論分壓電路中保護電阻的運用

方 洪 金 燦

(江蘇省天一中學 江蘇 無錫 214101)

論分壓電路中保護電阻的運用

方 洪 金 燦

(江蘇省天一中學 江蘇 無錫 214101)

電學實驗中，很多試題會考查實驗電路設計、實驗器材的選取，這也是高考考查的重點.在電路設計、實驗器材的選取中往往會涉及保護電阻的選取與運用，學生對此感覺很難而無從著手，保護電阻的選取與運用需要詳盡地分析和考量.

電路設計 分壓電路 保護電阻 測量精度 位置

電路設計類問題，對學生分析問題能力，靈活運用知識解決問題的能力提出了較高的要求，從教學反饋看，學生的掌握程度，多數學生停留在機械的記憶，而不能從具體情況出發，分析并甄選出最佳的設計電路，其中保護電阻的選取和運用則對學生的能力提出了更高的要求.

為了保證用電器的安全使用，設計電路時經常需要用到保護電阻，而保護電阻在電路中的接入位置不同，保護功能也不同，在提高測量精度、可操作性等方面所起到的效果也不同.下面以常見的分壓式電路為例，探討如何運用保護電阻，使設計電路的效果最佳.

分壓式電路的開關閉合前，滑動變阻器與用電器并聯部分的阻值應先調到零，使分出電壓為零，避免電流過大燒壞電器元件.為防止因操作不慎將滑動變阻器調到最大而燒毀測量電路，電路中往往需接入保護電阻.

【例題】根據下面所給的實驗器材，并結合下列4個問題中所給的條件，分別設計一個測量電路，用來測量一個阻值約為300 Ω的電阻Rx，要求Rx兩端的電壓能從零開始變化，且盡可能提高測量的精度，并將設計的電路畫在虛線框中.

A.電流表A.量程為IA，內阻為rA，約為10 Ω

B.電壓表V.量程為UV，可視為理想電表

C.定值電阻R0.阻值為R0

D.滑動變阻器RP.RP=10 Ω

E.電源.電動勢為E=6 V，內阻很小

F.開關導線若干.

1 保護電阻置于支路

1.1 保護電阻相對于電壓表外接

問題1:若電壓表量程UV=3 V，電流表量程IA=10 mA，保護電阻R0=300 Ω，請畫出電路圖.

解析:RP的電阻約為10 Ω，比待測電阻Rx小得多，且題中要求電阻兩端電壓從零開始變化，故采用分壓接法. 電壓表為理想電表，其分流作用可忽略不計，所以測量電路應選取電流表外接法. 若不接入保護電阻，設計電路如圖1所示.

圖1 不接保護電阻的電路圖

由于電壓表的量程為3 V，電源電動勢為6 V，滑動變阻器滑片可移動范圍僅為左邊一半左右，若誤將滑片超出其滑動范圍，電壓表、電流表能獲得的最大電壓、最大電流將均達到對應電表量程的近2倍，故需接入保護電阻. 若采用保護電阻置于支路，與測量電路串聯，如圖2所示，由于保護電阻的分壓作用，即使滑動變阻器的滑片滑至最右端，電壓表能獲得的最大電壓約為3 V，電流表獲得的最大電流約為10 mA，均接近兩電表的滿偏量程，保證兩電表均能正常工作.

圖2 外接保護電阻的電路圖

點評:要確定保護電阻的位置，應先明確不放置保護電阻，電路中將暴露哪些問題或缺陷，從而針對問題所在，有的放矢，將暴露的問題和缺陷解決.

1.2 保護電阻相對于電壓表內接

問題2：若問題1中僅把電壓表量程改為10 V，其他條件不變，請畫出電路圖.

圖3 內接保護電阻的電路圖

點評：問題1和問題2中兩張電路圖的區別在于保護電阻相對電壓表的內外接法不同， 問題1中的保護電阻R0成功地限制了測量電路的電流，保證電流表的正常使用，而問題2中的保護電阻不僅僅限制了支路電流，同時起到了匹配電阻的作用，使兩測量電表能同時大角度的偏轉，提高了測量精度.

小結：保護電阻置于支路時，應綜合考慮保護電阻的內外接法，確保電路安全，提高測量精度.

2 保護電阻置于干路

2.1 保護電阻置于干路保護支路

問題3：若將問題1中的保護電阻改為R0=10 Ω，其他條件都保持不變，請畫出電路圖.

圖4 保護電阻置于干路

2.2 保護電阻置于干路保護干路

問題4：若電壓表量程UV=6 V，電流表量程

IA=20 mA，保護電阻R0=5 Ω，要求電源的最大工作電流不超過為0.5 A，請畫出電路圖.

解析:若不接入保護電阻，兩電表能獲得的最大

電壓和最大電流約為6 V，20 mA，均未超出各自的量程，而此時干路電流約為0.6 A， 所以本題中保護電阻的作用是要保證干電池的最大工作電流不超過0.5 A，限制干路電流的大小，一般將保護電阻接入干路中，如圖4所示電路，接入保護電阻后，干路中的最大電流接近0.4 A，小于電源限定的最大工作電流0.5 A，此時兩電表讀數分別在4 V和13 mA左右，說明此設計電路能同時滿足安全工作和精確測量的要求.

點評:問題3中的保護電阻雖然接在干路中，保護的卻是處于支路中的測量電路，而問題4中的保護電阻接在干路中，目的是保證電源(或滑動變阻器)不超過所允許的最大工作電流，由此可知，接在干路中的保護電阻，作用有保護支路和保護干路兩種情況，應視情況具體分析.

小結:分壓式電路中，一般情況下，若保護電阻與測量電路中的待保護電阻或電表內阻相近，則接入支路保護效果較為明顯；若保護電阻阻值與滑動變阻器阻值相近，則串入干路保護效果較為明顯.

在電學實驗電路設計中，要確定保護電阻接入電路的位置，首先應明確需要保護的對象，根據保護電阻、測量電路及滑動變阻器阻值大小關系，假設保護電阻的接入位置，然后通過估算或計算，比較并驗證保護電阻的保護效果，最后再確定保護電阻的最佳位置. 保護電阻的運用應根據不同的實際情況進行靈活地調整，方能取得最佳的效果.

DiscussontheApplicationofProtectiveResistanceintheDistributingVoltageCircuit

FangHongJinCan

(JiangsuTianyihighschool,Wuxi,Jiangsu214101)

Many questions will examine the design of experiment circuit and the selection of experimental equipment in the college entrance examination. The protective resistance is often involved in the design of experiment circuit and the selection of experimental equipment. The selection and application of the protective resistance is difficult to the students. The selection and application of protective resistance should be analyzed and considered very carefully.

circuit design，distributing voltage circuit，protective resistance，measurement accuracy，the position of the resistor

2016-09-12)