实验1：电阻器的限流作用

电阻器的限流作用

目标

1.理解电阻器的限流作用

2.根据实际要求，会计算限流电阻的阻值

3.会用电压法，测量被限电流的大小

仪器仪表

仪器	元器件	工具
直流电压源	- 1kΩ 电阻×1	- 面包板
梅林雀	- 510Ω 电阻×1	- 导线
数字电压表	- 发光二极管

仿真工具

Circuit JS

理论

发光二极管（Light-Emitting Diode简称LED）是由电能转换为光能的一种半导体器件，正因其发光颜色种类多、驱动电压低、功耗小、寿命长、可靠性高及价格低等优点，在各种显示电路中得到了广泛的应用。

发光二极管的发光颜色取决于所用材料，常见的有红、绿、黄、橙和蓝等颜色，其外形有圆柱形、长方体形等，如图(b)所示。其电路符号如图(a)所示。

（a）电路符号 （b）仿真图 （c）实物图 图1:发光二极管电路符号及其实物

发光二极管的伏安特性与普通二极管的相似，其正向导通电压Von一般为1.8V~2.5V，蓝色发光二极管的在3 ~ 4V。

发光二极管的发光强度与工作电流有关，工作电流大，亮度大。在一般使用中，发光二极管的正向工作电流IF为5 ~ 10mA。通过设置限流电阻R，使发光二极管工作在正向导通状态，R的取值可由式(1)求出。

$R = \frac{V - V_{\text{on}}}{I_{\text{F}}}$ (1)

采用电压源驱动时，其典型应用电路如图2所示。

图2:发光二极管的典型应用电路

当有n个发光二极管串联时，其限流电阻R为

$R = \frac{V - V_{\text{on}}×n}{I_{\text{F}}}$(2)

当有n个发光二极管并联时，其每一支路上的R由(2)式决定，如图3所示。

图3:发光二极管的并联

由于发光二极管的反向耐压较低，为几伏，当电路中有可能出现较大的反向电压时，应在发光二极管的两端反向并联一个二极管，起到保护作用，如图4所示。

图4:发光二极管的保护

Circuit JS 仿真

1.打开电路仿真工具Circuit JS，添加元件进行绘制。添加一个电阻器（绘制 -> 添加电阻器），点击进行选择后，在页面中点击鼠标左键进行拖动，可在编辑页面绘制出电阻器。

图5:选择添加电阻器 图6:绘制电阻器

2.以1中同样的方法添加一个直流电压源（绘制 -> 输入和电源 -> 添加直流电压源（二端口））、一个LED灯（绘制 -> 输出和标签 -> 添加LED灯）和一个接地（绘制 -> 输入和电源 -> 添加接地）。

图7:添加所需元件

3.所需元件添加完成，进行线路的连接（绘制 -> 拖动 -> 拖动选择的元件）。 元件之间进行相连，未闭合的区域使用导线连接（绘制 -> 添加导线），交换电源接口（右击电源线 -> 交换端口）。

图8:闭合电路

4.改变元器件的参数值，以改变电阻器的阻值为例（选中电阻器，鼠标右击 -> 编辑 -> 修改阻值 -> 应用），将电阻值修改为510Ω。

图9:编辑电阻器的阻值

5.添加测试点（编辑 -> 输出和标签 -> 添加测试点）。在发光二极管的端点处 添加一处测试点，测得其正向导通电压为1.741V。

图10:测量电压值

6.在电路中添加电流表（绘制 -> 输出和标签 -> 添加电流表）用来测试通路中的电流，注意线路要保持连通。

（1）此时电压源V = 5V，R = 510Ω时，流过LED电流的理论值为:

$\frac{5 - 1.7_{\text{}}}{510_{\text{}}}=0.0065A=6.5mA$(3) 图11：电压源V = 5V，R = 510Ω时

（2）编辑电压源的电压值为5V；编辑电阻值的阻值为1kΩ。当电压源V = 5V， R = 1kΩ时，流过LED电流的理论值为:

$\frac{5 - 1.7_{\text{}}}{1000_{\text{}}}=0.0033A=3.3mA$(4) 图12：电压源V = 5V，R = 1kΩ时

7.可见，电阻R的值不同，流过LED的电流不同，阻值大，电流小，LED暗，说明电阻R的限流作用。

实验

1.根据题目要求，选择电阻510Ω，在面包板上插接好电路，如图所示（注意LED正负极）。

图13：面包板电路连接

2.选择MEGO的+5V电压，与面包板电路相连，如图所示。

图14：MEGO与面包板连接

3.点亮LED，用万用表测量输入电压和LED电压，如图所示。

图15：用万用表测量输入电压和LED电压

4.万用表显示的电压值，即为R的实际端电压，再除以R，就可以求得流过LED的实际电流。

5.用1kΩ电阻替换510Ω，重复实验步骤1 ~ 3，将值填入下表，并将两次的结果与仿真结果对比，你能得出什么结论呢？

电阻(Ω)	仿真电压(V)	实际电压(V)	仿真电流(A)	实际电流(A)

练习

现有直流供电电压12V， 要求以最少的元件使5只LED正常发光，LED的工作电流约为5mA左右，并确定限流电阻的阻值。 参考答案：将一个限流电阻与5只LED串联起来，然后接入12V直流电压。限流电阻的阻值为

$R=\frac{12-5 × 1.7_{\text{}}}{5_{\text{}}}=0.7kΩ$

电阻选择标称值680Ω。

Circuit JS 仿真：

图16：电压源V = 12V，R = 680Ω时