再谈电路及其元件的选择

两年前写过电路与元件的选择问题,发现再次做题时还是有些陌生,方法没有熟练掌握,需要总结出简单易操作的方法,所以写以下的文章。

一、电路图的选择问题

考察电路图,特别是简单的电路图,最基本的就是把握变阻器与电流表的连接方式,下面分别讲述。

1、变阻器的连接方式:

变阻器有两种连接方式,一种是简单的初中就学过的限流式,它的特点是串联在电路中,变阻器只有部分连入电路,通过移动滑片改变连入的电阻大小从而改变电流大小,这种连接方式叫限流式。在电路没有特别要求的情况下,如测电阻的实验(包含测电阻率的实验)、测电源电动势与内阻等试验,都可以用到此种连接方式。此种连接方式的特点是简单,但是待测电路的电压调节范围不大,有时连入的电阻最大,也无法使待测电阻达到指定的电压,更无法使待测电路电压从零开始。

另一种就是比较复杂的高中学习的分压式,它的特点是变阻器一部分在干路中,另一部分与待测电路并联,根据串联电路电压与电阻成正比的规律,只要改变并联部分的电阻,就改变它输出的电压,也就改变待测电路的电压。这种连接方式的特点是调节待测电路的电压范围大,可以从零开始,直到接近电源电压,当然这种连接也稍微复杂。

2、电流表的连接方式:

同样电流表也有两种连接方式,一种是内接法,另一种是外接法。不管哪种连接方式,都存在误差,其原因都是因为电流表与电压表不是理想电表,都会存在分压作用或者分流作用。当被测电阻的阻值远大于电流表阻值时,电流表的分压作用下,测量误差更小;当被测电阻的阻值远小于电压表阻值时,分流作用小,测量误差更小。在不能简单判断分压作用小还是分流作用小时,需要通过比值进行定量判断,从而选择电流表的连接方式。

三、电路元件的选择

1、电压表的选择

电压表通常就是3V与15V,如何选择电表量程呢?通常有两个原则,一个是满足需要,比如某电路元件的额定电压是2.8V,选择3V与15V都可以达到要求;但是还要满足第二个原则,就是实验误差尽量小,被测电路电压的读数要达到表盘的2/3刻度,这样相对误差就小。

2、电流表的选择:

类似于电压表,电流表的选择也遵循上述两个原则,一是量程满足电路的测量值,即量程最大值要大于或等于被测电路元件的额定电压;二是使得读数的相对误差小,也就是说不能选太大的量程,应该使待测电流接近于电表量程的最大值。

3、滑动变阻器的选择:

滑动变阻器的选择相对麻烦一些,它有大电阻与小电阻,也有分压式与限流式,如何选择哪个阻值呢?首先根据电路的需要,选择变阻器的连接方式,是限流式还是分压式。再就是明确变阻器是调节电路用的,需要使得实验操作方便,如待测电阻是小电阻,如果选择大电阻来限流,那么移动滑片,待测电阻的电流、电压变化不明显,这使应该选择与待测电阻阻值相当的小电阻作为变阻器,当然待测电阻是大电阻,同样选小电阻作为变阻器,也不合适——总之,就要选择与待测电阻阻值相当的变阻器。

另外选择的变阻器是分压式,怎么选择阻值呢?同样,如果选择大电阻,移动一点,连入电阻变化不大,则输出电压变化不大,改变不灵敏。总之,通常限流式选择与被测电阻相当的变阻器,而分压式选择阻值小的变阻器。

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