许多电子电路使用一种叫做分裂或者一个双电源:
|
确定什么是数字电压表将表明下列各点之间是否有联系:
注意:在电子系统中,“接地”通常不与实际的土壤-土壤接触联系在一起。它通常只指电路中用于测量电压的公共参考点。这使我们可以指定电路中单个点的电压,这意味着“接地”是其他连接电压表的点。
确定每一种情况下电压表指示的大小和极性:
|
别光坐在那儿!构建的东西! ! |
学习数学分析电路需要大量的学习和实践。通常情况下,学生通过做大量的例题并对照课本或老师提供的答案进行练习。虽然这很好,但还有更好的方法。
你将通过实际学到更多信息建立和分析实际电路,让您的测试设备提供“答案”而不是书籍或其他人。对于成功的电路建设练习,请按照下列步骤操作:
避免电阻值过高或过低,避免仪表“负载”造成的测量误差。我推荐电阻在1 kΩ和100 kΩ之间,除非,当然,电路的目的是说明仪表负载的效果!
节省时间和减少出错可能性的一种方法是,从一个非常简单的电路开始,然后在每次分析后逐步添加组件以增加其复杂性,而不是为每个实践问题构建一个全新的电路。另一种节省时间的技术是在各种不同的电路配置中重复使用相同的组件。这样,您就不必重复度量任何组件的值。
让电子本身给你自己的“练习问题”的答案!
这是我的经验,学生需要多种实践,电路分析变得熟练。为此,教师通常为他们的学生提供许多练习问题来通过,并为学生提供答案来检查他们的工作。虽然这种方法使学生精通电路理论,但它无法完全教育它们。
学生们不仅仅需要数学练习。他们还需要实际的、动手实践构建电路和使用测试设备。因此,我建议学生采取以下替代方法:学生应该构建他们自己的“实践问题”与真实组成部分,并尝试数学上预测各种电压和电流值。这样,数学理论“活着”,学生获得实际熟练程度,他们不会通过解决方程来获得。
采用这种方法的另一个原因是为了教学生科学的方法:通过执行真实实验测试假设(在这种情况下,数学预测)的过程。学生们还将制定真正的故障排除技能,因为它们偶尔会制造电路施工错误。
在开始之前,花点时间和同学们一起回顾一下构建电路的一些“规则”。用苏格拉底式的方式和你的学生讨论这些问题,而不是简单地告诉他们应该做什么,不应该做什么。我总是对学生们在典型的讲座(讲师独白)形式下理解指令的糟糕程度感到惊讶!
对那些可能抱怨有“浪费”时间所需的教练的笔记,而不是在数学上分析理论电路,而不是在数学上分析:
学生上这门课的目的是什么?
如果您的学生将使用真实的电路,那么他们应该尽可能地在真实的电路中学习。如果你的目标是培养理论物理学家,那么务必坚持抽象分析!但我们大多数人都计划让我们的学生在现实世界中做一些事情,利用我们给他们的教育。lol亚博对ig当他们将知识应用于实际问题时,花在构建真实电路上的“浪费”时间将带来巨大的回报。
此外,让学生建立自己的实践问题教他们如何表演主要研究,从而使他们能够自主地继续他们的电气/电子教育。yabosports官网lol亚博对ig
在大多数科学中,建立真实的实验比建立电路要困难和昂贵得多。核物理、生物、地质和化学的教授们会很乐意让他们的学生将高等数学应用到真正的实验中,而不会造成任何安全隐患,而且成本低于教科书。他们不能,但你可以。利用你的科学固有的便利,而且让那些学生在很多真实电路上练习他们的数学!
假设一个技术人员正在检查以下电子线路的运行:
|
她决定在接地上测量电阻器R1的两侧的电压,并获得这些读数:
|
在R1的顶部,对地电压为-5.04伏。在R1的底部,电压参考地是-1.87伏特。电阻R1的颜色代号为黄色、紫色、橙色、金色。根据这些信息,确定以下内容:
另外,解释一下这个技术人员是如何做出每一个决定的。她会运用什么电路的规则或定律呢?
