时间：2023-05-31 09:12:24
开篇：写作不仅是一种记录，更是一种创造，它让我们能够捕捉那些稍纵即逝的灵感，将它们永久地定格在纸上。下面是小编精心整理的12篇电流和电路，希望这些内容能成为您创作过程中的良师益友，陪伴您不断探索和进步。
知识和技能
l知道电源和用电器
l从能量转化的角度认识电源和用电器的作用
过程与方法
l观察简单的电路，尝试用开关控制一个用电器的工作
l尝试用符号来表示电路中的元件，绘制最简单的电路图
情感、态度与价值观
l通过连接电路的活动，激发学生的学习兴趣，使学生乐于动脑筋找出新的连接电路的方法。
教学重点
认识电流、电路，会画简单的电路图
教学难点
从能量转化的角度认识电源和用电器的作用
教学器材
分组：小灯泡、小电动机各一个、一个开关、两节电池（带电池盒）、
一些导线、发光二极管
演示：各种电源
板书设计
第五章第一节电流和电路
注意：不能把电池的两端直接连在一起！
1．用导线将电源、用电器和开关连接起来就组成了电路。
2．只有电路闭合时，电路中才有电流。
3．电源是提供电能的装置；用电器是消耗电能的装置。
4．电流方向：正极用电器负极
教学过程
教学内容和环节
教师指导活动
学生主体活动
教后感
引入课题
我们生活在电的世界里，也许你会感到它很神秘。为什么收音机通上电就能放出音乐？为什么电视机通上电就能看到影像？为什么电饭锅通上电就能做熟米饭？为什么洗衣机通上电就能转动？
实际上，这些看似复杂的东西都是由最简单的电路组合而成的，让我们走进这个世界看一看，试一试吧！
[板]第一章第一节电流和电路
想想做做
请大家看一看，你们的台面有什么器材？你能否将这些器材连接，分别使小灯泡发光、电机转动？看谁做得最快。
注意：任何情况下都不能把电池的两端直接连在一起！否则会烧坏电池，甚至会发生危险。
学生阅读P90的“要求”后连接电路，使小灯泡发光、电机转动。
电流和电路
[问]为什么连接好电路，闭合开关，灯泡会亮、电机会转动？
[设问]电流是如何形成的呢？从微观上来说，道理是这样的，导线、灯丝，都是金属做的，金属里面有大量电子，其中有的可以自由移动。平时它们运动的方向杂乱无章，可是接上电池之后，它们就受到了推动力，出现了定向移动，于是形成了电流。
[问]从宏观上来说，刚才你们怎样做才能使灯泡和电机里有电流通过？
对，[板]1.用导线将电源、用电器和开关连接起来就组成了电路。
但在电路中，若开关是打开的，电路中是否有电流？
对，[板]2.只有电路闭合时，电路中才有电流。
在物理学中，经常用图来直观地表示物理现象和过程，画图时如果把电池、电灯等物体原样画出来，非常麻烦，所以我们常用符号代表它们，这样画出来的就是电路图。（图5.1-2）
练习：
1．读图5.1-3，完成《一课一练》P44第2题
2．P92想想议议
答：因为有电流流过了灯泡和电机。
答：用导线将电源、用电器和开关连接起来就有了电流。
答：没有，必须将开关合上，使电路闭合才能有电流。
学生完成练习题。
电源和用电器
在前面的实验中我们用电池对小灯泡提供电流，所以电池是一种电源，你知道的电池有多少种？
教师补充：（新型电池）
锌银电池、锂电池、太阳电池、原子电池（图5.1-5）、学生电源（小资料）
【问】在电路中，电源和用电器各是什么样的装置？
【实验】电动机的转速随电源电能的消耗而变慢。
练习：《物理套餐》P82第一题
学生列举：
干电池、蓄电池
答：
【板】3.电源是提供电能的装置；用电器是消耗电能的装置。
导体和绝缘体
在日常生活中，大家经常听说过导体和绝缘体这两个词，什么是导体和绝缘体？常见的导体和绝缘体有哪些？请大家阅读课本相关内容并联系实际进行讨论一下。然后完成练习：
《物理套餐》P833（4）、（5）
学生阅读、讨论后回答：
导体是指善于导电的物体；绝缘体是指不善于导电的物体。
学生完成练习。
电流的方向
前面说过电路中有了电流，用电器才能开始工作，电流就象水流、人流一样，是有方向的。电流方向是怎样的？请同学们在课本上找一找。
回答得非常对。（图5.1-8）
4.电流方向：正极用电器负极
对于灯泡来说，电流在灯丝中无论沿什么方向流动，都能发光。但是有一种叫做半导体二极管的电子元件，电流只能从它的一端流向另一端，不能反向流动。下面请大家通过实验判断一下发光二极管允许电流从它的哪端流入，哪端流出。
学生阅读、找出答案：电流沿着正极、用电器、负极的方向流动。
学生实验发现：二极管只能单向导电。
动手动脑学物理
第1、2、3题
课堂完成
作业
【关键词】电阻;电感;电容;交流电路;矢量分析
1.引言
基本电路及其应用是一门比较抽象的工程学科，其概念和计算的掌握具有相当的难度。课程习题虽然千变万化，但是对于实际电路的应用缺乏系统的归纳和总结。因此，在学生的学习中往往出现概念与实际相互脱离的现象，造成解题的困难。针对这个问题，教师不仅要引导学生多做、多练，同时还必须授之以解题技巧，教会学生一系列分析问题、解决问题的方法，总结各种交流复杂电路的基本特点和解题方法。
2.交流电路
和直流电路不同，在交流电路中，电源电动势、电流和电压的大小和方向都是周期性变化的。其中最常见的，也是应用最为广泛的是正弦交流电。以电流为例，电流强度随时间变化的关系可用正弦函数（或余弦函数）来表示，通常表示为，其中是电流的幅度值，是交流电的角频率，是初始接入相位。
电阻R、电感L和电容C是交流电路的三个基本元件，当它们接到交流角频率为的交流电路时，纯电阻、纯电感、纯电容元件对交流电的阻抗分别为R、L和1/C。事实上，交流电路大多是电阻、电感和电容按一定方式组成的复杂电路。由于交流电压、电流之间存在一定的相位差，这使得整个电路的阻抗、电压、电流的计算就比较复杂。然而，借助于复数运算或矢量图法可以简化这种计算，特别是矢量图解法更具有简明、直观的特点。
3.矢量分析法的原则
在交流电路中，纯电阻电路电压与电流是同相位的;而纯电感电路电流滞后电压90度;纯电容电路电流则超前电压90度;电感性电路电压超前电流（0～90）度;电容性电路电压滞后电流（0～90）度，具体表示如图1所示。矢量分析法就是用线段的长度表示交流量的有效值，用线段的方向表示交流量的初相位。如果交流电量是给定的三角函数，则转换成矢量分析法的具体步骤是这样的：第一步，选择一个水平参考正方向;第二步，判断正弦量的初相位，如果初相位是正（大于零）的角度，那么在水平参考正方向的起始端逆时针旋转初相位那么大的一个角度;反之，如果初相位是负（小于零）的角度，那么在水平参考正方向的起始端顺时针旋转初相位那么大的一个角度。第三步，在画好的矢量上标出正弦量的有效值。如果是频率相同的正弦交流量，那么所有的量就可以画在同一个矢量图中。
图1 基本电路矢量图
4.电阻、电感和电容组合电路分析
电阻、电感和电容串联后接在交流电路上，如图2（a）所示，电路总电压为U，总电流为I。矢量图的画法：以电路总电流为参考矢量（串联电路中的电流相等且同向，故以此为参考比较方便易懂）画出参考矢量I，电阻两端电压与参考矢量同向，电感两端电压比电流相位超前90度，则在参考矢量的基础上逆时针旋转90度作出电感电压矢量;同理，电容两端电压比电流相位滞后90度，则沿参考矢量方向顺时针旋转90度，作出电容电压矢量，如图2（b）所示。
图2 纯串联电路
其中，矢量，那么合成总电压U幅值为：
相位为：。当，矢量落在区域①;当，矢量落在区域②;当，矢量落在区域③，分别表示在图2（b）中。
电阻、电感和电容并联后接在交流电路上，如图3（a）所示，电路总电压为U，总电流为I。矢量图的画法：以电路总电压为参考矢量（并联电路中的电压相等且同向，故以此为参考比较方便易懂）作出参考矢量U，经过电阻的电流与参考矢量同向，经过电感的电流比电压相位滞后90度，则在参考矢量的基础上顺时针旋转90度作出电感电流矢量，同理，经过电容的电流比电压相位超前90度，则沿参考矢量方向逆时针旋转90度，作出电容电流矢量，如图3（b）所示。
