改變輸出電壓,如收音機和擴音機的音量調節(jié)電路、半導體管工作點的偏置電路及降壓電路等。

2. 分流電路
分流電路實際上是電阻器的并聯(lián)電路,如圖3所示。它有以下幾點特點:
①各支路的電壓等于總電壓;
②總電流等于各支路電流之和,即I = I1 + I2 + I3;
③總電阻的倒數(shù)等于各支路倒數(shù)之和,即1/R =1/R1 + 1/R2 + 1/R3
在實踐中經(jīng)常利用電阻器的并聯(lián)電路組成分流電路,以對電路中的電流進行分配;
 

 

電流表的滿度電流為50uA.現(xiàn)需將它改成一個最大量程為500uA的電流表,此時只需要在電流表兩端并上一只電阻器R1即可。
根據(jù)圖4 (b)并聯(lián)電路可知
I= I1 +I0
若I = 500uA,則
I1 =I - I0 = 500-50 =450uA
由于I0 * R0 =I1* R1(式中R0為電流表內阻)
求得
R1= (I0* R0)/I1= 200Ω
上述的分流電路計算結果表明,只要在50uA表頭上并聯(lián)一個200Ω的電阻,即可使表頭的量程由50uA擴大到500uA。
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3. 阻抗匹配電路
圖5所是由電阻器組成的阻抗匹配衰減器、它接在特性阻抗不同的兩個網(wǎng)絡中間,可以起到匹配阻抗的作用。
 

匹配器中電阻器的阻什可由下式確定,即
 
式中,Z1和Z2為網(wǎng)絡1和網(wǎng)絡2的阻抗,它們分別為300Ω和75Ω。將它們代入上面兩個公式中,則求得RI=259.8Ω,R2=86.6Ω。

4、 RC充放電電路
RC充放電電路是電阻器應用的基礎電路,在電子電路中會常常見到,因此了解RC充放電特性是非常有用的。

RC充放電電路如圖6所示。圖中開關S原來停留在B點位置,電容器C上沒有電荷,它兩端的電壓等于零。當開關接到A點時.電源E通過R向電容器 C充電,在電路接通的瞬間,電容器電壓Vc=0,充電電流最大值等于Z/R。隨著電容器兩極上電荷的積累,Vc逐漸增大,電阻器R上的電壓Vr =E -Vc,充電電流i=(E—Vc)/R且隨著Vc的增大而越來越小,Vc的上升也越來越慢。當Vc=E時,i=0,充電過程結束。


 
試驗證明,充電過程可用下面公式描述,即

式中:e-自然對數(shù);t-時間。
從公式中不難看出,充電過程中Vc和i是按指數(shù)規(guī)律變化的。而充電的快慢取決于電阻和電容的乘積,因此稱RC為時間常數(shù)r,即r=RC。如果R和C的的單位取歐姆和法拉,則r的單位為秒。

根據(jù)公式計算在不同時間內的Vc和i,其結果見表1。從表中可以看出,r越大充電越慢。當t=3r時,Vc=0.95E;當t=5r時,Vc=0.993E;一般認為當 t=(3-5)r時,電容器上的電荷已被充滿。
 

 當電路開關S在C充滿電荷后由A端置于B端時,電容C上的電荷通過R放電,其放電也是按指數(shù)規(guī)律進行的。
利用RC充放電特性可組成很多應用電路,如積分電路、微分電路、去耦電路以及定時電路等。


 

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