后续问题:给定电阻R1 (67.45 μA假定误差为0%),计算可能的电流范围。
挑战问题:如果你认识到这是一种电路类型(通过IC“芯片”的部分编号:TL082),识别引脚3和地之间的电压。
这是一个很好的例子,说明基尔霍夫电压定律不仅仅是一个抽象的数学分析工具,它也是一个实用的电路诊断的强大技术。学生必须应用KVL来确定通过R1的电压降,然后使用欧姆定律来计算电流。
如果学生在想象KVL如何在解决这个问题中发挥作用方面遇到困难,给他们看下面的插图:
|
顺便说一下,只有当学生们认识到这个电路是一个非反相opamp电压放大器时,这个问题的答案才可能实现。引脚3的电压(非反相输入)将与引脚2的电压(反相输入)相同:-1.87伏特。
计算点与点之间的电压一个和B在这个电路中。一定要识别极性和幅度:
|
计算点与点之间的电压一个和B在这个电路中。一定要识别极性和幅度:
|
VAB= 6.148伏,一个和负面的B积极的。
这里什么都没有,只有串联并行计算实践,结合KVL。让你的学生解释如何他们计算了这个电压,因为肯定有不止一种方法可以做到!
在这个简单的电路中,确定电阻器两端电压的极性,并准备解释如何你这样做:
|
|
这个问题的答案是相当琐碎的,但它的真正意义是让学生思考它是如何和为什么是这样的。作为一名电子学老师,我注意到的一件事是,大多数学生倾向于遵循接近原则:电阻器的电压降极yabosports官网性是由接近电池极点决定的。最接近电池负极的电阻器端也一定是负的,或者人们是这么想的。虽然在这样一个简单的电路中这是合理的推理,但它可能会导致电路中有多个电源在工作的混乱!
在这个简单的电路中,确定电阻器两端电压的极性,并准备解释如何你这样做:
|
|
后续问题:电池电压值对答案重要吗?解释为什么或为什么不。
这个问题的答案相当简单,但它的真正目的是让学生思考它是如何以及为什么是这样的。作为一名电子学老师,我注意到的一件事是,大多数学生倾向于遵循接近原则:电阻器的电压降极yabosports官网性是由接近电池极点决定的。最接近电池负极的电阻器端也一定是负的,或者人们是这么想的。
然而,在这个特殊的循环中,接近规则并不是很适用,所以有必要制定一个不同的规则。
确定电路中电阻器两端电压的极性,以及电阻器两端电压的下降量:
|
解释你回答这两个问题的过程。
|
这个问题的答案相当简单,但它的真正目的是让学生思考它是如何以及为什么是这样的。作为一名电子学老师,我注意到的一件事是,大多数学生倾向于遵循接近原则:电阻器的电压降极yabosports官网性是由接近电池极点决定的。最接近电池负极的电阻器端也一定是负的,或者人们是这么想的。
然而,在这个特殊的循环中,接近规则并不是很适用,所以有必要制定一个不同的规则。
确定数字电压表(DVM)指示如果在此电路中的以下几点之间连接:
|
这里有一个原理图可以帮助你:
|
基尔霍夫电压定律(KVL)在现实生活中很容易探索,通过一组电池和“跳线”连接。鼓励你的学生像这个问题中所示的那样构建电池电路,以便能够自己看到结果!
数字万用表(DMMS)的一个非常好的特征是注册负数以及正数量的能力。在教授Kirchhoff的法律时,这个功能非常有用,代数(符号相关)电压和电流的总和。
确定数字电压表(DVM)指示如果在此电路中的以下几点之间连接:
|
这里有一个原理图可以帮助你:
|
基尔霍夫电压定律(KVL)在现实生活中很容易探索,通过一组电池和“跳线”连接。鼓励你的学生像这个问题中所示的那样构建电池电路,以便能够自己看到结果!
