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  • 1 # 使用者5076974490870

    有趣的問題。我們首先來看看歐姆定律的意義是什麼。看下圖:左邊是電路圖。圖中我們看到電池,它的電動勢是E,一隻可變電阻r,還有電阻R和開關K。當開關K閉合後,我們調節可變電阻r,使得電阻R兩端的電壓發生變化。當可變電阻r的滑動臂在最左邊時,可變電阻r取最大值。測量得到電阻R兩端的電壓為U1,流過電阻R的電流為I1;當可變電阻r的滑動臂在最右邊時,可變電阻r的阻值為零,於是電阻R兩端的電壓為E,流過電阻R的電流為Im。當我們把開關K開啟,則電阻R兩端的電壓為零,電流當然也為零。我們把右邊的曲線叫做伏安特性曲線。注意它的縱座標是電壓U,橫座標是電流I。我們看到,這條曲線其實就是一條起點在零點的斜線。那麼當滑動臂在中間任意位置時,電壓U與電流I的關係如何?既然U=f(I)的曲線是直線,那麼就可以套用Y=KX+b這個方程了。我們又看到直線經過原點,因此截距b=0,於是方程變為:U=KI。我們來仔細看看K等於什麼?圖中,我們看到:這就是歐姆定律:電阻等於電阻兩端的電壓與流過電阻的電流之比。電阻其實就是伏安特性曲線(直線)的斜率。注意:對應於U/I的電阻叫做線性電阻,簡稱電阻;對應於ΔU/ΔI的電阻叫做動態電阻。對於線性電阻來說,它的電阻阻值就等於動態電阻阻值。現在,我們來做進一步的討論。在圖中,我們看到,當電壓偏差ΔU趨於零,但ΔI固定不變,則動態電阻趨於零。即:。什麼意思呢?1)若在某過程中,儘管電流變化很大,但電壓變化很小,甚至近乎為零,則我們認為此時的系統動態電阻為零;2)若伏安特性曲線平行於電流軸,則系統的動態電阻為零。注意這第2條,伏安特性曲線平行於電流軸,這個條件很重要。特別地,當縱軸為電流軸,橫軸為電壓軸時,也可按此來判斷。我們來看下圖:上圖是二極體的伏安特性曲線。注意,縱軸是電流軸,橫軸是電壓軸。我們看到,圖中綠色線所指的曲線段,曲線近乎平行於電流軸,因此它的動態電阻接近於零;反過來,在零點的左側和右側,曲線近乎平行於電壓軸,這兩個曲線段的動態電阻很大。左側平行於電流軸的區域稱為反向擊穿區,工作在此區域的二極體具有穩壓特性,被稱為穩壓二極體;右側平行於電流軸的區域屬於正向整流區,工作在反向區和整流區的二極體被稱為整流二極體。我們看下圖:這是穩壓電源的電路圖,還有它的電壓波形圖和伏安特性曲線。我們看到,伏安特性曲線與電流軸平行,由此可以知道,穩壓電源的內阻r一定很小。事實上也確實如此。結論:按題主的意思,在一定的程度上,穩壓電源就是電阻近乎為零的電器。回答題主的提問:若電阻為零,或者近乎為零,則電壓可以為零(電阻),也可以為某定值(穩壓電源),但電流可以為任意值,當然也包括零在內。===================我發現,特別是中學生,動不動就拿出超導體來說事。說超導體的電阻為零,等等。但我們在日常生活和工作中,幾乎沒有任何人見到什麼超導體。因此,這個例子若拿超導體來討論,是沒有任何實際意義的。最後,提個問題:我們知道,電晶體有三種接線方式,即共發射極接法、共基極接法和共集電極接法。試問:若期望用電晶體來構建穩壓電源,也即它的輸出電壓波形動態電阻近乎為零,我們要用何種接法?若我們用電晶體來構建恆流源電路,又該採用何種接法?解答:我們看下圖:這是穩壓電源電路圖。先看左邊的電路圖。我們看到變壓器的二次側交流電壓是15V,經過二極體整流後的電壓是0.9X15=13.5V,再經過濾波電容C1升壓後為1.2X15=18V。關於電源部分我們不討論。我們看到圖中有一隻穩壓二極體Dw,它的穩定電壓是12.6V,電阻Rw是它的限流電阻。於是,電晶體T的基極電壓就是12.6V。我們看到,電晶體的集電極直接與電源連線,故電晶體T處於共集電極接法。電晶體的輸出端在發射極。因為發射極與基極之間的電位差是0.6V,所以發射極的電壓也即穩壓電源的輸出電壓:Uout=12.6-0.6=12V。共集電極電路也被稱為射極跟隨器。設電源的額定輸出電流為50mA,此時電晶體的管壓降Uce=18-12=6V。現在,我們調整負載電阻,使得輸出電流為100mA。我們不考慮電晶體的發熱,認為它承受得起。但輸出電流加大了,變壓器的輸出電壓會下降。我們設經過整流濾波後的電壓為16V,但輸出電壓仍然為12V,於是電晶體的管壓降Uce=16-12=4V。我們來計算此過程電晶體集射極間的動態電阻為:而輸出端的動態電阻為:

    注意到電晶體集射極間的動態電阻是負值,也即曲線隨著電流增加而單調遞減。

    如果我們從輸出50mA一下子調整到輸出200mA,則情況如何?當然,我們還是不考慮電晶體的發熱,也認為它承受得起。我們來計算電晶體的動態電阻和輸出端的動態電阻,假定此時整流濾波後的電壓為13.1V:

    我們看到,電源輸出端的動態電阻還是零電阻。

    不過,在實際電路的執行中,這種狀態是否會維持?答案是否定的。電晶體在這種情況下會劇烈發熱,管壓降也會因此加大,使得輸出端電壓下降。

    雖然這個例子是按中學生們最喜歡的所謂“理想方式”來推導的,與實際有偏差,但我們的目的並不是設計電路,而是明確什麼叫做零電阻,以及零電阻對應的物理意義。如果題主能從中悟出零電阻到底意味著什麼,我將十分欣慰。笑!

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