图3 纯并联电路
图4 混联电路1
其中，矢量，那么合成总电流I幅值为：，相位为：。当，矢量落在区域①;当，矢量落在区域②;当，矢量落在区域③，分别表示在图3（b）中。
当电阻与电感串联再与电容并联时，如图4（a）所示，设电路总电压为U，总电流为I。矢量图画法为：选择总电压为参考矢量，电容电压与其同向，电流超前90度;由于电阻和电感串联，流经二者的电流整体表现为滞后电压矢量（0～90）度的一个角度，如图4（b）所示。
此时假设的垂直分量为，水平分量为，，合成总电流为：，合成电流相位为：。当，矢量落在区域①;当，矢量落在区域②;当，矢量落在区域③，分别表示在图4（b）中。
当电容与电感串联再与电阻并联时，如图5（a）所示，设电路总电压为U，总电流为I。矢量图画法为：选择总电压为参考矢量，电阻电压与其同向，电流也与其同向;由于电容和电感串联，流经二者的电流整体表现为与电压方向（-90～90）度的一个角度，如图5（b）所示。
图5 混联电路2
此时，假设流经电感和电容支路的电流为，合成总电流满足平行四边形法则，如图5（b）所示。如果的相位属于（0～90）度则合成电流矢量落在区域①;当的相位为0度时，矢量落在区域②;当的相位属于（-90～0）度，矢量落在区域③，分别表示在图5（b）中。
当电容与电阻串联再与电感并联时，如图6（a）所示，设电路总电压为U，总电流为I。矢量图画法为：选择总电压为参考矢量，电感电压与其同向，电流滞后90度;由于电阻和电容串联，流经二者的电流整体表现为超前电压方向（0～90）度的一个角度，如图6（b）所示。
图6 混联电路3
此时假设矢量的垂直分量为，水平分量为，，合成总电流为：，合成电流相位为：。当，矢量落在区域③;当，矢量落在区域②;当，矢量落在区域①，分别表示在图6（b）中。
当电容与电感并联再与电阻串联时，如图7（a）所示，设电路总电压为U，总电流为I，此时电感电压和电容电压相等。矢量图画法为：选择电感电压为参考矢量，电容电压与其同向，电流各自滞后和超前90度，如图7（b）所示。同理根据平行四边形法则可以得到总电压U和总电流I=IR的矢量，如图7（b）所示。当IC=IL时，I=IR=0，总电压矢量U=UL=UC。
图7 混联电路4
当电容与电阻并联再与电感串联时，如图8（a）所示，设电路总电压为U，总电流为I，此时电阻电压和电容电压相等。矢量图画法为：选择电阻电压为参考矢量，电阻电流与其同向，电容电压与其同向、电流超前90度，电感电压超前电流IL（即总电流I）90度，如图8（b）所示。根据平行四边形法则，合成的总电压为矢量U。
图8 混联电路5
当电感与电阻并联再与电容串联时，如图9（a）所示，设电路总电压为U，总电流为I，此时电阻电压和电感电压相等。矢量图画法为：选择电阻电压为参考矢量，电感电压与其同向、电流滞后90度，从而求得电容电流（即总电流I），电容电压滞后电流90度，如图9（b）所示。根据平行四边形法则，总电压为矢量U。
图9 混联电路6
上述各个电路的矢量图中，如总电压和总电流同相位，则电路是阻性的;如总电压超前总电流，则电路是感性的;如总电压滞后总电流，则电路是容性的。
5.总结
交流电路与生产实践和日常生活密切相关。在交流电路中，如何让学生尽快掌握交流电路的概念和计算，从理论教学到实践教学都十分重要。在交流电路的教学中，体会到一些可以提高学生学习交流电路的方法和技巧。对初涉交流电路的学生来说，与直流电路相比，交流电路更为复杂。直流电路中的欧姆定律、基尔霍夫定律，电功率等概念都可以用到交流电路中，不同的是直流电路中的物理量电流、电压都是直流的量，计算较为简单，然而交流电路的电流、电压随时间作周期性变化，计算较复杂。解决交流电路问题，要以数学、物理为基础，如何使学生尽快从已掌握的直流电路的分析法，过渡到交流电路，在教学中我采取这样的做法：用矢量图分析交流电路，这比用复数运算更为有效。而本文利用交流电路矢量分析方法对所有的电阻、电感、电容三种基本元器件的组合电路进行全面矢量图分析，对于学生更全面地掌握复杂交流电路的学习具有很好的帮助。
参考文献
[1]周元兴.电工与电子技术基础（第三版）[M].北京：机械工业出版社，2010.
关键词：大功率电源；浪涌电流；浪涌抑制
中图分类号：TM344 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2017）02-0140-03
1 引言
大功率电源已经成为一些工业设备例如电力和控制系统的关键部分。大功率电源由于输入滤波电容较大（数千至数万微法），会导致电源在启动瞬间形成数倍乃至数十倍于额定值的浪涌电流。浪涌电流过大会使大功率电源前端的空气开关、继电器、整流管等器件承受过大的工作流，严重时导致器件过早失效或寿命降低。近年来，由于大功率电源的应用不断增加，许多浪涌电流抑制技术和产品应运而生。基于浪涌抑制电路的技术发展，本文介绍了一种大功率电源浪涌电流抑制电路的设计，这种电路与传统的浪涌抑制电路相比，浪涌电流大大减少，同时其所用元器件数量较少、控制简单、功耗低、性能可靠。
2 浪涌电流的成因分析
图1为传统电源输入端电路原理图。
电路启动瞬间，电容C1开始充电，由于电容充电初期内阻很低，导致电流迅速增加，形成浪涌电流，浪涌电流最大值可通过公式（1）近似估算：
（1）
其中
k：整流系数；
Uin：交流输入电压；
f：整流后的脉动电压频率（单相按100Hz计算，三相按300Hz计算）；
R：线路电阻；
C：电容容量；
L：电感感量。
由上式可以看出，浪涌电流If与输入电压Uin和电容容量C成正比，与线路电阻R及电感L成反比。由于大功率电源通常使用的初级滤波电容容量较大（通常几千微法至几万微法）而线路电阻因为使用较粗的导线而较低（通常几十到几百毫欧），因此电源启动时会形成较大的浪涌电流。以下是20kW大功率电源产品（输入380V，初级滤波电容5000uF）浪涌电流实测值（使用500A电流传感器进行测试，峰值电压25.2V，换算成电流约为300A，持续时间4-6ms）：
从图2可以看出最大浪涌电流已经突破200A，而该电源每相额定电流值仅为30A，浪涌电流约为额定值的7倍，在这种情况下工作，大功率电源前端的器件必须留有充足的余量，同时由于器件频繁在开机瞬间受到大电流冲击，容易导致器件寿命下降。
3 传统浪涌抑制电路的做法
根据上述浪涌电流成因的分析，传统浪涌电流抑制电流有2种做法。
3.1 增加负温度系数的热敏电阻限制启动时的浪涌电流
图3是利用NTC电阻限制浪涌电流的经典电路（NTC加在交流侧或直流侧均可）。
负温度系数热敏电阻NTC是一种热敏器件，常温下电阻较大，利用自身的高阻特性抑制浪涌电流，通电后由于自身损耗产生热量，其阻值也随之降低，因此在正常工作状态下的功耗也会随之降低。
该方法优点为电路非常简单，只需串入一只NTC电阻即可。缺点为：1）由于NTC为热敏器件，因此在关机后立即再次启动电源，由于NTC已经处于高温状态，会导致NTC失去浪涌电流抑制效果。2）由于NTC为串联在回路中的电阻，因此在大功率场合下（几十安至几百安），即使NTC电阻阻值下降到几十毫欧级别，造成的功率损耗依然十分巨大。同时导致电源内部发热，影响其它器件寿命。因此该方法一般仅适用于小功率场合（功率小于10kW），并需要在控制端增加延时启动电路。
3.2 增加电感限制启动时的浪涌电流
图4是利用电感限制浪涌电流的经典电路。
