大電阻在電路中的作用及其表現

根據阻值大小的不同，電阻可分為小電阻、中值電阻和大電阻三類，阻值大于100千歐的電阻稱為大電阻。如果把大電阻R和另一電阻r連接，當另一電阻r的阻值與大電阻R相比很小時（R>>r，R是其幾十倍以上），大電阻在電路中顯示出非常重要的作用，使得電路常常表現出一些特殊的現象。本文就討論當符合R>>r時，大電阻R的作用及其表現。

一、大電阻的強分壓作用

當一個大電阻和一個小電阻串聯時，根據串聯電阻分壓公式可知： U_R=[R/(R+r)]U，由于R＞＞r，則U_R≈U，即大電阻R幾乎分走了全部的電壓，小電阻分得的電壓很少；如果小電阻的阻值在一定范圍內發生變化，只要仍滿足R＞＞r，它分得的電壓也幾乎不變，小電阻阻值的變化對電路電壓的分配沒有什么影響。此時，大電阻表現出極強的分壓和穩壓作用，對電路產生決定性的影響。

例如，某房間照明燈泡不亮，檢查電源，發現自動空氣開關并未跳閘，這就排除了電源斷開或電源短路問題；取下燈泡觀察，燈絲并沒有斷，又用萬用表電阻擋測量燈泡阻值也沒問題，可判斷燈泡完好，問題應出在電路上。首先，用測電筆檢查電源是否有電，在接觸電源的一個出線端時測電筆氖泡亮，接觸另一端時氖泡不亮，由此判斷電源應基本正常。然后，接通開關，用測電筆測試燈口兩接線端，仍是一端氖泡亮，另一端氖泡不亮，這說明開關通斷正常（開關與電源火線相接，開關斷開，則測試燈口時氖泡不會亮），初步判斷應是零線斷路，很可能是零線在燈口里的接頭斷開造成的故障。此時并沒有急于拆卸燈口，而又用萬用表的交流電壓擋先測量電源電壓，220V正常，然后又測量燈口兩端電壓，結果有點出乎意料，燈口兩端電壓既不是零（斷路），也不是220V（正常），而是有幾十伏的電壓，這是怎么回事呢？又用手電照亮懸掛在天花板上的燈口，仔細觀察，發現在零線接線端附近有幾毫米長的鋁導線已經發黑，用螺絲刀輕輕一碰就斷了。重新將剩余導線接好，安上燈泡，接通電源，故障消失，一切正常。

怎樣解釋這一故障現象呢？應是當初電工在接燈口線時，不小心折裂了鋁線，鋁線在裂開處不斷氧化老化，這一段的阻值開始變大，到一定程度，電路變成一個大電阻和燈泡串聯形式，R＞＞R_燈，大電阻的強分壓作用顯示出來。相對而言，燈泡電阻很小，只分得很小一部分電壓，不能使燈泡發光，所以燈泡不亮。這種故障表現出來的現象極易與斷路故障混淆，如果不用萬用表再測量電壓，只是根據經驗按斷路考慮，也不難排除故障，但是卻犯了一個原則上的錯誤。實際上，這是一個較典型的通路故障，是一個大電阻R和R_燈串聯造成的。去掉燈泡，接上電壓表測量時，由于電壓表內阻較大，電路變成兩個較大電阻的串聯，電壓表內阻分得220V電壓中的一部分，電壓表的讀數既不為零，也不會是220V。這種電路故障的現象與斷路情況非常相似，而且較為少見，如果沒有進行進一步測量，會出現判斷失誤，錯誤地認為是斷路故障。

二、大電阻的強穩流作用

當一個大電阻R和一個小電阻r串聯時，根據部分電路歐姆定律可知：I=R/(R+r)，由于R＞＞r，則I≈U/R，即在路端電壓不變時，電路電流由電路中的大電阻R決定，幾乎不受小電阻的影響。即使小電阻的阻值在一定范圍內發生變化，只要仍滿足R＞＞r，電路中的電流也幾乎不變。此時，大電阻起到極強的穩流作用。下面一例可以很好地說明這一點。

測電筆筆芯由電阻和氖泡構成，它們的阻值都很大，電阻的阻值有3到5兆歐，氖泡正常發光時阻值也是兆歐級。如果用萬用電表來測量氖泡上的電壓，你會發現一個有趣的現象：使用交流250V擋位時，萬用表指針讀數為60V左右；使用交流50V擋位時，讀數只有十幾伏了。變換不同的交流電壓擋位，讀數都不相同。怎么會是這樣呢？

根據電工儀表原理知識可知，萬用表指針偏轉角度α大小與通過線圈中的電流I成正比，即α∝I；萬用表電壓擋刻度均勻，表針偏轉角的大小與讀數和量程之比成正比。所以，根據表格中的數字不難看出，不同擋位下測量數字雖然不同，但指針偏轉角幾乎一樣，這說明不管用哪一個擋位測量測電筆氖泡電壓，流過萬用表線圈中的電流大小卻差不多，下面來分析其中原因。

萬用表測量氖泡電壓時，由于氖泡阻值可達兆歐，與之并聯的萬用表內阻相對而言反而應被視為一個較小電阻，不能當做無窮大，所以電路實際是萬用表內阻R內和氖泡電阻并聯，然后與一大電阻R（包括測電筆炭質電阻和人體對地電容的容抗）串聯。R_氖＞＞R_內，R_氖相當于斷路，電路也就變為一個大電阻R和一個較小電阻R_內的串聯，大電阻的強穩流作用就顯示出來，電路電流大小由R決定，基本與R_內無關。當進行擋位變換時，變化后的萬用表內阻和R相比仍小得多，電路電流大小基本不變，造成不同擋位指針偏轉角幾乎相同，使得不同擋位的讀數大不相同，出現了上述現象。

值得注意的是，這是一個較罕見的現象，是在不正確使用萬用電表的時候才產生的。萬用表正確使用時，要求其內阻要比被測電阻的阻值大得多，測量才準確。但在這里，被測電路的電阻反而比萬用電表內阻大得多，根本不符合萬用表的使用條件。但這一現象既能充分地反映萬用表的使用要求，也能很好地說明大電阻的強穩流作用，所以值得一提。

大電阻的強分壓和強穩流作用是同時具備的。這里，電阻的大小是相對而言的，兩個電阻相比，如果一個的阻值能比另一個大幾十倍以上，我們就可稱較大的電阻為大電阻，其強分壓作用和強分流作用就非常明顯。電路的狀態基本上由大電阻來決定，小電阻的變化幾乎不對電路狀態產生影響，這在分析電路時需要注意。