数字的一个非常好的功能万用表(DMMS)是注册负数以及正数量的能力。在教授Kirchhoff的法律时,这个功能非常有用,代数(符号相关)电压和电流的总和。
在类似的问题中,学生可能会有一种以上的方法来确定电压表的指示。在讨论期间鼓励这种类型的创造力,因为这既能帮助学生获得自信,能够以自己的方式解决问题,也能教育那些可能对这一概念感到困惑的学生。同行的解释往往比导师的解释更有价值。当学生被给予探索解决问题的方法的自由,然后与他们的同学分享这些方法,大量的学习总是会产生结果。
一个气压测高计是一种通过大气压力测量高度(高度)的装置。你从海平面上升得越高,遇到的气压就越小。气压的下降与高度密切相关,因此可以用来推断高度。
这类高度表通常配有“调零”功能,以便仪器的指示可以被抵消,以补偿不同天气条件造成的气压变化。这种“零位”调整也可用来确定高度计在任意高度的零位指示。
例如,如果一个登山者把她的气压高度计设在山脚的零米,然后爬到山顶(比山脚高3400米),高度计在山顶的读数应该是3400米:
|
在山顶时,登山者可以重新设置高度计的“零”调整,再次记录为0米。如果登山者随后下降到山脚,高度计将显示-3400米:
|
解释这种情况如何爬山和高度计校准有关点之间电压的测量有关一个和B在下列电路中:
|
Voltmeter的黑色铅类似于爬山高度计方案中的“零参考”级别:校准高度计的点以注册0米高。
物理高度(和深度)是对电势的非常有用的类比,帮助学生将这种摘要的东西与“电压”联系起来以更常见的差分测量。
确定在点测量的电压量一个和B参考地,并确定电压VAB(在此定义为由a表示的电压电压表与红色测试导线接触点一个黑色测试导线接触点B):
|
V一个= 9伏特
VB= 6伏
VAB= 3伏
追问:解释为什么数学符号(" ")在这些答案中很重要。
确定电压差是一项许多学生感到难以掌握的技能。有不止一种方法来解释如何达到3伏作为V的答案AB,让学生看到不止一种方式是有好处的。
一个学生被老师给的问题难住了。任务是确定电压VAB(由教师定义为电压表指示的电压,具有红色测试引线触摸点一个黑色测试导线接触点B)在此电路中:
|
学生已经算出了V一个= 9 V和VB= -6 v,但不知道如何计算点之间的电压一个和B.问她的教练一个解释,教练开始画这个图:
|
然而,在教师开始解释说明的意思之前,他接到了一个电话,必须马上离开学生。然后,学生要求你帮助解释讲师的说明可能意味着什么,以及它如何应用于确定电压V的问题AB在原始电路中。
你的解释是什么?你认为老师要用这个插图做什么?它和电路中的电压有什么关系?
机柜高度(以上地面)代表了积极的电压点一个,而坑深(以下地面)代表了负电压点B.的区别其中,机柜高度与坑深之间的高度为电压VAB电路中。
提醒你的学生电压是一个量,而且永远是一个量两点之间从来没有在一个点上定义过。我们只能说V一个= 9伏和VB=−6伏是因为有一个地面点在电路中,按照约定,它是电路中其它单个点上定义的任何电压的参考点。
测定电压表记录的电路中以下点之间的电压:
|
V一个红色的铅一个,地面上的黑铅)
VB红色的铅B,地面上的黑铅)
VC红色的铅C,地面上的黑铅)
VD红色的铅D,地面上的黑铅)
V交流红色的铅一个黑铅C)
VDB红色的铅D黑铅B)
V英航红色的铅B黑铅一个)
V公元前红色的铅B黑铅C)
VCD红色的铅C黑铅D)
V一个= 30伏(红色引线接通一个,地面上的黑铅)
VB= 3伏(红色领先B,地面上的黑铅)
VC= 9伏(红色引线接通C,地面上的黑铅)
VD= -15伏(红色引线接通D,地面上的黑铅)
V交流= 21伏(红色引线接通一个黑铅C)
VDB= -18伏(红色引线接通D黑铅B)
V英航= -27伏特(红色铅B黑铅一个)
V公元前= -6伏(红色引线接通B黑铅C)
VCD= 24伏(红色引线接通C黑铅D)
与您的学生讨论多种解决这些电压的技术,首先向他们提出解决方案策略。
测定电压表记录的电路中以下点之间的电压:
|
V一个红色的铅一个,地面上的黑铅)
VB红色的铅B,地面上的黑铅)
VC红色的铅C,地面上的黑铅)
VD红色的铅D,地面上的黑铅)
V交流红色的铅一个黑铅C)
VDB红色的铅D黑铅B)
V英航红色的铅B黑铅一个)
V公元前红色的铅B黑铅C)
VCD红色的铅C黑铅D)
V一个= 12伏(红色引线接通一个,地面上的黑铅)
VB= -9伏(红色引线接通B,地面上的黑铅)
VC= 4.5伏(红色铅C,地面上的黑铅)
VD= -24伏(红色领先D,地面上的黑铅)
V交流= 7.5伏特(红色领导一个黑铅C)
VDB= -15伏(红色引线接通D黑铅B)
V英航= -21伏(红色引线接通B黑铅一个)