由公式（1）可以看出浪涌电流与线路电阻R及电感L成反比，增加电阻R或者电感L都可以有效降低浪涌电流。但通常在线路中增加电阻阻值会带来极大的能量损耗和热耗，因此可以通过增加电感L对浪涌电流进行抑制。
电感是一种磁性器件，可以将电能转化为磁能进行存储，同时具有抑制电流突变的作用，通电之后，电感可以在一定程度抑制电容产生的浪涌电流。该方法缺点如下：
1）电感感量与线圈匝数的平方成正比，在获得较大的感量的同时线圈匝数也必须相应提高，在大功率电路中，由于电流较大，所选用的铁心和铜线体积也较大，在实际电路中由于体积有限因此很难将感量做到很大，通常仅能维持在几百微亨至几毫亨，对限制浪涌电流而言作用十分有限。
2）电感作为元器件串联在回路中，产生铜损和铁损形成发热。
4 新型浪涌抑制电路运行和计算
与传统浪涌电流抑制电路相比，图5所示的新型浪涌电流抑制电路在整流之后增加一只电阻和辅助开关即可达到抑制浪涌电流的作用。
电路工作原理如下：主开关为K1，辅助开关为K2，限流电阻为R1，电路启动时打开主开关K1，此时电路进入预充电模式，由于限流电阻R1的存在，电容C1产生的浪涌电流大大减少。待电容C1充入部分电量后，辅助开关K2打开，此时电路进入正常工作模式，将限流电阻R1短路，由于电容C1中已充入部分电量，接入主电路后，同时启动后，限流电阻通过辅助开关K2短路，并不串联在主回路当中，减少了限流电阻的发热。
上述电路关键参数的选取：
1）辅助开关打开时间T。辅助开关打开越晚，电容C1通过电阻R1的充电就越充分，主回路正常启动时的浪涌电流就越小。通过RC电路充电计算公式可以得出3-5RC后电容几乎充满电，2RC时即可冲到85%以上。
因此在条件允许的情况下，尽可能将K2打开时间控制在大于2倍RC以上。
2）辅助开关的电流容量。采用浪涌抑制电路后，辅助开关的电流容量只需要满足主回路额定工作要求即可。
3）限流电阻R1的选取。电路最大浪涌电流取决于直流端电压Vd和限流电阻R1的大小，Imax=Ud/R1，电阻R1的选取只需满足Imax小于额定工作电流即可。
5 试验结果
试验以20kW大功率电源作为试验平台，初级滤波电容C1=5000uF，限流电阻R1=4.7kΩ/50W，辅助开关延迟打开时间为1min，采用浪涌抑制电路后输入电流如图6所示，可看出无论是浪涌电流的峰值还是持续时间均得到了减小。通过试验验证了该拓扑结构的合理性。
6 结论
本文对大功率电源中浪涌电流的成因及经典浪涌电流抑制电路的优缺点进行了分析，提出了新型浪涌电流抑制电路的拓扑结构并对关键的工作参数进行了解析。所运用的元器件较少，损耗低，在大功率电源设备中应用前景广泛。
参考文献
考试形式主要还是书面笔试，在复习中离不开做一定数量的练习。做练习（作业、试卷）本身就是学习活动中的一种实践。那么你们知道关于九年级上册物理复习资料内容还有哪些呢?下面是小编为大家准备关于九年级上册物理复习资料，欢迎参阅。
九年级上册物理复习资料章一
（一）电荷
1、用摩擦的方法使物体带电，叫摩擦起电。
2、带电体都具有能吸引轻小物体的性质。
3、被丝绸摩擦过的玻璃棒上带的电荷，叫正电荷；被毛皮摩擦过的橡胶棒上带的电荷，叫负电荷。
4、同种电荷互相排斥，异种电荷互相吸引。
5、电荷量：是指电荷的多少，单位：库仑，简称库，符号C。
6、原子是由原子核和电子组成的，原子核带正电、核外电子带负电。
7、元电荷：最小的电荷叫元电荷，用符号e表示，e=1.6×C.
8、容易导电的物体，叫导体；不容易导电的物体，叫绝缘体；金属导电靠的是自由电子。
9、常见的导体：金属、大地、人体、石墨、酸碱盐的水溶液。
10、常见的绝缘体；橡胶、玻璃、陶瓷、塑料、油。
11、验电器是实验室用来检验物体是否带电的仪器，是根据同种电荷相互排斥的道理制成的。
（二）、电流和电路
1、电流是电荷的定向移动形成的。
2、把正电荷定向移动的方向规定为电流的方向；在实际电路中，电流的方向总是：电源的正极→用电器→电源负极。
3、电路的基本构成：电源、开关、导线、用电器。
4、电路中产生持续电流的必要条件：（1）电路中必须有电源；（2）电路必须是通路。
5、电路的基本连接方式是串联和并联；电路的三种状态是通路、断路和短路。
（三）、电流的强弱
1、电流的强弱：就是电流的大小，用电流表示，符号是I，单位是安培，单位符号是A。
2、电流表的使用规则：（1）将电流表串联在被测电路中；（2）要求电流正进负出；（3）被测电流不能超过电流表的测量值；（4）绝不允许将电流表直接接在电源的两极上。
四、串、并联电路
1、把电路元件逐个顺次首尾相连组成的电路叫串联电路。
2、串联电路的特点：（1）电流只有一条路径，无干路、支路之分；（2）通过一个用电器的电流，一定通过另一个用电器；（3）用电器之间的工作情况相互影响，通则都通，断则都断；（4）电路中只需一个开关，即可控制整个电路。
3、串联电路中电流的规律：在串联电路中，各处的电流相等。公式：I==
4、把电路元件并列地首首相连、尾尾相连组成的电路叫并联电路。
5、并联电路的特点：（1）电流有两条或两条以上路径，有干路、支路之分；（2）每条支路都可与电源形成一个通路；（3）各支路中的用电器工作情况互不影响，一条支路断开，其他支路仍可工作；（4）干路上的开关控制整个电路，支路上的开关只能控制它所在的该支路。
6、并联电路中电流的规律：在并联电路中，干路中的电流等于各支路中的电流之和。公式：I=+。
九年级上册物理复习资料章二
（一）电压
1、电压
（1）电路中提供电压的装置是电源。
（2）电压的作用是使电路中的自由电荷发生定向移动形成电流。
（3）电压用字母U表示。电压的单位是伏特，简称伏，符号是V。
（4）一节干电池两端的电压是1.5V，一个铅蓄电池的电压是2V，家庭照明电路的电压是220V，对人体的安全电压是不高于36V。
2、电压的测量
（1）电压表是测量导体或电路两端电压仪表，电路中的符号。
（2）电压表的使用规则：①使用前注意观察：接线柱、量程、分度值、校“0”；
②电压表应该并联在被测电路的两端；（否则电流会很大，此时测的是电源电压）；
③电压表正接线柱应与靠近电源正极的一端相连，负接线柱应与靠近电源负极的一端相连；（即电流从电压表的“+”接线柱流入，从“-”接线柱流出，否则指针会反偏）；
④不允许被测电路两端的电压超过电压表的测量值。（用较大量程试触，否则指针可能打弯）；
⑤读数时看清接线柱（量程）、明确分度值、看清指针位置。
3、串联电池组的电压等于各节电池的电压之和。
4、串联电路两端的总电压等于各部分电路两端电压之和；并联电路中各支路两端的电压相等。
5、把电压比作水压→类比法。
6、电压表与电流表使用方法的相同点：电流表或电压表的电流都要从“+”接线柱流入，从“-”接线柱流出；被测的电流或电压都不要超过电流表或电压表的测量值。
7、电压表与电流表使用方法的不同点：电流表与被测部分串联，电压表与被测部分并联；电流表不允许直接接到电源的两极上，而电压表能直接接到电源的两极上。
（二）电阻（R）
1、导体对电流碍作用叫电阻，任何导体都有电阻，电阻是导体本身的一种性质。
2、电阻用字母R表示，电阻的国际单位是欧姆，简称欧，符号Ω；常用单位：兆欧（MΩ）、千欧（KΩ）；1MΩ=1×KΩ，1KΩ=1×Ω。
3、导体两端的电压相同时，通过导体的电流越小，导体的电阻大，或电压相同时，灯泡越暗，电阻大。（转换法）
4、决定导体电阻大小的因素有材料、长度、横截面积、温度。
5、长度和横截面积相同的不同材料的导体电阻一般不同。
6、材料和横截面积相同的导体，长度越长，电阻越大。
7、材料和长度相同的导体，横截面积越小，电阻越大
8、大多数金属的电阻随温度的升高而增大；大多数非金属的电阻随温度的升高而减小。
9、导体的电阻很小，绝缘体的电阻很大；导电能力介于导体和绝缘体之间的物体叫做半导体，如：硅和锗。
