直流电路与分压电路

实验3 制流电路与分压电路

【实验目的】

1．了解基本仪器的性能和使用方法；

2．掌握制流与分压两种电路的联结方法、性能和特点，学习检查电路故障的一般方法；

3．熟悉电磁学实验的操作规程和安全知识。 【实验仪器】

毫安计，伏特计，万用电表，直流电源，滑线变阻器，电阻箱，开关，导线。 【实验原理】

电路可以千变万化，但一个电路一般可以分为电源、控制和测量三个部分。测量电路是先根据实验要求而确定好的，例如要校准某一电压表，需选一标准的电压表和它并联，这就是测量线路，它可等效于一个负载，这个负载可能是容性的、感性的或简单的电阻，以Z R 表示其负载。根据测量的要求，负载的电流值I 和电压值U 在一定的范围内变化，这就要求有一个合适的电源。控制电路的任务就是控制负载的电流和电压，使其数值和范围达到预定的要求。常用的是制流电路或分压电路。控制元件主要使用滑线变阻器或电阻箱。 1. 制流电路

电路如图3-1所示，图中E 为直流电源；0R 为滑线变阻器；A 为电流表；Z R 为负载；

K 为电源开关。它是将滑线变阻器的滑动头C 和任一固定端(如A 端)串联在电路中，作为一个可变电阻，移动滑动头的位置可以连续改变AC 之间的电阻AC R ，从而改变整个电路的电流I 。

E K

A

C

B

A

R Z

R

图3-1 制流电路图

(1)调节范围

由：

AC

Z R R E

I +=

(3-1)

当C 滑至A 点0=AC R ，Z

R E

I =

max ，负载处E U =max ； 当C 滑至B 点0R R AC =，0min R R E I Z +=

， Z Z R R R E

U 0

min +=

。

电压调节范围：

E R R R Z

Z

⋅+0 →E ；

相应的电流变化为 ：Z

R R E +0 →Z R E

。

(2)制流特性曲线

一股情况下负载Z R 中的电流为

X K K I R R R R R E R R E

I AC Z AC

Z +=+=+=

max 0

00 (3-2) 式中 0

R R K z

=

，0R R X AC =

图3-2表示不同K 值的制流特性曲线，从曲线可以清楚地看到制流电路有以下几个

特点：

① K 越大电流调节范围越小； ② K ≥l 时调节的线性较好：

③ K 较小时(即Z R R 〉〉0)，X 接近0时电流变化很大，细调程度较差；

④不论0R 大小如何，负载Z R 上通过的电流都不可能为零。

2. 分压电路 (1) 调节范围

分压电路如图3-4所示，滑线变阻器两个固定端A 、B 与电源E 相接，负载Z R

V

Z

R A

C

B

K

E

R

图3-4 分压电路图

接滑动端C 和固定端A (或B )上，当滑动头C 由A 端滑至B 端，负载上电压由0变至E

，

调节的范围与变阻器的阻值无关。

(2)分压特性曲线

当滑动头C 在任一位置时，AC 两端的分压值U 为

AC

Z AC Z

BC AC

Z AC

Z BC

AC

Z AC

Z R R R R R E

R R R R R R R R R E U ⋅++=

+⋅⋅

++⋅=

)(1

BC

AC Z AC

Z BC AC BC AC

Z AC Z R R R R R R E R R R R R R ER +⋅⋅⋅=++=

0)(

X R R E

R K R R R R E R R R BC Z AC BC

AC Z AC Z

+⋅⋅=

⋅+⋅⋅=0

0 (3-4) 式中BC AC R R R +=0 ，0R R K z

=

， 0

R R X AC = 由实验可得不同K 值的分压特性曲线，如图3-5所示

从曲线可以清楚看出分压电路有如下几个特点：

①不论0R 的大小，负载Z R 的电压调节范围均可从0 →E ； ②K 越小电压调节越不均匀；

③K 越大电压调节越均匀，因此要电压U 在0到max U 整个范围内均匀变化，则取

1>K 比较合适，实际2=K 那条线可近似作为直线，故取2

0z

R R ≤即可认为电压调节已达到一般均匀的要求了。

图3-5 分压特性曲线

3．制流电路与分压电路的差别与选择

(1) 调节范围

分压电路的电压调节范围大，可从0 →E ，而制流电路电压调节范围较小，只能从

E R R R z z

⋅+0

→E 。

(2) 细调程度

当2

0Z

R R ≤

时，在整个调节范围内调节基本均匀，但制流电路可调范围小；负载上的电压值小，能调得较精细，而电压值大时调节变得很粗。

(3) 功率损耗

使用同一变阻器，分压电路消耗电能比制流电路要大。

基于以上的差别，当负载电阻较大，调节范围较宽时选分压电路；反之，当负载电阻较小，功耗较大，调节范围不太大的情况下则选用制流电路。若一级电路不能达到细调要求，则可采用二级制流(或二段分压)的方法以满足细调要求。

【实验内容】

1、仔细观察电表和万用表的度盘，记录下度盘下侧的符号及数字，说明其意义?说明所用电表的最大引用误差是多少?

2、记下所用电阻箱的级别，如果该电阻箱的示值是400 Ω时，它的最大容许电流是多少?

3、用万用电表测一下所用滑线变阻器的全电阻是多少?检查一下滑动端移动时，

AC R 的变化是否正常?

4．制流电路特性的研究 按图3-1电路进行实验，用电阻箱为负载Z R ，取K (即0R R Z

)为0.1，确定Z R =?根据

所用的毫安计的量限和Z R 的最大容许电流，确定实验时的最大电流m ax I

及电源电压E

值、注意，

m ax

I 值应小于Z R 最大容许电流。

联结电路(注意电源电压及Z R 取值，AC R 取最大值),经指导教师复查电路无误后，方可闭合电源开关K (如发现电流过大要立即切断源)，移动C 点观察电流值的变化是否符合设计要求。

移动变阻器滑动头C ，在电流从最小到最大过程中，测量8～10次电流值及相应C 在标尺上的位置l ，并记下变阻器绕线部分的长度0l ，以0l l

(即0

R R BC )为横坐标，电流I 为纵坐标作图。

注意，电流最小时C 的标尺读数为测量l 的零点。 5．分压电路特性的研究

按图3-4电路进行实验，用电阻箱当负载Z R ，取2=K 确定Z R 值，参照变阻器的额定电流和Z R 的容许电流，确定电源电压E 之值。

要注意如图3-6所示，变阻器BC 段的电流是Z I 和CA I 之和，确定E 值时，特别要注意BC 段的电流是否大于额定电流。

移动变阻器滑动头C ，使加到负载Z R 上的电压从最小变到最大，在此过程中，测