V公元前= -13.5伏特(红色领先B黑铅C)
VCD= 28.5伏(红色引线接通C黑铅D)
与您的学生讨论多种解决这些电压的技术,首先向他们提出解决方案策略。
测定电压表记录的电路中以下点之间的电压:
|
V一个红色的铅一个,地面上的黑铅)
VB红色的铅B,地面上的黑铅)
VC红色的铅C,地面上的黑铅)
VD红色的铅D,地面上的黑铅)
V交流红色的铅一个黑铅C)
VDB红色的铅D黑铅B)
V英航红色的铅B黑铅一个)
V公元前红色的铅B黑铅C)
VCD红色的铅C黑铅D)
V一个= 20伏(红色引线接通一个,地面上的黑铅)
VB= 5伏(红色引线接通B,地面上的黑铅)
VC= -11伏(红色引线接通C,地面上的黑铅)
VD= -8伏(红色引线接通D,地面上的黑铅)
V交流= 31伏(红色引线接通一个黑铅C)
VDB= -13伏(红色引线接通D黑铅B)
V英航= -15伏(红色引线接通B黑铅一个)
V公元前= 16伏(红色引线接通B黑铅C)
VCD= -3伏(红色引线接通C黑铅D)
与您的学生讨论多种解决这些电压的技术,首先向他们提出解决方案策略。
测定电压表记录的电路中以下点之间的电压:
|
V一个红色的铅一个,地面上的黑铅)
VB红色的铅B,地面上的黑铅)
VC红色的铅C,地面上的黑铅)
VD红色的铅D,地面上的黑铅)
V交流红色的铅一个黑铅C)
VDB红色的铅D黑铅B)
V英航红色的铅B黑铅一个)
V公元前红色的铅B黑铅C)
VCD红色的铅C黑铅D)
V一个= -21伏(红色引线接通一个,地面上的黑铅)
VB= 12伏(红色引线接通B,地面上的黑铅)
VC= -4伏(红色引线接通C,地面上的黑铅)
VD= 9伏(红色引线接通D,地面上的黑铅)
V交流= -17伏(红色引线接通一个黑铅C)
VDB= -3伏(红色引线接通D黑铅B)
V英航= 33伏(红色引线接通B黑铅一个)
V公元前= 16伏(红色引线接通B黑铅C)
VCD= -13伏(红色引线接通C黑铅D)
与您的学生讨论多种解决这些电压的技术,首先向他们提出解决方案策略。
测定电压表记录的电路中以下点之间的电压:
|
V一个红色的铅一个,地面上的黑铅)
VB红色的铅B,地面上的黑铅)
VC红色的铅C,地面上的黑铅)
VD红色的铅D,地面上的黑铅)
V交流红色的铅一个黑铅C)
VDB红色的铅D黑铅B)
V英航红色的铅B黑铅一个)
V公元前红色的铅B黑铅C)
VCD红色的铅C黑铅D)
V一个= 13伏(红色引线接通一个,地面上的黑铅)
VB= 4伏(红色领先B,地面上的黑铅)
VC= 7伏(红色领先C,地面上的黑铅)
VD= -6伏(红色引线接通D,地面上的黑铅)
V交流= 6伏(红色引线接通一个黑铅C)
VDB= -10伏(红色引线接通D黑铅B)
V英航= -9伏(红色引线接通B黑铅一个)
V公元前= -3伏(红色引线接通B黑铅C)
VCD= 13伏(红色引线C黑铅D)
与您的学生讨论多种解决这些电压的技术,首先向他们提出解决方案策略。
假设你想要测量通过这个印刷电路板上的电阻R2的电流,但没有这样做的豪华电路(解除电阻器的一端,将它从PCB上分离,并连接一个串联的电流表)。当电路供电时,你所能做的就是用电压表测量电压:
|
因此,您决定将电压表的黑色探头接触到电路的“Gnd”(地)测试点,并测量R2两侧参考地的电压。结果如下:
|
R2的颜色代码是橙色,橙色,红色,金色。根据这些信息,确定通过电阻R2的直流电流的方向和大小,并解释你是如何做到的。
我R2≈160 μA,常规流量由左向右(电子流由右向左)。
后续问题:这种估计电阻电流的技术依赖于一个重要的假设。描述这个假设是什么,以及如果这个假设是无效的,你当前计算的准确性会受到怎样的影响。
这是一个很好的例子,说明基尔霍夫电压定律不仅仅是一个抽象的数学分析工具,它也是一个实用的电路诊断的强大技术。学生必须应用KVL来确定R2上的电压降,然后使用欧姆定律来计算电流。
如果学生在想象KVL如何在解决这个问题中发挥作用方面遇到困难,给他们看下面的插图:
|
这里显示的是一个简单的电报电路:
|
解释为什么当其中一个按钮启动时,灯会通电,而当两个按钮都打开时,灯会断电(尽管连接灯和电池的电路是畅通的)。
理解该电路的关键是两个电池的电压等于电压,并且彼此极性相对。
这是一个简单的电路,但实际的功能作为电报和作为一个例子的KVL在行动。
假设你正在使用一个数字电压表来测量电路中对点之间的电压,步骤如下图所示:
|
在每个步骤中,电压表会记录多少电压?一定要包括测量的直流电压的符号(注意电压表引线的颜色,红色引线总是在下标V的第一点上英航= " B "上的红色铅和Ä "上的黑色铅):
这些电压的代数和是多少?