10、某些导体在温度很低的情况下电阻就变成了零，这就是超导现象。
（三）、变阻器
1、滑动变阻器能改变电路中的电流、控制某电路两端的电压、分担电压保护电路。
2、滑动变阻器的原理是通过改变连入电路中电阻丝的长度来改变电阻。
3、滑动变阻器使用规则：?串联在电路中；?不能使通过它的电流超过铭牌上所标的电流；?连接时，所使用的接线柱要“一上一下”。④闭合开关前，滑动变阻器的滑片要置于阻值处。
4、规格的物理意义：“50Ω，1.5A”表示滑动变阻器的阻值变化范围为0——50Ω，允许通过的电流是1.5A。
5、使用口诀：一上一下接线柱，阻值变化观下柱，滑片靠近阻值小，滑片远离阻值大。
6、电阻箱的优点：能显示电阻箱连入电阻大小的变阻器；
7、电阻箱的原理：与滑动变阻器的原理相同；
8、电阻箱的读数方法：每个旋盘所指示的数字乘以相应的倍数的总和。
十七章、欧姆定律安全用电
（一）探究电阻上的电流跟两端电压的关系
1、电阻一定时，导体中的电流跟导体两端的电压成正比。即R一定时，︰=︰。
2、电压不变时，导体中的电流跟导体的电阻成反比。即电压不变时︰=︰。
3、若电压表、电流表的指针反偏，则是电压表、电流表的正负接线柱反了；
4、若电压表、电流表的指针偏转很小，则电压表、电流表的量程选大了，若电压表、电流表的指针偏转到最右边，则电压表、电流表的量程选小了。
5、无论怎样移动滑动变阻器的滑片，电流都不变，若此时的电流较大，则是滑动变阻器的两个接线柱都接在了金属杆上，若此时的电流很小，则是欢动变阻器的两个接线柱都接在了电阻丝上。
（二）欧姆定律
1、欧姆定律的内容：导体中的电流，跟导体两端的电压成正比，跟导体的电阻成反比；数学表达示：I=U/R；
2、使用欧姆定律时应注意同时性和同体性；
3、“同体性”指公式中的I、U、R必须是同一电路或同一电阻或是整个电路的三个物理量；
4、“同时性”是指公式中的I、U、R必须是同一时刻的值；
5、使用公式时I、U、R都必须用国际单位，即，I——安培，U——电压，R——欧姆；
6、I=U/R，变形为U=IR，R=U/I；
7、R=U/I表示一段导体两端的电压跟这段导体中的电流之比等于这个导体的电阻，它是电阻的计算式，不是电阻的决定式。
8、电路计算时应做到“两步三查”。两步是指画图标量（书写已知条件、求解的问题）和列式求解（①写出计算公式，②带数字和单位，③计算出结果）。三查是指查物理公式、查下标、查单位。
9、电阻的串联实际上是增加了电阻的长度，因此串联电阻的总电阻比任何一个分电阻的阻值都大；
10、串联电路的总电阻等于各串联电阻之和，公式是R=+；
11、n个阻值相同的电阻串联后的总电阻=nR
12、串联电路中，导体两端的电压与导体电阻成正比，即：:=︰
13、电阻的并联实际上是增加了电阻的横截面积，因此并联电路的总电阻比任何一个分电阻的阻值都小。
14、并联电路的总电阻的倒数等于各并联电阻的倒数之和。公式是1/R=1/+1/；
15、n个相同的电阻R并联，总电阻=1/n。
16、并联电路中，电流与电阻成反比，即︰=︰。
17、串联、并联电路的电流、电压、电阻关系的口诀：串流并压各相等，串压并流总之和，串联电阻总之和，并联电阻合倒和。
（三）测量小灯泡的电阻
1、伏安法测电阻的实验原理：R=U/I；
2、操作时的注意事项：①电流表、电压表的量程要选择适当；②连接电路时开关应处于断开状态；③闭合开关前，应使滑动变阻器连入电路的电阻；
3、测量的物理量：用电压表测出电压，用电流表测出电流代入公式R=U/I计算出电阻值；
4、滑动变阻器的作用：改变连入电路的阻值，从而改变电流和电压，以达到多测几次的目的。
5、该实验中至少要测三组数据，是为了求电阻的平均值，以减小误差。
6、在该实验中闭合开关时，灯泡不亮，电流表无示数，电压表有明显的示数，则出现的故障是灯泡断路（即灯丝断了、接灯泡的导线断了或接线柱松动、接触不良）。
7、在该实验中移动滑片时，电流表和电压表的示数变化不一致，则是电压表并联在了滑动变阻器的两端。
（四）欧姆定律和安全用电
1、人体的电阻一定，根据欧姆定律，电压越高，通过的电流越大；
2、只有不高于36V的电压才是安全的；
3、不能用湿手触摸电器，或扳开关；
4、断路：由于导线断了、用电器损坏、开关断开或接触不良造成电路中没有电流的现象。
5、短路：电源的两端或用电器两端被导线直接连接起来的电路，发生短路时会烧坏电源或电流表，也有可能发生火灾。
6、雷电产生是带正负电的云层靠近时产生剧烈的放电现象；
【关键词】电学；故障；判别
初级中学电学教学是教学的重点，电学故障的判别和处理既是教学重点，又是教学难点。但是，抓住电路故障常见的只有短路和断路这两种情况，在电学学习的过程中注意基本知识和基本能力的培养、训练，可以突破这一教学难点。下面就谈谈我的做法，供各位同仁和同学们参考，也希望提出改进意见。
在学习人民教育出版社2013版九年级物理第十五章第二节《电流和电路》时，应介绍电路由电源、开关、用电器和导线组成，其中电源的作用是提供电能，开关的作用是控制电路的通断，导线的作用是输送电能，用电器是消耗电能的装置。在设计电路时，要先根据要求画出电路图，检测无误后再按照电路图连接、敷设电路。电路有三种状态，通路、断路、短路，要特别说明短路现象发生时，电流不通过被短路的用电器，被短路的用电器不工作（演示教材39页图15.2
―7，学生用电学线路实验板和器材分组实验，效果更好。提示：做短路实验时，一定要迅速，尽快切断电路，保护实验器材）；如果电路电源短路，电路电流就会迅速增大，热量急剧增加，甚至引起火灾，损坏电源，所以，短路电路的判别要清楚，处理要及时。而断路是某处断开的电路，当电路断路时，电路中电流的路径断开，用电器没有电流通过，用电器不工作（电路断路，可能是用电器损坏，也可能是灯座有问题，还可能是接触不良，或者是导线某处断开。可将上面实验中的小灯泡旋出一些，使之接触不良或者将小灯泡取出制造断路，观察现象）。
学习第十五章第四节《电流的测量》时，掌握电流表的使用规则基础上，练习用电流表测量电流，并反思：将电流表接入电路和将电流表从电路中取出的方法。由此说明，初中物理中，可以认为电流表接入电路，只是测量电路中的电流值，对原电路没有影响。
学习第十五章第五节《串、并联电路中电流的规律》，探究串联电路的电流规律时，应用规格不同的两个小灯泡实验，发现：虽然串联电路中各处的电流相等，但两灯泡的发光亮度不同，甚至其中一个感觉不到发光（可利用电学线路实验板进行实验验证）。这时应结合《练习册》52页第4题给学生分析、解释，虽然我们认为两灯泡明亮程度不同，但都有电流通过且电流相等，只是其中某只灯泡的额定电流大，流过的实际电流小，它发光暗淡甚至我们感觉不到它发光。 利用电学线路实验板，演示两灯泡组成的串联电路中，当电路断路和部分短路时观察发生的现象，增强学生的感性认识，为电学故障的判断做好铺垫，降低教学的难度。
学习第十六章第一节《电压》时，学生掌握电压表的使用规则后，练习用电压表测量电压。 特别是教材58页图16.1―5的实验，应演示后进行分组探究并得出结论：在只有一个用电器的电路中，用电器两端的电压与电源两端的电压相等。同时反思：将电压表接入电路和将电压表从电路中取出的方法。由此可以认为电压表接入电路，只是测量电路两端的电压值，对原电路没有影响。结合《练习册》68页第10题，设置两个小灯泡组成的串联电路，测量开关断开、闭合两种情况下Uab 、Ubc、Ucd、Ude、 Uae的电压，反复猜想、测量并进行反思，形成感性知识，为电路故障的判断做准备。
