純電阻電路是指電路中隻含有電阻元件的電路,電路中能量的轉化是從電能轉化到另一種能量,二者是一一對應的關系。例如:白熾燈、電爐、熨鬥等都可以看作純電阻電路。在純電阻電路中歐姆定律和焦耳定律成立。然而任何一種電路都可以簡化為串聯或并聯電路。
(1)純電阻串聯電路
如圖3-30所示,電路中有兩個電阻R1和R2,兩個電阻頭尾相連,這種連接方式就是串聯。在這種電路中,為了便于分析,要抓住阻值大的電阻進行着力分析,如果電路中某個電阻的阻值遠小于其他電阻的阻值,那麼這個電阻就可以忽略不計,可以看成該電阻兩個端點間是由導線接通的。
圖3-30 純電阻串聯電路
(2)純電阻并聯電路
如圖3-31所示,電路中兩個電阻R1和R2并排連接,構成了并聯電路。在這種電路中,如果某個電阻的阻值遠大于其他電阻的阻值,那麼此電阻器就可以忽略不計。這點與串聯電路正好相反。
電阻分壓電路在分壓電路中,電阻分壓電路是最基本的分壓電路。有時候電路中也會有電容、二極管、晶體管等電子元器件構成分壓電路。分壓電路有兩個關鍵點:一個是輸入端,另一個是輸出端。
如圖3-32所示,電路中輸入電壓Ui加在電阻R1和R2上,輸出電壓UO為串聯電路中電阻R2上的電壓,這種連接方式的電路就稱為分壓電路。
圖3-31 純電阻并聯電路
圖3-32 電阻分壓電路
電阻分流電路如圖3-33所示,電阻R1與R2并聯,電路中流經R2的總電流被R1分擔了一部分,這種類型的電路就是分流電路。如果電阻R2是其他電子元器件,那麼R1就為該元器件分擔了電流,從而防止過大電流通過該元器件,對其起到保護作用。所以R1又稱分流保護電阻。
電阻隔離電路(1)典型電阻隔離電路
如圖3-34所示,是典型電阻隔離電路,電路中電阻R1将電路中A、B兩點隔離,使兩點的電壓大小不等,但是這兩點之間還是通路,而這樣的電路就稱為隔離電路,這種情況也是最簡單的隔離電路。
圖3-33 電阻分流電路
圖3-34 典型電阻隔離電路
(2)自舉電路中電阻隔離電路
如圖3-35所示,是自舉電路中實用電阻隔離電路,它能提高大信号下的半周信号幅度,電路中的Rl就是隔離電阻。
電路中,R1用來将B點的直流電壓與直流工作電壓 V隔離,使B點直流電壓有可能在某瞬間超過 V。
圖3-35 電阻隔離電路
(3)信号源電阻隔離電路
如圖3-36所示是信号源電阻隔離電路。電路中的信号源1放大器通過R1接到後級放大器輸入端,信号源2放大器通過R2接到後級放大器輸入端,信号源放大器輸出端通過R1和R2合并成一路。如果電路中沒有R1和R2這兩個電阻,那麼信号源1放大器的輸出電阻就成為信号源2放大器負載的一部分,信号源2放大器的輸出電阻就成為信号源1放大器負載的一部分,這樣兩個信号源放大器之間就會相互影響,不利于電路的穩定工作。
圖3-36 信号源電阻隔離電路
加了隔離電阻R1和R2後,兩個信号源放大器的輸出端之間就被隔離開,兩個信号源放大器輸出的信号電流可以不流入對方的放大器輸出端,而更好地流到後級放大器輸入端,實現電路的隔離作用,這樣兩個信号源放大器之間就不會相互影響。
電流變化轉換成電壓變化的電路在電子電路中,為數不少的情況需要電路中電流的變化轉換成相同的電壓變化,這時可以用電阻電路來完成。
晶體管的集電極負載電阻電路