问你的学生这个问题:“在回路中,电压测量值的代数和会是零以外的吗?”请他们解释为什么这是他们能做到的最好。
假设你正在使用一个数字电压表来测量电路中对点之间的电压,步骤如下图所示:
|
在每个步骤中,电压表会记录多少电压?一定要包括测量的直流电压的符号(注意电压表引线的颜色,红色引线总是在下标V的第一点上英航= " B "上的红色铅和Ä "上的黑色铅):
挑战问题:这些电压是如何测量的证明基尔霍夫电压定律,回路中所有电压的代数和等于0伏?
随着每一个连续的步骤,一个电压被添加到先前测量的电压(s),仪表测量跨越更大的电阻链。最终,
|
基于串联电压是加法的知识,这个例子是基尔霍夫电压定律的一个简单证明。在程序的最后一步,电压由仪表显示必须是零伏,因为这两个测试引线现在彼此电气共用。
在下面的电路中识别每一个指定的电压。下标是指特定的测试点(电压表的红色测试引线与电路接触的地方),而接地点是假定电压表的黑色引线连接的地方:
|
例如,VB表示电压表指示的电压,具有红色测试引线触摸点B和黑色测试引线接触地。
后续问题:解释如何确定V一个和V.B在执行任何数学计算之前,将完全相同。
这个问题帮助学生熟悉“接地”作为电压测量的默认参考点的概念,以及基尔霍夫电压定律的应用。
用基尔霍夫电压定律计算电阻R上电压的大小和极性4在这个电阻网络中:
|
|
在讨论中,请确保在使用KVL时探索多个“循环”。这不仅证明了循环选择的任意性,而且还可以作为对工作的双重检查!
为了解决R,不需要知道任何关于串并联或并联电路的知识4我们所需要知道的就是如何使用基尔霍夫电压定律。
一种非常古老但高度精确的测量电压的技术是使用灵敏的计检流计)作为两个电压源之间的“平衡”指示器:一个是未知电压源,另一个是经过校准的可调电压源标准:
|
该技术是调整标准电压源,直到电流计寄存器完全为零。当满足该条件时,所述系统被称为“平衡”,表示两个电压源彼此相等。然后从标准源从校准调整拨盘读取该电压幅度。
解释这种电压测量技术如何利用基尔霍夫电压定律,该定律指出回路中所有电压的代数和必须等于零:
|
我把答案留给你演示!
电位电压测量不仅是实用的,而且在相当长的一段时间内,在早期的电测量领域它是只要精确测量“弱”(高阻抗)源电压的方法。它仍然被用于今天的电气计量,并作为一个简单的应用KVL为学生检验。
计算TP1和TP3之间的电压量,以及TP2和TP4之间的电压量:
|
VTP1−TP3= VTP2−TP4=
VTP1−TP3= 15.83伏特TP2−TP4= 22.22伏
让学生解释他们是如何得到答案的。回答这个问题的正确方法不止一种!
想象一下,您正在使用数字电压表来测量电路成对的点之间的电压,按照下图所示的步骤顺序:
|
在每个步骤中,电压表会记录多少电压?一定要包括测量的直流电压的符号(注意电压表引线的颜色,红色引线总是在下标V的第一点上英航= " B "上的红色铅和Ä "上的黑色铅):
这些电压的代数和是多少?
问你的学生这个问题:“在回路中,电压测量值的代数和会是零以外的吗?”请他们解释为什么这是他们能做到的最好。
假设你正在测量印刷电路板上的“测试点”TP1和TP2之间的电压,电路从电压源接收直流电源。突然,电压下降。想知道是否电源电压本身下降了,你回去测量它的输出电压,发现它和以前没有变化:
|
根据您对Kirchhoff的电压法的了解,给出了电路板上的TP1和TP2之间的电压突然减小的电压,给出了电源稳定的电压输出?提示:电路板上的组件与答案无关紧要!
在TP1/TP2和电源之间环路某处的电压降(s)必须的增加,以说明ETP1−TP2随电源电压恒定而减小。
请求您的学生,其中增加电压下降可能位于该电路中。使用标准原理图符号将测试点,电源线和电源绘制为电路可能会有所帮助。问你的学生,“这个循环中可能导致这种电压降价是什么类型的故障?”