学习第十六章第三节《电阻》时，反思电流表和电压表的使用方法，练习用电流表测量电路中的电流和用电压表测量电路两端的电压。通过将电流表、电压表接入电路和从电路取出，可以认为：电流表的电阻很小，相当于电阻无穷小，去掉电流表可用导线代换；电压表电阻很大，相当于电阻无穷大，去掉电压表可视为该部分电路断路。
在掌握这些基本技能和基本方法后，反复练习、实验验证、反思《练习册》下表中的作业，对初中物理常见电学故障的分析、判别定会有方法的掌握，能力的提高，同学们一定会有所感悟。
【参考文献】
摘要：电流模式信号处理电路技术近年来迅速兴起并取得很大进展，不仅完善和发展了模拟电子电路的基本理论，而且开始在现代电子电路中获得实际应用。本文在介绍第二代电流传输器CC2特性的基础上，对若干CC2应用电路进行了详细分析。
关键词：电流模电路；电流传输器；CC2；零子（Nullator）；任意子（Norator）；有源滤波器
中图分类号：TM133 文献标识码：A
电流模式信号处理电路技术是近年来模拟VLSI技术取得重要进展的领域之一，也是当今国际上的前沿课题，它的诞生和发展向传统的电压模式信号处理电路提出了强有力的挑战。以电流为参数的电流模电路与电压模电路相比，具有高频特性好，线性范围大，动态范围宽，功率损耗小，电路结构简单，适于低电压工作等优点，自1989年将“电流模式信号处理”专题列入IEEE电路与系统国际会议的议题之后，关于电流模电路的研究迅速兴起，成为模拟信号处理的重点研究方向之一，它不仅完善和发展了模拟电子电路的基本理论，而且开始在现代电子电路中获得实际应用。例如，某种电流传输器和电流模放大器已在先锋和马兰士的多款功放中被采用。为适应现代电子技术的发展，高校的电子技术课程的教学内容也应作出相应的调整与扩充，适当引进和介绍电流模电路的研究及应用新成果。这样不仅有利于学生对基础理论知识的掌握，增加学习兴趣，更有利于学生开拓视野、更新知识，从而实现专业基础课程的教学与科技发展同步。为此本文拟对电流模电路的重要器件第二代电流传输器CC2的若干应用电路进行介绍和分析。
1 第二代电流传输器CC2简介
电流传输器是电流模模拟信号处理领域中很重要的部件之一。第一代电流传输器是由加拿大多伦多大学的K.C.Smith和A.Sedra于1968年提出来的，简称CC1（Current Conveyor1）。他们于1970年又提出第二代电流传输器CC2。其后至今，人们先后提出各类电流模元件。分别为：第三代电流传输器CC3，电压差动电流传输器DVCC（Differential Voltage Current Conveyor），差动电流传输器DDCC（Differential difference Current Conveyor），双输出端第二代电流传输器DO-CC2，多输出端第三代电流传输器MO-CC3等。
CC2为第二代电流传输器（Current Conveyor 2）的英文缩写，其特性可用矩阵表示：
本节课要突出的重点是串联电路的电流、电压和电阻的三个特点和串联电路的分压作用。方法是为了突出重点，首先设计学生活动，让学生们在实验探究的过程中记录数据、分析数据、归纳得出结论。
本节课要突破的另一个难点是总电阻（等效电阻）的概念、串联电路电阻关系的实验测定和理论推导。方法是引导学生思考，然后实验探究，通过电流值的比较找到等效电阻。原来的教学流程是各环节活动安排（见图1）。
一、活动1：探究串联电路中电流和电压的规律
（1）猜测：在图2所示电路中，通过A、B、C各点的电流之间可能有怎样的大小关系？AB、BC、AC两点之间的电压可能有怎样的大小关系？
（2）按电路图连接电路，用电流表测量电路中通过A、B、C三点的电流，并填入表1。
由此可以得出初步结论：________________________________________。
（3）用电压表测出电路中AB、BC、AC两点之间的电压，并填入表2。
由此可以得出初步结论：________________________________________。
二、活动2：寻找5欧和10欧两个串联电阻的等效电阻
思考：寻找一个新的电阻替代原来电路中的R1和R2，使得在电源电压保持不变的条件下，电路中的电流与原来串联电路中的电流相等。（见表3）
实验结果表明：________________________________________________。
三、活动3：探究串联电路与电阻的关系
例题1：甲、乙两个导体的阻值分别为R1=10欧、R2=20欧，串联在电压为3伏的电源上，求两个导体两端的电压U1和U2。
该教学设计也是在充分考虑到教材、课程标准和学生的学情等方面的因素，经过一次试讲后成形的。在正式上课的过程中自己觉得时间有点紧张，给予学生思考交流的时间、空间不够，评委老师对此的指导意见是：
（1）教学过程有点头重脚轻的感觉，等效电阻的实验探究老师的指导不够，对于等效的意义解释不够清楚。
（2）教学内容有点多，教材处理方面可以灵活，比如电流和电压的特点探究放在课前，这样就能更充分地探究串联电路的等效电阻和推导分压作用。
后来我对自己的教学流程做了改进，直接用小彩灯做实验并有意破坏其中一个灯，对比前后的实验现象，判断小灯的连接方式，结合前面电路学习时测量的电流和电压数据直接归纳出电流和电压的规律，“请同学们根据我们前面学习的电阻大小与导体长度的关系猜想一下串联电路中电阻的特点”，一个提问直接过渡到学生对电阻的探究，提出猜测，实验探究，记录数据。然后各小组交流数据，分析归纳，采取等效替代的方法实验探究得出电阻的规律。通过例题巩固串联电路的特点，引出电阻大的导体两端电压多，利用欧姆定律和串联电路中电流规律推导电压的分配规律。（见图3）
改进后的各个环节活动安排：
活动1： 小组交流电路学习时测量的电流和电压数据直接归纳出电流和电压的规律。
活动2：寻找5欧和10欧两个串联电阻的等效电阻。（见图4和表4）
思考：寻找一个新的电阻替代原来电路中的R1和R2，使得在电源电压保持不变的条件下，电路中的电流与原来串联电路中的电流相等。
实验结果表明：________________________________________________。
活动3：练一练。
例题2：甲、乙两个导体的阻值分别为R1=10欧、R2=20欧，串联在电压为3伏的电源上，求通过两个导体的电流和两端的电压U1和U2。
“大家发现哪个电阻两端的电压分得多？”通过计算分析得出猜想“串联电路中导体电阻越大，两端分得电压越多”，利用欧姆定律和串联电路中电流规律推导串联电路的分压作用。
引言
在以往的有源功率因数校正电路拓扑中，一个带乘法器的控制芯片不可避免。为了降低成本，一种电流箝位（ClampedCurrentBoost,CCB）的控制方法可以简化电路。在这种电路中，每半个周期中开关电流峰值被箝位至一个参考值。输入电流的波形跟随输入电压，?样就可以得到理想的THD。由于它不需要乘法器来提供一个电流参考值，而可以利用任何一种峰值电流控制的芯片（如UC3843）来完成这个功能，从而大大降低了成本，简化了电路。
但是，以往提出的箝位电流模式电路，在低输入电压时工作在断续电流DCM，在高输入电压时工作在连续电流模式CCM。而CCM的工作方式存在两个缺点：一是电路中的续流二极管的反向恢复，这降低了电路的效率；二是电路中的电感值比较大，这给提高电路的功率密度带来了困难。
本文提出了一种在通用的整个输入电压范围内工作在DCM的CCBPFC电路。该电路消除了二极管的反向恢复问题，从而提高了电路的工作效率；同时，由于工作在电流断续模式，电感量减小，这样就可以减小电感的体积，提高功率密度。
本文给出了该电路拓扑的数学分析并且给出了一个100W的电路实验结果。
1 理论分析
电路原理图如图1所示。在进行分析之前，假设以下条件成立：
——所有的元器件都是理想的；
