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根据阻值大小的不同,电阻可分为小电阻、中值电阻和大电阻三类,阻值大于100千欧的电阻称为大电阻。如果把大电阻R和另一电阻r连接,当另一电阻r的阻值与大电阻R相比很小时(R>>r,R是其几十倍以上),大电阻在电路中显示出非常重要的作用,使得电路常常表现出一些特殊的现象。本文就讨论当符合R>>r时,大电阻R的作用及其表现。
一、大电阻的强分压作用
当一个大电阻和一个小电阻串联时,根据串联电阻分压公式可知: UR=[R/(R r)]U,由于R>>r,则UR≈U,即大电阻R几乎分走了全部的电压,小电阻分得的电压很少;如果小电阻的阻值在一定范围内发生变化,只要仍满足R>>r,它分得的电压也几乎不变,小电阻阻值的变化对电路电压的分配没有什么影响。此时,大电阻表现出极强的分压和稳压作用,对电路产生决定性的影响。
例如,某房间照明灯泡不亮,检查电源,发现自动空气开关并未跳闸,这就排除了电源断开或电源短路问题;取下灯泡观察,灯丝并没有断,又用万用表电阻挡测量灯泡阻值也没问题,可判断灯泡完好,问题应出在电路上。首先,用测电笔检查电源是否有电,在接触电源的一个出线端时测电笔氖泡亮,接触另一端时氖泡不亮,由此判断电源应基本正常。然后,接通开关,用测电笔测试灯口两接线端,仍是一端氖泡亮,另一端氖泡不亮,这说明开关通断正常(开关与电源火线相接,开关断开,则测试灯口时氖泡不会亮),初步判断应是零线断路,很可能是零线在灯口里的接头断开造成的故障。此时并没有急于拆卸灯口,而又用万用表的交流电压挡先测量电源电压,220V正常,然后又测量灯口两端电压,结果有点出乎意料,灯口两端电压既不是零(断路),也不是220V(正常),而是有几十伏的电压,这是怎么回事呢?又用手电照亮悬挂在天花板上的灯口,仔细观察,发现在零线接线端附近有几毫米长的铝导线已经发黑,用螺丝刀轻轻一碰就断了。重新将剩余导线接好,安上灯泡,接通电源,故障消失,一切正常。
怎样解释这一故障现象呢?应是当初电工在接灯口线时,不小心折裂了铝线,铝线在裂开处不断氧化老化,这一段的阻值开始变大,到一定程度,电路变成一个大电阻和灯泡串联形式,R>>R灯,大电阻的强分压作用显示出来。相对而言,灯泡电阻很小,只分得很小一部分电压,不能使灯泡发光,所以灯泡不亮。这种故障表现出来的现象极易与断路故障混淆,如果不用万用表再测量电压,只是根据经验按断路考虑,也不难排除故障,但是却犯了一个原则上的错误。实际上,这是一个较典型的通路故障,是一个大电阻R和R灯串联造成的。去掉灯泡,接上电压表测量时,由于电压表内阻较大,电路变成两个较大电阻的串联,电压表内阻分得220V电压中的一部分,电压表的读数既不为零,也不会是220V。这种电路故障的现象与断路情况非常相似,而且较为少见,如果没有进行进一步测量,会出现判断失误,错误地认为是断路故障。
二、大电阻的强稳流作用
当一个大电阻R和一个小电阻r串联时,根据部分电路欧姆定律可知:I=R/(R r),由于R>>r,则I≈U/R,即在路端电压不变时,电路电流由电路中的大电阻R决定,几乎不受小电阻的影响。即使小电阻的阻值在一定范围内发生变化,只要仍满足R>>r,电路中的电流也几乎不变。此时,大电阻起到极强的稳流作用。下面一例可以很好地说明这一点。
测电笔笔芯由电阻和氖泡构成,它们的阻值都很大,电阻的阻值有3到5兆欧,氖泡正常发光时阻值也是兆欧级。如果用万用电表来测量氖泡上的电压,你会发现一个有趣的现象:使用交流250V挡位时,万用表指针读数为60V左右;使用交流50V挡位时,读数只有十几伏了。变换不同的交流电压挡位,读数都不相同。怎么会是这样呢?
