论分压电路中保护电阻的运用

方 洪 金 灿

(江苏省天一中学 江苏 无锡 214101)

论分压电路中保护电阻的运用

方 洪 金 灿

(江苏省天一中学 江苏 无锡 214101)

电学实验中，很多试题会考查实验电路设计、实验器材的选取，这也是高考考查的重点.在电路设计、实验器材的选取中往往会涉及保护电阻的选取与运用，学生对此感觉很难而无从着手，保护电阻的选取与运用需要详尽地分析和考量.

电路设计 分压电路 保护电阻 测量精度 位置

电路设计类问题，对学生分析问题能力，灵活运用知识解决问题的能力提出了较高的要求，从教学反馈看，学生的掌握程度，多数学生停留在机械的记忆，而不能从具体情况出发，分析并甄选出最佳的设计电路，其中保护电阻的选取和运用则对学生的能力提出了更高的要求.

为了保证用电器的安全使用，设计电路时经常需要用到保护电阻，而保护电阻在电路中的接入位置不同，保护功能也不同，在提高测量精度、可操作性等方面所起到的效果也不同.下面以常见的分压式电路为例，探讨如何运用保护电阻，使设计电路的效果最佳.

分压式电路的开关闭合前，滑动变阻器与用电器并联部分的阻值应先调到零，使分出电压为零，避免电流过大烧坏电器元件.为防止因操作不慎将滑动变阻器调到最大而烧毁测量电路，电路中往往需接入保护电阻.

【例题】根据下面所给的实验器材，并结合下列4个问题中所给的条件，分别设计一个测量电路，用来测量一个阻值约为300 Ω的电阻Rx，要求Rx两端的电压能从零开始变化，且尽可能提高测量的精度，并将设计的电路画在虚线框中.

A.电流表A.量程为IA，内阻为rA，约为10 Ω

B.电压表V.量程为UV，可视为理想电表

C.定值电阻R0.阻值为R0

D.滑动变阻器RP.RP=10 Ω

E.电源.电动势为E=6 V，内阻很小

F.开关导线若干.

1 保护电阻置于支路

1.1 保护电阻相对于电压表外接

问题1:若电压表量程UV=3 V，电流表量程IA=10 mA，保护电阻R0=300 Ω，请画出电路图.

解析:RP的电阻约为10 Ω，比待测电阻Rx小得多，且题中要求电阻两端电压从零开始变化，故采用分压接法. 电压表为理想电表，其分流作用可忽略不计，所以测量电路应选取电流表外接法. 若不接入保护电阻，设计电路如图1所示.

图1 不接保护电阻的电路图

由于电压表的量程为3 V，电源电动势为6 V，滑动变阻器滑片可移动范围仅为左边一半左右，若误将滑片超出其滑动范围，电压表、电流表能获得的最大电压、最大电流将均达到对应电表量程的近2倍，故需接入保护电阻. 若采用保护电阻置于支路，与测量电路串联，如图2所示，由于保护电阻的分压作用，即使滑动变阻器的滑片滑至最右端，电压表能获得的最大电压约为3 V，电流表获得的最大电流约为10 mA，均接近两电表的满偏量程，保证两电表均能正常工作.

图2 外接保护电阻的电路图

点评:要确定保护电阻的位置，应先明确不放置保护电阻，电路中将暴露哪些问题或缺陷，从而针对问题所在，有的放矢，将暴露的问题和缺陷解决.

1.2 保护电阻相对于电压表内接

问题2：若问题1中仅把电压表量程改为10 V，其他条件不变，请画出电路图.

图3 内接保护电阻的电路图

点评：问题1和问题2中两张电路图的区别在于保护电阻相对电压表的内外接法不同， 问题1中的保护电阻R0成功地限制了测量电路的电流，保证电流表的正常使用，而问题2中的保护电阻不仅仅限制了支路电流，同时起到了匹配电阻的作用，使两测量电表能同时大角度的偏转，提高了测量精度.

小结：保护电阻置于支路时，应综合考虑保护电阻的内外接法，确保电路安全，提高测量精度.

2 保护电阻置于干路

2.1 保护电阻置于干路保护支路

问题3：若将问题1中的保护电阻改为R0=10 Ω，其他条件都保持不变，请画出电路图.

图4 保护电阻置于干路

2.2 保护电阻置于干路保护干路

问题4：若电压表量程UV=6 V，电流表量程

IA=20 mA，保护电阻R0=5 Ω，要求电源的最大工作电流不超过为0.5 A，请画出电路图.

解析:若不接入保护电阻，两电表能获得的最大

电压和最大电流约为6 V，20 mA，均未超出各自的量程，而此时干路电流约为0.6 A， 所以本题中保护电阻的作用是要保证干电池的最大工作电流不超过0.5 A，限制干路电流的大小，一般将保护电阻接入干路中，如图4所示电路，接入保护电阻后，干路中的最大电流接近0.4 A，小于电源限定的最大工作电流0.5 A，此时两电表读数分别在4 V和13 mA左右，说明此设计电路能同时满足安全工作和精确测量的要求.

点评:问题3中的保护电阻虽然接在干路中，保护的却是处于支路中的测量电路，而问题4中的保护电阻接在干路中，目的是保证电源(或滑动变阻器)不超过所允许的最大工作电流，由此可知，接在干路中的保护电阻，作用有保护支路和保护干路两种情况，应视情况具体分析.

小结:分压式电路中，一般情况下，若保护电阻与测量电路中的待保护电阻或电表内阻相近，则接入支路保护效果较为明显；若保护电阻阻值与滑动变阻器阻值相近，则串入干路保护效果较为明显.

在电学实验电路设计中，要确定保护电阻接入电路的位置，首先应明确需要保护的对象，根据保护电阻、测量电路及滑动变阻器阻值大小关系，假设保护电阻的接入位置，然后通过估算或计算，比较并验证保护电阻的保护效果，最后再确定保护电阻的最佳位置. 保护电阻的运用应根据不同的实际情况进行灵活地调整，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)