当电力和电子学生开始学习系列电路和柯克霍夫yabosports官网的电压法时,它们往往无情地受到以下电路:
|
学生们经常会问这样一个问题:“我们在哪里会遇到这样一个带电池的电路呢?反对彼此?”在实践中,很少发现电化学电池故意以这种有帮助也有反对的方式连接。然而,在许多实际应用中,所涉及的电压不是有意的,而是由不同材料的结产生的不可避免的电位。以EKG(心电图)测量为例,金属电极必须与人体接触,以拦截来自收缩的心脏肌肉的微小电压信号:
|
从电的角度来看,金属线与人体皮肤的连接是惊人的复杂,可以通过以下理想化组件的集合来近似建模:
|
电阻Rcontact1和R.contact2表示金属电极与皮肤接触点之间的电阻。电阻Rtissue1和R.tissue2代表人体组织在电极接触点和实际心肌之间的电阻。两个串联相反的电位(E1和E.2)并非有意为之,而是金属电极表面与人体皮肤之间电化学作用的结果。它们不能被消除,但它们的综合效应是最小的,因为它们在大小上近似相等。解释基尔霍夫电压定律如何应用于等效电路,特别是生物医学仪器如何“看到”心肌电压信号而不是皮肤接触电位。
对电路回路施加KVL,我们发现等效接触电位E1和E.2相互抵消,只留下心肌电压出现在仪器终端。
接下来的问题:为什么心肌在等效电路中用交流电压源符号而不是由直流电压源符号(电池)?当我们对循环应用KVL时,这有关系吗?为什么或为什么不?
“我们将在哪里看到它?””is too often ignored by teachers, who forget the lack of context present in their new students’ understanding. Remember that this is all新的对你的大多数学生来说,所以他们缺乏你在实际场景中使用电路的多年经验。这样的问题值得回答,而且回答得很好。
事实上,电极到皮肤接触的等效电路比这里显示的要复杂得多(处处都有阻抗!),但这里的要点是足够简化它,以便学习直流电路和KVL的学生能够掌握它。
电极半电池电势(E1和E.2在等效原理图中)由电化学作用引起的并不是测量电路中杂散电位的唯一来源!噪声电压在很多情况下都是需要考虑的因素(无论是外部源引起的还是约翰逊噪声等物理作用产生的),以及由不同金属的结引起的热电压,等等。如果我们所做的只是进行粗略的测量,那么这些杂散电压就无关紧要了。如果需要精确(在医学和科学测量中常常是这样),这些伪电压可能是毁灭性的。
多少水必须带着旁边的问号流出管道?
|
解释这个液压例子与电路中的基尔霍夫电流定律(KCL)的关系。
每分钟550加仑(“GPM”),假设管道中没有泄漏。
让你的学生画一个电路原理图,说明液压系统中同样的原理如何应用于电流,“流量”分别为700安培、150安培和550安培。
在该电路中,至少有一个不正确读数的电流表:
|
将基尔霍夫电流定律应用到这个电路上,来证明为什么这里显示的三种电流测量都是不正确的。
一个电压源是一种(理想情况下)输出恒定电压的电源。也就是说,一个完美的电压源将保持其输出电压不变,而不管施加在它身上的负载是什么:
|
在现实生活中,没有完美的电压源,但内阻极低的电压源很接近。
另一种类型的电力来源是电流源,它(理想情况下)输出恒定电流,而不管施加在它身上的负载如何。电流源的一个常见符号是一个内部有箭头的圆圈(总是指向常规流动的方向,而不是电子流!)另一个符号是两个相交的圆圈,附近有一个箭头指向传统的流动方向:
|
预测理想电流源在以下两种负载情况下的表现:
|
|
接下来的问题:识别上述电路中电阻器上电压降的极性。
让学生知道,真的有这样的东西作为一个完美的电流源,就像没有这样的东西作为一个完美的电压源。然而,也有与理想电流源非常接近的器件(例如交流电路中的电流互感器和“电流镜像”直流晶体管电路)。
通过这组并联连接的电流源计算到负载电阻的总电流输出:
|
同时,计算通过R的电压降负载.
这个电路的总电流是27ma,负载电压是40.5伏特。
后续问题:追踪电流通过所有三个源以及负载电阻的方向。将这些方向与它们共享电压的极性进行比较。解释电压极性和电流方向之间的关系如何与每一个分量的身份有关源或者一个负载.
