自制儀器 加快在線電路通斷的測量

在電學教學中，關于電路的實驗教學是其中重要的一環，不僅能鍛煉學生的實驗能力、基本操作技能，也是做好實驗，完成實驗教學目標的基本保證。

可是在實際實驗教學中，由于學校條件的限制和教師教學方法的不同，許多學生的實際電路連接經常出現問題，極大地影響既定教學目標的實現。如何既快又好地解決學生的電路連接故障是每個教師頭疼的問題。這時候都是先斷開電源開關，再斷開相關電路的導線連接，然后用萬用電表電阻檔測量電路導線的通斷，這樣往往很麻煩。有沒有什么辦法在電源接通的情況下，直接測出在線電路中某根導線連接的通斷，或者是某一段電路是否完好呢?為此，筆者設計一個小小的電路，使之基本滿足上述要求，并在萬用電表中進行改裝，給實際工作帶來很大的方便。

如圖1所示，該電路是一個典型的電容充電電路。各元器件參數:E，1.5 V;D1，IN4001;C，100 uF;R1，20 Ω;R2，47 KΩ;G為萬用表表頭(或者電流計也可以)。當把它的兩端接導線的兩端，若導線完好，則相當于紅、黑兩端相連，電源E給電容C充電，表頭G指針偏轉，指示出電路中有充電電流;若導線斷開，則電表G指針不動，這樣很容易就能夠判斷出導線連接電路的通斷。

在線電路中，由于電源的接通，導線中可能有電流，或者導線兩端有電壓。此時，若導線完好，則導線兩端的電壓為零，上面電路的接入將不受到影響，仍是給電容充電;若導線斷開，則在導線的兩端存在電壓，電路接入時，在兩接點間將產生電勢差，會影響原充電電路的充電特性。這種影響有2種情況。1)黑端電勢E1為正(設紅端電勢為0，下同)，當E1的電勢大于0.8 V左右時，電路總電勢小于0.7 V，由于二極管的正向壓降特性和反向截止特性，電路中的電流為0，電表指針不偏轉;當E1的電勢小于0.8 V左右時，E1和E反向串聯，電路總電勢減小，給電容C的充電電流將大大減小，電表G的指針幾乎不偏轉。2)黑端電勢E1為負，則相當于E和E1串聯，電路總電勢增大，給電容C充電的電流將大大增加，電表G的指針會很容易滿偏(這時表頭一定要有保護機構，沒有的可加裝)，很容易和導線完好時的情況相區別。

因此，在實際測量某段電路時，只要把紅黑兩端和導線兩端接觸，根據電表指針的偏轉情況，很容易就能判斷出電路導線的通斷。

例如，圖2為伏安法測電阻電路，當電鍵S閉合時，電流表、電壓表均無顯示。傳統的解決辦法是先斷開電鍵S，用萬用表電壓檔測一下電源有沒有電壓，接著把萬用表轉到電阻檔，逐個測量導線段①②③④⑤⑥的連接好壞。如果采用筆者設計的導線通斷測量儀來解決，則步驟要少得多。不用斷開電鍵，把紅黑兩端接①②段(即電源負極和電阻左端A點，如果表頭指針不偏轉說明①②導線斷;如果表頭指針偏轉，說明①②導線完好，再把紅黑兩端接③⑤段(即電阻右端B點和電源正極，如果表頭指針不偏轉，說明③⑤導線斷;如果表頭指針偏轉，說明③⑤導線完好。這樣就可以把整個電路分成幾個大部分分別進行測量，大大縮短電路故障判斷時間。

把上面的電路加裝于萬用電表中，做成在線電路通斷測量儀。筆者選用的是實驗室已經報廢的MF16-1型萬用電表，它線路簡捷，體積小，便于攜帶。圖3是萬用電表的原電路圖和加裝的電路，改裝步驟:1)用萬用電表表頭作為電表G，用萬用電表電池作為E，紅黑端則利用萬用電表的紅黑表棒;2)去掉較少用的交流電壓檔，斷開交流電壓檔到表頭的接線①(打虛線×的導線，下同);3)斷開交流電壓檔各轉換檔的連線②③④⑤;4)在電源正極和交流轉換檔間加一導線⑥;5)加裝上在線電路通斷測量電路⑦;6)因為原表無表頭保護機構，正好用交流檔卸下的2只二極管做成一保護機構⑧;7)在交流10 V檔面板上，用標簽貼上“導線通斷測量”標志。

這樣，在線電路通斷測量儀器就成功了。使用在線電路通斷測量儀時，只要安上電池，把萬用電表撥到交流10 V檔即可，和萬用電表操作一樣，非常方便。當然，用其他型號的萬用電表也可以改裝，基本原理是一致的。■

(作者單位:南京市江寧高級中學)