如圖3-37所示,該圖是運用電阻将電流變化轉換成電壓變化的典型電路,這也是晶體管的集電極負載電阻電路。
當電流流過R1時,在R1上産生電壓降,使R1的下端電壓發生改變。電路中“R1上的電壓”加上“A點電壓”就是“ V”,當電阻R1阻值一定,流過R1的電流增大時,在R1上的電壓降增大,VT1集電極電壓下降;當流過R1的電流減小時,在R1上的電壓降減小,VT1集電極電壓升高。
音量調節限制電阻電路和阻尼電阻電路(1)音量調節限制電阻電路
音量調節限制電阻電路是使音量控制的範圍受到限制的一種常見的電路,在這種電路的限制之下音量不能調到最大,也不能調到最小。這一電路用在一些特殊的音量控制場合,防止由于音量控制不當造成對其他電路工作狀态的影響。
如圖3-38所示,該圖就是音量調節限制電阻電路。
圖3-37 晶體管的集電極負載電阻電路
圖3-38 音量調節限制電阻電路
當RP1調到最下端時音量不能達到最小(相比于沒有R2時的電路),因為電阻R2上存在一些信号電壓降,而這一信号電壓降經RP1動片被送到了後面的放大器,所以電路無法将音量關死,達到限制最小音量的目的。
當RP1調到最上端時音量不能達到最大(相比于沒有R1時的電路),因為電阻R1上存在一些信号電壓降,達到限制最大音量的目的。
(2)阻尼電阻電路
圖3-39所示為阻尼電阻電路,電路中的L1和C1并聯,構成了LC諧振電路,阻尼電阻R1與之并聯在這一電路上。
圖3-39 阻尼電阻電路
L1和C1諧振電路中,諧振電路的品質因數Q值(一種表征諧振特性的參數)越大,諧振信号能量損耗越小。由于電阻對振蕩信号存在損耗作用,因此加入阻尼電阻R1後,Q值會減小。R1阻值越小,對諧振信号能量的損耗越大,Q值越小,反之則越大。
電阻消振和負反饋電阻電路(1)電阻消振電路
在放大器電路中,如果存在電路設計不合理等因素會出現高頻或超高頻的嘯叫,這種現象稱為振蕩,消除這種有害振蕩的電路稱為消振電路。
圖3-40所示為電阻消振電路,電路中的R1稱為消振電阻,它通常接在放大管基極回路中,或兩級放大器電路之間,而電阻R1的作用就是用來消耗可能産生的高頻振蕩信号能量,從而達到消振目的。
(2)負反饋電阻電路
如圖3-41所示為晶體管偏置電路中的負反饋電阻電路,這是一個比較常見的負反饋電阻電路,這種電路是應用很廣、種類很多、分析較困難的電路。圖中電阻R1接在VT1基極與集電極之間,基極是VT1的輸入端,集電極是VT1的輸出端,VT1工作在放大狀态,是一個放大器。當一個元器件(電阻)接在一個放大器輸入端與輸出端之間時,該元器件就構成了反饋電路,電路中的R1就是饋電阻,R1就與之構成了負反饋電路。當晶體管VT1工作在放大狀态時,需要給VT1基極加上一個大小合适的直流電壓,以便VT1産生一個大小适當的基極電流,電阻R1提供基極回路電流,電流通過R2,然後通過R1回到基極。
圖3-40 電阻消振電路
圖3-41 負反饋電路
恒流錄音電阻電路如圖3-42所示為恒流錄音電阻電路。其中R1是恒流錄音電阻,HD1是錄音磁頭,從圖中可以看出,它是錄音輸出放大器的負載。
圖3-42a中,錄音磁頭是錄音輸出放大器的負載,由于錄音磁頭是一個電感性負載,當頻率升高時,它的感抗會增大,這樣當錄音信号電壓一定時,顯然流過錄音磁頭的高頻信号電流小于低頻信号電流,将造成高頻錄音信号的損耗。為此,要求錄音電流不能随錄音信号頻率的高低變化而變化,這由恒流錄音電阻電路來完成。