根据电工仪表原理知识可知,万用表指针偏转角度α大小与通过线圈中的电流I成正比,即α∝I;万用表电压挡刻度均匀,表针偏转角的大小与读数和量程之比成正比。所以,根据表格中的数字不难看出,不同挡位下测量数字虽然不同,但指针偏转角几乎一样,这说明不管用哪一个挡位测量测电笔氖泡电压,流过万用表线圈中的电流大小却差不多,下面来分析其中原因。
万用表测量氖泡电压时,由于氖泡阻值可达兆欧,与之并联的万用表内阻相对而言反而应被视为一个较小电阻,不能当做无穷大,所以电路实际是万用表内阻R内和氖泡电阻并联,然后与一大电阻R(包括测电笔炭质电阻和人体对地电容的容抗)串联。R氖>>R内,R氖相当于断路,电路也就变为一个大电阻R和一个较小电阻R内的串联,大电阻的强稳流作用就显示出来,电路电流大小由R决定,基本与R内无关。当进行挡位变换时,变化后的万用表内阻和R相比仍小得多,电路电流大小基本不变,造成不同挡位指针偏转角几乎相同,使得不同挡位的读数大不相同,出现了上述现象。
值得注意的是,这是一个较罕见的现象,是在不正确使用万用电表的时候才产生的。万用表正确使用时,要求其内阻要比被测电阻的阻值大得多,测量才准确。但在这里,被测电路的电阻反而比万用电表内阻大得多,根本不符合万用表的使用条件。但这一现象既能充分地反映万用表的使用要求,也能很好地说明大电阻的强稳流作用,所以值得一提。
大电阻的强分压和强稳流作用是同时具备的。这里,电阻的大小是相对而言的,两个电阻相比,如果一个的阻值能比另一个大几十倍以上,我们就可称较大的电阻为大电阻,其强分压作用和强分流作用就非常明显。电路的状态基本上由大电阻来决定,小电阻的变化几乎不对电路状态产生影响,这在分析电路时需要注意。
一、大电阻的强分压作用
当一个大电阻和一个小电阻串联时,根据串联电阻分压公式可知: UR=[R/(R r)]U,由于R>>r,则UR≈U,即大电阻R几乎分走了全部的电压,小电阻分得的电压很少;如果小电阻的阻值在一定范围内发生变化,只要仍满足R>>r,它分得的电压也几乎不变,小电阻阻值的变化对电路电压的分配没有什么影响。此时,大电阻表现出极强的分压和稳压作用,对电路产生决定性的影响。
例如,某房间照明灯泡不亮,检查电源,发现自动空气开关并未跳闸,这就排除了电源断开或电源短路问题;取下灯泡观察,灯丝并没有断,又用万用表电阻挡测量灯泡阻值也没问题,可判断灯泡完好,问题应出在电路上。首先,用测电笔检查电源是否有电,在接触电源的一个出线端时测电笔氖泡亮,接触另一端时氖泡不亮,由此判断电源应基本正常。然后,接通开关,用测电笔测试灯口两接线端,仍是一端氖泡亮,另一端氖泡不亮,这说明开关通断正常(开关与电源火线相接,开关断开,则测试灯口时氖泡不会亮),初步判断应是零线断路,很可能是零线在灯口里的接头断开造成的故障。此时并没有急于拆卸灯口,而又用万用表的交流电压挡先测量电源电压,220V正常,然后又测量灯口两端电压,结果有点出乎意料,灯口两端电压既不是零(断路),也不是220V(正常),而是有几十伏的电压,这是怎么回事呢?又用手电照亮悬挂在天花板上的灯口,仔细观察,发现在零线接线端附近有几毫米长的铝导线已经发黑,用螺丝刀轻轻一碰就断了。重新将剩余导线接好,安上灯泡,接通电源,故障消失,一切正常。