——变换器工作在稳态时，开关频率?大于交流母线的频率，从而可以认为在一个开关周期内，输入电压是恒定的；
——输入电压是理想的正弦波vac=
Vmsin(ωLt)，其中ωL为交流母线的频率；
——参考电压在一段时间内是一个恒定值Vref；
——输出电压是恒定的。
为了便于分析，使得计算的结果与具体的电路参数无关，我们采用标幺值，即令
Vb=Vo；
Ib=Vo/Rt(Rt=2L/Ts，Ts为开关周期)；
则输入的电压峰值为：
Vm=Vm/Vb （1）
与传统的CCBPFC电路不同，在整个母线电压输入周期内，该电路工作在电流断续模式。在每半个周期内，有两种电流断续工作模式。如图1所示，在开关周期开始阶段，Boost电路中的开关管处于开通的状态，电感中的电流iL从零开始增加。在采样电压（RiiL）达到参考电压（Vref）和斜率补偿电压（VR）的和,或者达到最大占空比时，开关管关断，电感电流线性减小（如图2）。这两种工作模式分别定义为DCM2和DCM1。
对一个周期内电感电流求平均值，可以得到两种DCM工作模式下的电流归一化后的表达式分别为：
式中：Kr为电流模式斜率补偿深度系数。
DCM1和DCM2的边界条件为：
式中：斜率补偿Mc=IR/(DmaxTs)，IR为斜率补偿电流。
因此，可以得出DCM1和DCM2两种工作模式的边界点为：
ωLt=arcsin[(Iref/Dmax-IRM)/2Vm]
式中：为斜率补偿电流峰值。
由前所述，可以得到每半个周期的平均电流归一化暂态值：
由上面的分析可以得到每半个工频周期，在不同输入电压下，输入电流的的波形如图3所示。
Boost电感值必须保证在整个周期内，电路工作在DCM模式。
在最小输入电压下的电流峰值为：
式中：Po为输出功率;
η为最低效率;Vin,rms,min为最低的输入电压幅值。
所以，电感值由式（7）决定。
(Vinpmin/L)DlminTs≥2Iinp （7）
式中：Vinpmin为最小输入电压峰值；
Dlmin为在最小输入电压时的最小占空比，即
Dlmin=(Vo－Vinpmin)/Vo （8）
输出电容必须满足式（9）。
Co≥Po/(2πflineVoΔVo) （9）
标幺化的功率因数可以由式（10）获得。
PF=Pin/(VinrmsIinrms) （10）
式中：
那么,
2 实验结果
设定以下工作条件：
Vm=127～311V；fline=50Hz；Vo=380V；
Po=100W；η=0.92；fs=77kHz；Dmax=0.95。
参数设定为：
L=370μH；Kr=0.22；C=68μF，选用68μF/
400V铝电解电容。
电路图如图4所示。
获得的电路波形如图5所示，由图5可以看出，实验结果符合理论分析。
表1为实验获得的PF和THD与Vin,rms关系。由表1可以看出，该电路符合IEC-3-2的标准。
该电路在满负载(Vo=380V，Io=0.263A)下的效率测试如图6所示。
表1 PF，THD与输入电压关系表
Vin/V
90
120
220
265
PF
0.997
0.994
0.961
0.911
THD/％
5.6
12.1
17.2
32
一、滑动变阻器的原理及作用
滑动变阻器是用电阻率较大的电阻线制成的。它是靠改变连入电路的电阻线长度逐渐改变连入的电阻，从而达到改变电路的电流及用电器两端电压的作用。
二、滑动变阻器的接法
实验室常用的滑动变阻器有四个接线柱。其结构图如图1所示，若将A、B两接线柱接入电路，则电阻为O，相当于一段导线；若将C、D两接线柱接入电路，则电阻最大且不能变化。要想使滑动变阻器接入电路后阻值变化，只能用“对角线接法”(即把A、D两端或B、C两端接入电路)，而不能用“全上(或下)接法”(即把A、B或C、D两端接入电路)。
图1
三、滑片P移动滑动变阻器阻值的变化
滑动变阻器的“对角线接法”和“同端上、下法”都要求“一上一下”两接线柱。因此可采用“远离下接线柱，接入电阻增大；靠近下接线柱，接入电阻减小”的方法判断变阻器接入电路电阻的变化。如当接A、C两接线柱时，滑片P向右移，远离C接线柱，变阻器接入电路的有效电阻增大；反之减小。
四、滑动变阻器使用要求
1、弄清规格：使用变阻器前首先观察它的铭牌，明确它的最大电阻值和允许通过的最大电流值：使用时不要使电路中的电流超过它的规定值，否则会烧坏变阻器。如某滑动变阻器的铭牌上标有“20Ω ，2．5A”，它分别表示该滑动变阻器接入电路中的最大阻值为20Ω，允许通过的最大电流为2．5A。
2、要把滑动变阻器正确接入电路，绝不能“全上”或“全下”接法。
3、使用前应将滑片调至阻值最大处，即远离下接线柱的位置。
掌握了以上几个知识点，就能正确的利用滑动变阻器解决有关问题。
图2
例1图2中，A、B、C、D所示的为滑动变阻器的结构和连入电路情况示意图，当滑片向右滑动时，连入电路的电阻变小的为（）
解析要使滑片向右滑动时连入电路的电阻变小，必须使电流只流过变阻器右端的电阻丝。A图中电流恰好符合要求；B图中电流流过整个电阻丝，不能改变电阻；C图连接变阻器左端的电阻丝，向右移动滑片使电阻增大；D图电流不通过电阻丝。所以，当滑片向右滑动时，连入电路的电阻变小的只有A图。
例2如果将图三中滑动变阻器的C、D两接线柱接在电路中的MN间，为使电流表读数变小，问触头P应该（）
图3
A、向左滑动 B、向右滑动
一、开关开与合构成的动态电路
例1 （江苏省常州市）
如图1所示的电路，电源电压不变，开关S闭合后，当S1由断开变为闭合时，则（ ）
(A) A1示数变大，A2示数不变
(B) A1示数变大，A2示数变大
(C) A1示数不变，A2示数不 变
(D) A1示数不变，A2示数变小
解析：由电路图可知，两电阻并联，开关S控制干路，开关S1控制电阻R1所在支路，电流表A1测干路电流，电流表A2测通过电阻R2的电流；并联电路各支路独立工作、互不影响，S1由断开变为闭合时，通过支路R2的电流不变，即电流A2示数不变；又并联电路中干路电流等于各支流电流之和，干路电流变大，即电流A1的示数变大．故选(A)．
例2 （2013年山东省日照市）
如图2所示的电路中，电源电压不变，电阻R1的阻值为20 Ω．当断开开关S1和S2，闭合开关S3时，电流表的示数为0.50 A；当断开开关S2，闭合开关S1、S3时，电流表的示数为0.90 A．求：
（1）电阻R2的阻值．
（2）断开开关S1和S3，闭合开关S2时，加在电阻R1两端的电压．
解析：（1）当断开开关S1和S2，闭合开关S3时，R2断路，电路中只有电阻R1，电流表测通过R1的电流，可由U=IR计算出电源电压．当断开开关S2，闭合开关S1和S3时，电阻R1和R2并联，电流表测干路总电流，可求出通过电阻R2的电流，再用R=U/I计算出R2的阻值．
（2）断开开关S1和S3，闭合开关S2时，电阻R1和R2串联，可由I=U/R计算出电路中的电流，再由U=IR计算出电阻R1两端的电压．
解答过程如下：
（1）当S1和S2断开，S3闭合时，R2断路，I1=0.50 A
电源电压U=I1R1=0.50 A×20 Ω=10 V
当S2断开，S1和S3闭合时，R1和R2并联
通过R2的电流I2=I-I1=0.90 A-0.50 A=0.40 A
R2=U/I2=10 V/0.40 A=25 Ω．
（2）当S1、S3断开，S2闭合时，R1和R2串联，
电流中电流I=I1=I2=U/(R1+R2)，
R1的电压U1=I1R1=UR1/(R1+R2)=10 V×20Ω/(20 Ω+25 Ω)=4.4 V．
答：（1）电阻R2的阻值为25 Ω．
（2）断开开关S1和S3，闭合开关S2时，加在电阻R1两端的电压为4.4 V．