在錄音輸出放大器輸出回路中串聯一個電阻R1,R1稱為恒流錄音電阻。在加入R1之後,錄音輸出放大器的負載阻抗為恒流電阻R1的阻值與錄音磁頭感抗之和(Z=R1 XL)。在電路設計時,令R1的阻值遠大于(5倍以上)錄音磁頭的最大感抗XL(XL是最高錄音信号頻率下的感抗),這樣其阻抗值也就約等于R1的電阻值(即Z≈R1)。
圖3-42 恒流錄音電阻電路
熱敏電阻開水自動報警電路如圖3-43所示為PTC熱敏電阻開水自動報警電路。電路中,S1為電源開關,R2是PTC熱敏電阻器,用來監測水溫。A1是二輸入四與非門CMOS集成電路。B為蜂鳴器,在得到驅動信号後可以發出蜂鳴聲。
接通電源後,S1接通,電路進入工作狀态。當水溫較低時,熱敏電阻器R2阻值較小,集成電路A1的⑩腳上直流電壓較低,不足以使集成電路A1内部的振蕩器工作,此時蜂鳴器B不工作。
圖3-43 熱敏電阻開水自動報警電路
當水開了之後,熱敏電阻器R2阻值已增大許多,即集成電路A1的⑥腳上直流電壓高于阈值電壓,使集成電路A1内部的振蕩器工作,此時集成電路A1的⑥腳輸出信号,驅動蜂鳴器B發出聲響進行報警,表示水已燒開。
氣敏電阻自動監測電路氣敏電阻是一種半導體敏感元件,它是利用半導體材料對氣體的吸附而使自身電阻率發生變化的機理從而進行測量的元件。制作氣敏電阻的氧化物半導體材料主要有SnO2、ZnO及Fe2O3等。為了提高某種氣敏元件對某些氣體成分的選擇性和靈敏度,材料中還摻入催化劑,它們的添加物質不同,能檢測的氣體也不同。
如圖3-44所示為氣敏電阻監測電路。其中Ut為氣敏電阻的加熱電源,U 為氣敏電阻的測量電源。
圖3-44 氣敏電阻監測電路
工作原理:該設備中傳感器連接加熱絲,在室溫下吸收某種氣體後,其電導率變化不大,輸出電壓很小且幾乎不變。若保持氣體濃度不變,輸出電壓随溫度升高而增大,即該氣敏元件的電導率變化很大,靈敏度大幅提高。因此氣敏電阻工作時必須加熱,它能燒去氣敏元件上附着的油污、塵埃等,起到清洗作用,并加速被測氣體的吸附、脫出過程。
光敏電阻控制電路如圖3-45所示為一種光控開關電路,這一光控開關電路通常在一些樓道、路燈等公共場所會用到。它的主要功能元件就是光敏電阻,它在天黑時會自動開燈,天亮時自動熄滅。電路中,VS1是晶閘管,R1是光敏電阻器。
圖3-45 光控開關電路
當光線亮時,光敏電阻器R1阻值小,220V交流電壓經VD1整流後的單向脈沖性直流電壓在RP1和Rl分壓後的電壓小,加到晶閘管VS1門極的電壓小,這時晶閘管VS1不能導通,所以燈HL回路無電流,燈不亮。
當光線暗時,光敏電阻器Rl阻值大,RP1和Rl分壓後的電壓大,加到晶閘管VS1門極的電壓大,這時晶閘管VS1進入導通狀态,所以燈HL回路有電流流過,燈點亮。
濕敏電阻應用電路濕敏電阻是一種對環境濕度敏感的元件,它的電阻值能随着環境相對濕度的變化而變化。濕敏電阻器應用電路廣泛應用于洗衣機、空調器、錄音機、微波爐等家用電器及工業、農業等方面,以作濕度檢測和濕度控制用。
圖3-46所示為濕度傳感電路。電路中,R2是濕敏電阻器,A1是一個電壓比較器集成電路,A2是CPU。
圖3-46 濕度傳感電路
