第4节 分压器 (修订中)
[TOC]
零件和材料
- 计算器（或用于算术的铅笔和纸）
- 6伏电池
- 电阻值介于 1 KΩ 和 100 kΩ 之间的各种电阻器
我特意将电阻值限制在 1 kΩ 和 100 kΩ 之间，以便用仪表获得准确的电压和电流读数。
由于电阻值非常低，电流表的内阻对测量精度有很大影响。
非常高的电阻值可能会导致电压测量出现问题，当电压表与高阻值电阻并联时，电压表的内阻会显著改变电路电阻。
交叉引用
电路课程，第 1 卷，第 6 章：“分压电路和基尔霍夫定律”
学习目标
- 电压表使用
- 电流表使用
- 欧姆表使用
- 欧姆定律的使用
- 基尔霍夫电压定律 (“KVL”) 的使用
- 分压器设计
原理图，示意图
插图
指示
这里展示了三种不同的电路构造方法：在面包板上、在端子排上和“自由形式”。
尝试以每种方式构建相同的电路，以熟悉不同的构建技术及其各自的优点。
“自由形式”方法——所有组件都用“鳄鱼”式跳线连接在一起——是最不专业的，但适合像这样的简单实验。
面包板结构用途广泛，允许高组件密度（小空间中的许多部件），但非常临时。
端子排以低元件密度为代价提供了一种更永久的结构形式。
从您的电阻器组合中选择三个电阻器，并用欧姆表测量每个电阻器的电阻。
用笔和纸记下这些电阻值，以供您在电路计算中参考。
如图所示，将三个电阻串联连接到 6 伏电池。
将电阻连接到电池后，用电压表测量电池电压，并在纸上记下这个电压图。
建议在为电阻电路供电时测量电池电压，因为该电压可能与空载条件略有不同。
我们在为高功率灯供电时的“并联电池”实验中看到了这种效果被夸大了：电池电压在负载下往往会“下降”或“下降”。
虽然这个三电阻电路不应该存在足够大的负载（没有足够的电流消耗）来导致明显的电压“下降”，但在负载下测量电池电压是一种很好的科学实践，因为它提供了更真实的数据。
使用欧姆定律 (I=E/R) 计算电路电流，然后通过使用类似这样的电流表测量电流来验证该计算值（电路的“端子排”版本显示为构造方法中的任意选择）：
如果您的电阻值确实介于 1 kΩ 和 100 kΩ 之间，并且电池电压约为 6 伏，则电流应该是一个非常小的值，在毫安 (mA) 或微安 (µA) 范围内。
当您使用数字仪表测量电流时，仪表可能会在显示屏的某个角落显示相应的公制前缀符号（m 或 µ）。
在读取数字仪表的显示时，这些公制前缀很容易被忽略，因此请密切注意！
电流的测量值应与您的欧姆定律计算非常吻合。
现在，将计算出的电流值乘以每个电阻器的相应电阻，以预测它们的电压降 (E=IR)。
将万用表切换到“电压”模式并测量每个电阻器上的电压降，验证预测的准确性。
同样，计算的电压值和测量的电压值之间应该有密切的一致性。
每个电阻器的压降将是总电压的一部分或百分比，因此该电路的名称为_分压器_。
该分数值由特定电阻器的电阻和总电阻确定。
如果一个电阻器在分压器电路中降低了总电池电压的 50%，那么只要电阻值不变，那么 50% 的比例将保持不变。
因此，如果总电压为 6 伏，则该电阻两端的电压将为 6 的 50%，即 3 伏。如果总电压为 20 伏，则该电阻器将下降 10 伏，或 20 伏的 50%。
该实验的下一部分是验证基尔霍夫电压定律。
为此，您需要用数字标识电路中的每个唯一点。
电气公共点（彼此直接连接，电阻很小）必须具有相同的编号。
使用数字 0 到 3 的示例在此以说明性和示意性形式显示。
在插图中，我展示了电路中的点如何用小胶带标记，胶带上写有数字：
使用_数字_电压表（这很重要！），测量由点 0-1-2-3-0 形成的环路周围的电压降。
在纸上写下这些电压中的每一个，以及仪表指示的相应符号。
换句话说，如果电压表记录了负电压，例如 -1.325 伏，您应该将该数字写为负数。
不要颠倒仪表探头_与_电路的连接，以使数字读取“正确”。
数学符号在这个实验阶段非常重要！以下是一系列插图，展示了如何“绕过”电路循环，从点 0 开始和结束：
以这种方式使用电压表“步进”电路会产生三个正电压数字和一个负电压数字：
这些数字，代数相加（“代数”=尊重数字的符号）应该等于零。
这是基尔霍夫电压定律的基本原理：“回路”中所有电压降的代数和加到零。
重要的是要认识到，环绕的“环路”不必与电路中电流的路径相同，甚至根本不必是合法的电流路径。
我们计算电压降的循环可以是_任何点的集合_，只要它以相同的点开始和结束。
例如，我们可以测量并添加回路 1-2-3-1 中的电压，它们也将形成零和：
尝试在电路周围的任何点集之间以任何顺序步进，并亲自查看代数和始终等于 0。
无论电路的配置如何：串联、并联、串并联，甚至是不可约网络，这条定律都适用。
基尔霍夫电压定律是一个强大的概念，它允许我们通过开发数学方程来预测电路中电压的大小和极性，以便根据回路中所有电压加起来为零的真实性进行分析。
本实验旨在为基尔霍夫电压定律作为一般原理提供经验证据和深入理解。
电脑模拟
网表（制作一个包含以下文本的文本文件，逐字）：
分压器
v1 3 0
r1 3 2 5k
r2 2 1 3k
r3 1 0 2k
.dc v1 6 6 1 * 0-1-2-3-0 环路附近的电压代数加到零：
.print dc v(1,0) v(2,1) v(3,2) v(0,3) * 1-2-3-1 环路周围的电压代数加到零：
.print dc v(2,1) v(3,2) v(1,3)
。结尾
2
3
4
5
6
7
8
9
10
该计算机模拟基于前面图表中显示的点编号，用于说明基尔霍夫电压定律（点 0 到 3）。
选择电阻值以分别提供 R 1、R 2和 R 3两端总电压的 50%、30% 和 20% 比例。随意修改电压源值（在“ .dc ”行中，此处显示为 6 伏）和/或电阻值。
运行时，SPICE 将打印一行包含四个电压图的文本，然后打印另一行包含三个电压图的文本，以及许多描述分析过程的其他文本行。将每行中的电压数字相加，以查看总和为零。
相关练习：
总目录：