让您的学生统一地达成一致的程序,他们可以用于准确辨别串联电压和极性。指导他们的讨论,帮助他们识别对所有系列电路真实和有效的原则。
通过这组并联连接的电流源计算到负载电阻的总电流输出:
|
同时,计算通过R的电压降负载.
电路中总电流为4毫安,负载电压为18.8伏特。
后续问题:用“”和“-”符号表示负载电阻两端电压的极性。
让您的学生统一地达成一致的程序,他们可以用于准确辨别串联电压和极性。指导他们的讨论,帮助他们识别对所有系列电路真实和有效的原则。
用基尔霍夫电流定律计算通过电阻R的电流大小和方向4在这个电阻网络中:
|
|
为了解决R,不需要知道任何关于串并联或并联电路的知识4我们所需要知道的就是如何使用基尔霍夫电流定律。
使用Kirchhoff的现行法律计算电流的大小和方向全部电路中的电阻:
|
|
为了解决R,不需要知道任何关于串并联或并联电路的知识4我们所需要知道的就是如何使用基尔霍夫电流定律。
预测由于以下故障的结果,该电路中的所有组件电压和电流将如何受到影响。独立地考虑每个故障(即一次一个,没有多个故障):
|
对于每一种情况,请解释为什么由此产生的影响将会发生。
电阻R.3.未开放:所有电阻电流降至零,电压通过R1和R.2R两端电压降至零3.增加到等于V1.
这个问题的目的是要从知道故障是什么的角度来处理电路故障排除,而不仅仅是知道症状是什么。虽然这不一定是一个现实的观点,它帮助学生建立必要的基础知识,从经验数据诊断故障的电路。诸如此类的问题之后(最终)应该有其他问题,要求学生根据测量结果来识别可能的错误。
预测由于以下故障的结果,该电路中的所有组件电压和电流将如何受到影响。独立地考虑每个故障(即一次一个,没有多个故障):
|
对于每一种情况,请解释为什么由此产生的影响将会发生。
电阻R.3.未开放:理论上,所有电阻电流保持不变,当一个大的电弧跳过失败的开放R3.(可能跨越I1)。实际上,当R两端的电压降低时,所有电阻电流将降至零3.和我1将增加到最大值。
这个问题的目的是要从知道故障是什么的角度来处理电路故障排除,而不仅仅是知道症状是什么。虽然这不一定是一个现实的观点,它帮助学生建立必要的基础知识,从经验数据诊断故障的电路。诸如此类的问题之后(最终)应该有其他问题,要求学生根据测量结果来识别可能的错误。
预测由于以下故障的结果,该电路中的所有组件电压和电流将如何受到影响。独立地考虑每个故障(即一次一个,没有多个故障):
|
对于每一种情况,请解释为什么由此产生的影响将会发生。
电阻器R的焊桥(短)2:从理论上讲,所有电阻电压保持不变,而近乎无限量的电流通过短路r2.实际上,当电流通过R时,所有电阻电压将降至接近零2和V.1将显著增加。
这个问题的目的是要从知道故障是什么的角度来处理电路故障排除,而不仅仅是知道症状是什么。虽然这不一定是一个现实的观点,它帮助学生建立必要的基础知识,从经验数据诊断故障的电路。诸如此类的问题之后(最终)应该有其他问题,要求学生根据测量结果来识别可能的错误。
预测由于以下故障的结果,该电路中的所有组件电压和电流将如何受到影响。独立地考虑每个故障(即一次一个,没有多个故障):
|
对于每一种情况,请解释为什么由此产生的影响将会发生。
电阻器R的焊桥(短)2:所有电阻电压降至零,电流通过R1和R.3.减小到零,电流通过短路的R2增加到等于I1电流通过I1保持不变,电压1减少为零。
这个问题的目的是要从知道故障是什么的角度来处理电路故障排除,而不仅仅是知道症状是什么。虽然这不一定是一个现实的观点,它帮助学生建立必要的基础知识,从经验数据诊断故障的电路。诸如此类的问题之后(最终)应该有其他问题,要求学生根据测量结果来识别可能的错误。
计算并标记电路中每个节点(结点)的电流:
|
|
与您的学生讨论计算节点电流的技术。你的学生申请了什么法律,更重要的是,在什么顺序他们实施了吗?
计算并标记电路中每个节点(结点)的电流:
|
|
与您的学生讨论计算节点电流的技术。你的学生申请了什么法律,更重要的是,在什么顺序他们实施了吗?