剖析：解答本类题目时应当分清电路的性质，看电路的结构是串联还是并联，弄清电路中接入的电表所测量的量，明确开关闭合或断开时电路结构是否发生变化，发生何种变化，是串联变成了并联，还是串联变成了并联，并深入挖掘出解题所需的隐含条件，在确定了这些问题后，解题便是易如反掌．
二、滑片滑动构成的动态电路
例3 （辽宁省营口市）
如图3所示的电路中，电源两端的电压保持不变，闭合开关S，将滑动变阻器的滑片P向右移，下列说法中正确的是（ ）
(A) 电流表A的示数变小
(B) 电压表V1的示数不变
(C) 电压表V2的示数变大
(D) 电压表V1与电压表V2的示数之和保持不变
解析：闭合开关S后，滑动变阻器R2与电阻R1串联，电流表测量电路中的电流，电压表V1测量R1两端的电压，电压表V2测量R2两端的电压；将滑片P向右移时，接入电路中的电阻变大，电路中的总电阻变大，由I=U/R知电路中的电流变小，即电流表的示数变小，故(A)正确；电阻R1两端的电压变小，即电压表V1的示数变小，故(B)不正确；又总电压不变，则R2两端的电压变大，即电压表V2的示 数变大，故(C)正确；又电压表V1与电压表V2的示数之和等于电源电压，且电源电压不变，则电压表V1与电压表V2的示数之和保持不变，故(D)正确．本题正确答案为(A)、(C)、(D)．
例4 （贵州省遵义市）
如图4所示，电路中电源电压和灯L的电阻保持不变，定值电阻R=20 Ω，灯L标有“8 V， 6.4 W”字样，电流表用0～0.6 A量程，电压表用0～15 V量程．
（1）灯泡L的电阻为多少？
（2）开关S1闭合，S2、S3断开时，电压表的示数为6 V，电源电压为多少？
（3）将滑动变阻器的滑片移到b端，闭合开关S1、S2、S3时，电流表的示数为0.6 A，滑动变阻器的最大电阻为多少？
（4）当开关S2闭合，S1、S3断开，在确保电路安全的情况下，当电路消耗的功率最大时，滑动变阻器消耗的功率是多少？
解析：（1）读题后知灯泡的额定电压和额定功率，由P=UI求出额定电流，据欧姆定律求出电阻；
（2）开关S1闭合，S2、S3断开时，R与L串联，电压表测R两端的电压，据欧姆定律和串联电路的电压特点求出电源电压；
（3）将滑动变阻器的滑片移到b端，闭合开关S1、S2、S3时，R与变阻器的最大值Rab并联，据并联电路的特点和欧姆定律求出通过R的电流和通过变阻器的电流，从而求出变阻器的最大阻值.
（4）当开关S2闭合，S1、S3断开，变阻器与灯泡L串联，据灯泡的额定电流和电流表的量程确定电路中的最大电流，此时电路消耗的功率最大，依据欧姆定律，利用P=UI求出变阻器消耗的功率．
解：
（1）灯泡的额定电流IL额=PL额 UL额=
6.4 W 8 V=0.8 A，
灯泡的电阻RL=
UL额 IL额=
8 V 0.8 A=10 Ω；
【关键词】模块 继电器阵列 程控放大 单片机软件 仪器
1 概述
三相交流控制模块大量用于三相电机正反转控制；现在国内生产厂家众多，但生产制造和设计水平参差不齐，关键参数测试依靠各种简易工装逐个项目单独测试，测试过程测试工装切换频繁，效率低下，有些厂家甚至部分关键参数没有测试或降低标准测试；本文作者常年从事设计各种继电器参数测试和分析仪器，包括各种交流型和直流型固态继电器，本论文研究的目标是设计一种使用方便、功能齐全、测试项目可选的智能三相交流模块综合参数测试仪，特别是包括过零型产品的时间参数测试，仪器提供计算机接口，方便生产单位采集和分析数据；为三相交流控制模块提供可靠的参数检测技术。
2 设计方案
三相交流控制模块种类很多，不同产品可以参数测试需求不完全一样。但主要功能参数变化不大，可以分为输入参数部分、输出参数部分。
输入参数部分有：额定电压/电流、反向电压/电流、接通电压/电流、关断电压/电流、输入电压降/电流、输入发光管状态。
输出参数部分有：输出交流压降、输出交流漏电流、输出直流漏电流、输出接通时间、输出关断时间、输出缺相控制功能测试、输出纠相控制功能测试仪器由人机交互部分、控制部分、继电器阵列部分、测试部分、通讯部分组成。仪器将用单片机为控制核心，系统有单片机控制按人机交互部分得到的用户需要控制继电器阵列依次使能测试部分电路，采集并输出测试结果。
3 硬件设计
3.1 控制电路与人机交互系统设计
由于CYGNAL仅提供贴片TQFP-100封装的F020，当小批量生产仪器的时候，控制电路集中做成模块，可以解决手工焊接难题，控制模块还可以移植使用，这样可以提高开发效率，又可以降低开发成本。控制电路由显示接口、键盘接口、LED接口、总线接口、电源电路和复位电路组成。
3.2 测试电路设计
测试电路是整个硬件电路设计的核心。测试电路各个功能电路设计成各自独立的单元，各自独立调零和独立调整放大系数，这样软件设计就相对简单，精度也比较高。当然压降采集和漏电流采集电路可以考虑复用，当测试电路复用时硬件电路设计会相对简单一些，但必须使用软件调零和调整放大系数，软件设计相对复杂很多，对使用者的要求更高一些。本系统使用各个测试功能各自独立测试电路。
3.2.1 驱动电压比例放大电路
比例放大电路可以采样如图1形式。
如图1示U3比较器比较反馈信号Dot1与来自单片机模拟电压信号DAC2，当DAC2电压大于Dot1电压，U3输出正电压驱动Q21导通，进而引起Q22导通，促使输出Vout电压升高，当输出Vout电压升高则反馈电压Dot1升高，最后使得Dot1与DAC2电压动态一致；单片机通过调整DAC2来调整输出Vout电压的大小，选择适当的Q22和Q21可以将功率放大到系统的要求；当然如果项目需要的驱动电压范围比较广，为提高电压精度则可以将反馈作成多路，输出电压分档控制。
当然图1电路中R59可以考虑放在Q22的B极和Q21的C极之间，这样在计算功率匹配和防错方面有很大的优势。当电路异常或输出异常时适当的R59可以阻断电路输出故障，保证Q21及其前端电路不受影响。
3.2.2 高压脉冲发生电路与直流漏电流采集电路
高压脉冲发生电路与直流漏电流采集电路都属于输出直流测试种类，高压脉冲发生电路为全桥式驱动电路，控制高压管Q6、Q8、Q3、Q4的导通状态便可实现高压正反加载，实现高压脉冲的发生。当然全桥也用于输出直流高压漏电流正反向测试；直流采集通过MOS管Q5实现分档采集通过全桥的电流，通过R29和R27将电流信号转成电压经过R64传递给单片机。如图2。
3.2.3 高压发生电路
高压发生电路由一个比例放大电路和两个可控固定电压组成，单片机通过控制固定电压与比例放大电路电压的叠加实现电压大范围的控制，从而实现高压的发生。
3.2.4 驱动恒流电路与电流采样电路
由于三相交流产品有部分型号输入驱动是电流形式，因此仪器设计包括驱动恒流电路以适应该类产品的需求。对于恒流型产品，仪器直接读取输出电压剔除恒流部分的压降即得产品的输入压降。对于电压型产品，驱动恒流部分不生效，电流采样部分生效并用于输入电流测试。
恒流电路通过反馈采样回路如图3示；单片机通过选择导通MOS管Q4；R36和可调电阻R78将电流转成电压并反馈给U8，实现单片机通过调整DAC1的大小进而调整通过R36和R78的电流。
图3运算放大器U9与Q3和Q5组成电流采样电路；单片机可以通过选通Q3或Q5使得R35或R37有效，这样U9通过R39得到的Icase信号就是电流信号；运放U9通过改变R41、R40、R80、R81的比例关系实现电流小信号放大并传递给单片机，实现电流读取。
3.2.5 压降采集电路与交流漏电流采集电路
交流电压信号可以采样标准模块测试也可以自行设计交流电压测试电路。交流信号的测试的精度影响因素比较多，部分测试模式其测试结果与波形和频率有关系，为避免测试结果争议，笔者倾向于使用市场上现有的交流模块，这样方便计量和分析。交流漏电流采集电路通过功率电阻将电流信号转成电压信号，其与压降采样电路如下图示通过继电器选择并由P3接口接至交流测试模块实现交流压降和交流漏电流的测试。