怎样解释这一故障现象呢?应是当初电工在接灯口线时,不小心折裂了铝线,铝线在裂开处不断氧化老化,这一段的阻值开始变大,到一定程度,电路变成一个大电阻和灯泡串联形式,R>>R灯,大电阻的强分压作用显示出来。相对而言,灯泡电阻很小,只分得很小一部分电压,不能使灯泡发光,所以灯泡不亮。这种故障表现出来的现象极易与断路故障混淆,如果不用万用表再测量电压,只是根据经验按断路考虑,也不难排除故障,但是却犯了一个原则上的错误。实际上,这是一个较典型的通路故障,是一个大电阻R和R灯串联造成的。去掉灯泡,接上电压表测量时,由于电压表内阻较大,电路变成两个较大电阻的串联,电压表内阻分得220V电压中的一部分,电压表的读数既不为零,也不会是220V。这种电路故障的现象与断路情况非常相似,而且较为少见,如果没有进行进一步测量,会出现判断失误,错误地认为是断路故障。
二、大电阻的强稳流作用
当一个大电阻R和一个小电阻r串联时,根据部分电路欧姆定律可知:I=R/(R r),由于R>>r,则I≈U/R,即在路端电压不变时,电路电流由电路中的大电阻R决定,几乎不受小电阻的影响。即使小电阻的阻值在一定范围内发生变化,只要仍满足R>>r,电路中的电流也几乎不变。此时,大电阻起到极强的稳流作用。下面一例可以很好地说明这一点。
测电笔笔芯由电阻和氖泡构成,它们的阻值都很大,电阻的阻值有3到5兆欧,氖泡正常发光时阻值也是兆欧级。如果用万用电表来测量氖泡上的电压,你会发现一个有趣的现象:使用交流250V挡位时,万用表指针读数为60V左右;使用交流50V挡位时,读数只有十几伏了。变换不同的交流电压挡位,读数都不相同。怎么会是这样呢?
根据电工仪表原理知识可知,万用表指针偏转角度α大小与通过线圈中的电流I成正比,即α∝I;万用表电压挡刻度均匀,表针偏转角的大小与读数和量程之比成正比。所以,根据表格中的数字不难看出,不同挡位下测量数字虽然不同,但指针偏转角几乎一样,这说明不管用哪一个挡位测量测电笔氖泡电压,流过万用表线圈中的电流大小却差不多,下面来分析其中原因。
万用表测量氖泡电压时,由于氖泡阻值可达兆欧,与之并联的万用表内阻相对而言反而应被视为一个较小电阻,不能当做无穷大,所以电路实际是万用表内阻R内和氖泡电阻并联,然后与一大电阻R(包括测电笔炭质电阻和人体对地电容的容抗)串联。R氖>>R内,R氖相当于断路,电路也就变为一个大电阻R和一个较小电阻R内的串联,大电阻的强稳流作用就显示出来,电路电流大小由R决定,基本与R内无关。当进行挡位变换时,变化后的万用表内阻和R相比仍小得多,电路电流大小基本不变,造成不同挡位指针偏转角几乎相同,使得不同挡位的读数大不相同,出现了上述现象。
值得注意的是,这是一个较罕见的现象,是在不正确使用万用电表的时候才产生的。万用表正确使用时,要求其内阻要比被测电阻的阻值大得多,测量才准确。但在这里,被测电路的电阻反而比万用电表内阻大得多,根本不符合万用表的使用条件。但这一现象既能充分地反映万用表的使用要求,也能很好地说明大电阻的强稳流作用,所以值得一提。
大电阻的强分压和强稳流作用是同时具备的。这里,电阻的大小是相对而言的,两个电阻相比,如果一个的阻值能比另一个大几十倍以上,我们就可称较大的电阻为大电阻,其强分压作用和强分流作用就非常明显。电路的状态基本上由大电阻来决定,小电阻的变化几乎不对电路状态产生影响,这在分析电路时需要注意。