确定电力系统中通过电池2的电流,如果发电机输出50安培,电池1以22安培的速率充电,每个灯泡吸取5安培的电流。确认2号电池是否正在充电或放电:
|
2号电池以13安培的速率充电。
对于学生来说,这个问题最困难的部分可能是电池充电和放电时电流的方向。因此,这是对学生关于二次电池理论的一个很好的回顾!
学生们面临的另一个挑战可能是如何标记电流代数求和的“节点”。不要简单地告诉他们,而是让他们选择节点。
解释如何使用模拟电流表来测量电路中发电机的输出电流,因为它给两节电池充电,并给三个灯泡充电。请确保将电流表连接到电路中,使电流表的指针不会“缩小”!
|
要测量发电机输出电流,取下保险丝,将电流表测试导线连接到空保险丝座的两个“夹子”上,夹子上的红色导线连接到发电机,夹子上的黑色导线连接到电池。
后续问题:描述在执行此任务之前任何相关的安全程序和必要的考虑。
一定要加强这项任务的安全方面。尽管这个问题的主要焦点绝对是基尔霍夫现行定律,但我们没有理由回避讨论电气安全!
假设你被要求确定电路中的每个电池是否正在充电或放电:
|
当然,要做到这一点,你需要确定电流通过每个电池的方向。不幸的是,您的万用表不具备直接测量如此大电流所需的额定电流,而且您没有能够测量直流电流的钳式(磁性)安培计。
你正要放弃的时候,一个熟练的技师过来用她的万用表(准备测量)毫伏)进行以下三种电压测量:
|
“在那里,”她说,ït很简单!”说完,她就走了,留下你去弄清楚这些测量值的含义。确定以下几点:
熟练的技术人员利用每个保险丝的固有电阻来指示电流分流电阻.测量显示两个电池都是充电.
这是一种非常实用的(和方便!)定性当前测量方法,我已经在工作中使用了很多次。保险丝以及其他电流处理组件始终在其端子之间具有一些非零电阻,这意味着它们可用作原油分流电阻器。他们的实际阻力很可能对你来说很可能是未知的,这就是为什么它们在这种容量中有用定性只有测量设备,没有定量。
有些学生可能会指出,在确定电池充电状态时,不需要通过对发电机保险丝的测量。从技术上讲,这是正确的,但这样做有助于确认这项技术的有效性。测量的极性确实显示(常规流)电流是向上通过发电机保险丝,而不是向下通过电池保险丝。
学生还可能指出电池熔丝毫伏测量不会加起来等于发电机熔断器毫伏测量,因为Kirchhoff的当前法律(KCL)建议。这是说明技术如何严格定性,而不是定量的一个例子。我们不知道每个保险丝内的阻力程度,因此我们不能依赖于毫伏测量作为与电流成比例。如果保险丝不相同,这尤其如此!
适用于这类应用的其他电路元件包括:用于电机控制电路的过载“加热器”元件、很长的电线(只要你能把毫伏表的导线拉到两端)、断路器、(闭合的)开关、电线连接(特别是如果连接是旧的和可能腐蚀的)。
该电力系统中的发电机在例行维修时断开电源,拆除保险丝,留下两节电池为电灯泡提供所有电力:
|
这两节电池的额定功率是,当发电机发生类似的“停电”时,它们应该能提供至少10小时的备用电力。不幸的是,灯泡开始变暗的时间比预期的要早得多。系统中有问题,你被要求找出问题所在。
解释您需要诊断该电路问题的步骤,评论沿途采取的任何相关的安全措施。
一个简单的程序是将电压表与灯泡库并联连接,然后拆下电池#1的保险丝,并记下总线电压的降低。之后,更换电池#1的保险丝,然后再次取下电池#2的保险丝,再次注意到总线电压的降低。如果其中一个电池存在问题,则在该测试中将显而易见。如果两节电池状况良好,但仅限于充电,那么在该测试中也将是明显的。
我故意避免在这个问题的答案部分中放弃明确的答案,选择简单地提供声音程序。这一点是学生弄清楚Voltmeter迹象表明电池状况的意思。
虽然分压器和电流分频器方程在电路分析中非常有用,但它们很容易互相混淆,因为它们看起来如此相似:
|
具体来说,很容易忘记每一个电阻的方向。这是[R / R全部的还是它是[R全部的) / R) ?简单地记住哪个分数形式对应哪个方程是一个糟糕的策略,因为背诵任意形式往往是不可靠的。我们需要的是某种认可原则这使得每个方程的形式都是合理的。换句话说,每个方程都必须有意义为什么事情就是这样。
请解释人们如何能不参考书本就看出下列公式是错误的:
|
电阻率必须小于1。
根据条款和条件发布知识共享归因许可证