3.3 继电器阵列电路以及其他电路设计
继电器阵列实现三相三线或三相四线测试接口，继电器选型必须以大间隙为标准，其次选择线圈与触点机构耐压大的产品。当然系统设计成多板模式，特别是CPU板，独立的CPU板供电系统并且进行总线隔离处理将有助于提高系统抗干扰性能。
串口通信可以使用标准RS232；单片机内带串口控制器，通信电路仅需一片232电平转换芯片就可以实现；当然如果需要多机远距离通信，可以考虑使用485。本系统使用标准RS232；串口通信技术介绍的书籍很多，这里不详细介绍。
4 软件设计
软件采样模块化程序结构设计，最大程度实现软件复用和优化；系统由初始化程序、测试程序、设置程序、校准程序、通信程序和主控制程序组成。
4.1 初始化程序
系统为能够为未来其他仪器能复用本项目的程序，可以将ADC子程序、DAC子程序、延时1毫秒子程序、延时0.1毫秒子程序、汉字显示子程序、数字显示子程序、读键盘子程序、FLASH读写子程序打包，方便系统程序调用。
4.2 设置程序
由于需要设置的参数众多，本系统也使用模块化设计。对于需要进行数量值设置的程序统一使用子程序模式，先期可以编写大量例如setdata99、setdata999、setdata9999样式的参数设置函数，这样直接调用该函数可以有效地避开设置程序的微小差别，使设置程序不至于冗长。本系统提供参数设置和组数设置，组数设置无需密码，适用于一般操作员工使用，参数设置需要授权并输入密码，保证参数设置的正确性。
4.3 主控程序和通信程序
在模块化设计中主控程序比较简单，仪器初始化结束后进入主控程序；主控程序由一个永循环等待程序组成，在循环等待中定时读取键盘和串口的指令并按指令调用其他程序。
通信程序由一个中断和一个中断处理子程序组成，其可以访问测试结果存储的内存也可访问设置程序存储的数据；通信程序需要定义通信协议，本仪器设计使用类似PLC通信命令的格式。如表1。
通信交互发起权在PC或其他控制器，仪器仅有被动响应功能，当然仪器可以接受测试指令并上传数据，也可接受点检指令返回点检结果或接受并存从PC来的设置数据；由于需要设置数据比较多，使用PC设置数据是一个很好的功能。增加地址位为未来一对多通信提前预留。
4.4 测试程序与校准程序
一般情况下开发顺序是先编写校准程序，再编写测试程序。但在编写校准程序和测试程序时候尽可能使两者的程序一致，当然做成可复用的子程序最好。否则测试程序和校准程序中必须连同延时时间一致才能保证校准结果适用于测试结果的判断，特别是在交流参数的测试和时间参数的测试中。
校准程序在使用软校准时应当设置二级密码，软校准应该有授权才能更改，保证仪器的正常使用，校准程序使用全中文提示并在使用手册上载明校准条件，特别是交流参数校准，必须确认标准器件测试方法与交流测试模块一致。
部分产品对驱动输入的余电非常敏感，因此设计测试顺序非常重要，本系统的测试顺序如下：
（1）正向输入短路测试。
（2）正向输入反极性测试。
（3）正向关断电压测试/关断电流测试。
（4）正向导通电压测试/导通电流测试。
（5）正向输入电流测试。
（6）正向断开时间1、2、3通道测试。
（7）正向闭合时间1、2、3通道测试。
（8）反向输入短路测试。
（9）反向输入反极性。
（10）反向关断电压测试。
（11）反向导通电压测试。
（12）反向输入电流测试。
（13）反向断开时间1、2、3通道测试。
（14）反向闭合时间1、2、3通道测试。
（15）正向漏电流测试通道1测试。
（16）正向压降测试通道1测试。
（17）正向漏电流测试通道2测试。
（18）正向压降测试通道2测试。
（19）正向漏电流测试通道3测试。
（20）正向压降测试通道3测试。
（21）反向压降测试通道1测试。
（22）反向漏电流测试通道2测试。
（23）反向压降测试通道2测试。
（24）反向漏电流测试通道3测试。
（25）反向压降测试通道3测试。
（26）纠相功能测试。
（27）发光管测试测试。
（28）接口L1阻断漏电流测试。
（29）接口L2阻断漏电流测试。
（30）接口L3阻断漏电流测试。
（31）接口U阻断漏电流测试。
（32）接口V阻断漏电流测试。
（33）接口W阻断漏电流测试。
本项目当有阻断不良，其他五头依次断开并测试不良端口。
（34）缺相保护测试L1通道。
（35）缺相保护测试L2通道。
（36）缺相保护测试L3通道。
注：有直通通道该直通通道取消阻断漏电流和交流漏电流）。
5 小结
本仪器已经小批量制作生产，并用于公司的生产。其实现高精度、低价格、多功能、高效率的设计目标。本设计中所以使用元器件均为市场常见产品，价格低廉易购，本设计电路亦然可以应用于继电器类型的仪器的设计。
参考文献
[1]潘琢金，施国君编著.C8051Fxxx高速SOC单片机原理及应用[M].北京：北京航空航天大学出版社，2002（01）.
[2]马忠梅，籍顺心，张凯，马岩编著.单片机的C语言应用程序设计[M].北京：北京航空航天大学出版社，2001（07）.
一、主要物理量
研究闭合电路，主要物理量有E、r、R、I、U，前两个是常量，后三个是变量。
■
闭合电路欧姆定律的表达形式有：
①E=U外+U内
②I=■（I、R间关系）
③U=E-Ir（U、I间关系）
④U=■E（U、R间关系）
从③式看出：当外电路断开时（I？摇=？摇0），路端电压等于电动势。而这时用电压表去测量时，读数却应该略小于电动势（有微弱电流）。当外电路短路时（R？摇=？摇0，因而U？摇=？摇0）电流最大为Im=E/r（一般不允许出现这种情况，会把电源烧坏）。
二、电源的功率和效率
1.功率 ①电源的功率（电源的总功率）PE=EI ②电源的输出功率P出=UI ③电源内部消耗的功率Pr=I2r？摇
2.电源的效率 η=■=■=■（最后一个等号只适用于纯电阻电路）
电源的输出功率P=■=■・■≤■，可见电源输出功率随外电阻变化的图线如图所示，而当内外电阻相等时，电源的输出功率最大，为Pm=■。
三、变化电路的讨论
闭合电路中只要有一只电阻的阻值发生变化，就会影响整个电路，使总电路和每一部分的电流、电压都发生变化。以右图电路为例：设R1增大，总电阻一定增大；由I=■，I一定减小；由U=E-Ir，U一定增大；因此U4、I4一定增大；由I3=I-I4，I3、U3一定减小；由U2=U-U3，U2、I2一定增大；由I1=I3-I2，I1一定减小。总结规律如下：
①总电路上R增大时总电流I减小，路端电压U增大；②变化电阻本身和总电路变化规律相同；③和变化电阻有串联关系（通过变化电阻的电流也通过该电阻）的看电流（即总电流减小时，该电阻的电流、电压都减小）；④和变化电阻有并联关系的（通过变化电阻的电流不通过该电阻）看电压（即路端电压增大时，该电阻的电流、电压都增大）。
四、闭合电路的U-I图像
右图中a为电源的U-I图像；b为外电阻的U-I图像；两者的交点坐标表示该电阻接入电路时电路的总电流和路端电压；该点和原点之间的矩形的面积表示输出功率；a的斜率的绝对值表示内阻大小；？摇b的斜率的绝对值表示外电阻的大小；当两个斜率相等时（即内、外电阻相等时图中矩形面积最大，即输出功率最大（可以看出当时路端电压是电动势的一半，电流是最大电流的一半）。
五、滑动变阻器的两种特殊接法
在电路图中，滑动变阻器有两种接法要特别引起重视：
（1）右图电路中，当滑动变阻器的滑动触头P从a端滑向b端的过程中，到达中点位置时外电阻最大，总电流最小。所以电流表A的示数先减小后增大；可以证明：A1的示数一直减小，而A2的示数一直增大。