電壓比較器集成電路:當A1的⑤腳直流電壓大于⑥腳直流電壓時,⑦腳輸出高電平給集成電路A2的⑦腳。當A1的⑤腳直流電壓低于⑥腳直流電壓時,⑦腳輸出低電平給集成電路A2的⑦腳。由此可知,集成電路A1的⑦腳輸出狀态由⑤腳和⑥腳之間的相對電壓高低決定。
集成電路A1的⑥腳上接有基準電壓,所謂基準電壓就是一個電壓大小恒定的直流電壓,即集成電路A1的⑥腳直流電壓大小是不變的。
電阻R1和R2構成對 5V直流電壓的分壓電路,其分壓輸出的直流電壓加到集成電路A1的⑤腳上。當相對濕度不大時,濕敏電阻器R2阻值比較大,這時集成電路A1的⑤腳直流電壓大于⑥腳直流電壓,⑦腳輸出高電平給集成電路A2的⑦腳。當相對濕度較大時,濕敏電阻器R2阻值比較小,這時集成電路A1的⑤腳直流電壓小于⑥腳直流電壓,⑦腳輸出低電平給集成電路A2的⑦腳。
磁敏電阻應用電路圖3-47所示為磁敏電阻應用電路,電路中R1和R2是磁敏電阻器,A1是電壓比較器。電路中R3和R4構成了一個直流電壓的分壓電路,而輸出電壓通過電阻R6加到了集成電路A1的②号腳上,稱為基準電壓。
當磁場發生改變時,磁敏電阻R1、R2分壓電路的輸出電壓大小也随之變化,這一變化的電壓通過電阻R5加到集成電路A1的①腳,A1的輸出端③腳電壓的大小也随着做相應的變化,這一變化經C1耦合得到輸出信号U0。
圖3-47 磁敏電阻應用電路
壓敏電阻應用電路壓敏電阻應用電路即電路浪湧和瞬變防護時的電路。對于壓敏電阻的應用連接,大緻可分為四種類型:電源線之間或者和大地之間的連接、負荷中的連接、接點之間的連接、半導體器件的保護連接。而在生活中最具有代表性的使用場合是在電源線及長距離傳輸的信号線遇到雷擊而使導線存在浪湧脈沖等情況下對電子産品起保護作用。
圖3-48所示為開關電源交流輸入回路瞬變抑制器中的壓敏電阻器電路。電路中R1是壓敏電阻器,當電路中電壓出現峰值時,壓敏電阻可以抑制掉該電壓,R1的阻值迅速減小,幾乎可以看成一根導線直接導通狀态,從而起到保護電路的作用。
圖3-48 壓敏電阻應用電路
可變電阻典型應用電路1.晶體管偏置電路中可變電阻電路
如圖3-49所示為可變電阻的分壓偏置電路,電路中晶體管VT1構成高頻放大器,RP1、R1和R2構成分壓偏置電路。分壓電路的輸出電壓大小由RP1、Rl和R2三個電阻的阻值大小決定,Rl和R2是固定電阻,調節可變電阻器RP1,進而調節VT1靜态工作電流的大小,電流的大小決定着VT1是否能工作在最佳狀态。
圖3-49 可變電阻分壓偏置電路
2.立體聲平衡控制可變電阻電路
如圖3-50所示為音響放大器中的左、右聲道增益平衡調整電路。電路中的RP1是可變電阻器,與R1串聯。
音響電路中,對于雙聲道放大器而言,嚴格要求左、右聲道放大器增益相等(平衡),但是電路元器件的離散性導緻左、右聲道放大器增益不可能相等。為了保證左、右聲道放大器的增益相等,需要設置左、右聲道增益平衡調整電路,簡稱立體聲平衡電路。
在右聲道電路中,R2的阻值确定,使右聲道放大器增益固定。以右聲道放大器增益為基準,改變RP1阻值,使左聲道放大器的增益等于右聲道放大器的增益,就能實現左、右聲道放大器的增益相等。
圖3-50 可變電阻應用電路
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