实验一制流电路与分压电路预习报告

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，以表示其负载。根据测量的要求，负载的电流值和电压值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，图中为直流电源；为滑线变阻器；为电流表；为负载；为电源开关。它是将滑线变阻器的滑动头和任一固定端(如端)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之间的电阻，从而改变整个电路的电流。

图3-1 制流电路图

(1)调节范围

由：

(3-1)

当滑至点，，负载处；

当滑至点，，。

电压调节范围： → ；

相应的电流变化为： → 。

(2)制流特性曲线

一股情况下负载中的电流为

(3-2)

式中，

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

① 越大电流调节范围越小；

② ≥l时调节的线性较好：

③ 较小时(即)，接近0时电流变化很大，细调程度较差；

④不论大小如何，负载上通过的电流都不可能为零。

(3)细调程度图3-2 制流电路曲线

制流电路的电流是靠滑线电阻滑动端位置移动来改变的，最少位移是一圈，因此一圈电阻的大小就决定了电流的最小改变量。

因为

对微分

(3-3)

式中为变阻器总圈数。从上式可见，当电路中的、、确定后，与成正比，故电流越大，则细调越困难，假如负载的电流在最大时能满足细调要求，而小电流时也能满足要求，这就要使变小，而不能太小，否则会影响电流的调节范围，

图3-3 二级制流电路图

所以只能使变大，由于大而使变阻器体积变得很大，故又不能增得太多，因此经常再串一变阻器，采用二级制流，如图3-3所示，其中阻值大，作粗调用，阻值小作细调用，一般取，但、的额定电流必须大于电路中的最大电流。

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、与电源相接，负载

图3-4 分压电路图

接滑动端和固定端 (或)上，当滑动头由端滑至端，负载上电压由0变至，调节的范围与变阻器的阻值无关。

(2)分压特性曲线

当滑动头在任一位置时，两端的分压值为

(3-4)

式中，，

由实验可得不同值的分压特性曲线，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不论的大小，负载的电压调节范围均可从0 →；

②越小电压调节越不均匀；

③越大电压调节越均匀，因此要电压在0到整个范围内均匀变化，则取比较合适，实际那条线可近似作为直线，故取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)细调程度

当K<<l时(即<<)，略去式(1.6-4)分母项中的，近似有

经微分可得，最小的分压量即滑动头改变一圈位置所改变的电压量，所以

(3-5)

式中为变阻器总圈数，越小调节越不均匀。

当时(即>>)，略去式(3-4)中的近似有

对上式微分得，细调最小的分压值莫过于一圈对应的分压值，所以

(3-6)

从上式可知，当变阻器选定后、、均为定值，故当时为一个常数，它表示在整个调节范围内调节的精细程度处处一样。从调节的均匀度考虑，越小越好，但上的功耗也将变大。因此还要考虑到功耗不能太大，则不宜取得过小。取即可兼顾两者的要求。与此同时应注意流过变阻器的总电流不能超过它的额定值。若一般分压不能达到细调要求可以如图3-6将两个电阻和串联进行分压，其中大电阻用作粗调，小电阻用于细调。