分压制流电路的研究

摘要

实际应用中的测量电路通常包括电源、控制和测量三个部分。电路中的负载可能是容性的、感性的或是简单的电阻，根据测量要求，负载的电流和电压要在一定范围内变化，这就需要一个合适的电源。测量电路是根据实验要求确定好的，如电流表与负载串联测量负载中通过的电流，电压表和负载并联测量负载的电压。

制流电路和分压电路是用来控制负载的电力和电压，使其变化范围达到预定的要求，控制原件主要使用滑动变阻器或变阻箱，为了更好地控制负载的电力和电压，就要了解制流电路和分压电路的特点。

关键词

制流分压电路 制流分压特性 实验参数 参数确定 仪器选择 原理分析 最大容许电流 滑线变阻器 调节范围 细调程度 功率损耗

实验阶段

【实验目的】：

1 了解电磁学实验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连接方法，性能和特点。

3 熟悉电磁学实验的操作规程和安全知识。

【实验仪器选择和设计】：

直流稳压电源 电压表 电流表 滑线变阻器 电阻箱 导线 开关

【实验原理】：

1 制流电路

制流基本电路如图1所示，当AC间电阻改变时，改变了电路中的总电阻，从而起到限制电流的作用。

（忽略电源内阻的情况下）

，

制流电路不可能调节到电流为零，只能使电流在一定范围内变化。

其范围为：

设,。

从上式可以看出制流电路有以下特点：

1  k越大电流调节范围越小。

2  k较小(<<)时，x接近0时的变化很大，细调较差。

注：为了保证安全，在接通前，必须将C滑至B端。如果R_L为二极管等小功耗用电器，

与此用电器串联一个电阻作为保护电阻。

2 分压电路

分压电路电路图如图所示

如果负载电阻无穷大，则可以认为负载上没有电流，则负载上的电压可以认为电阻所分配到的电压。当C滑到B，则负载电阻上的电压为E，当C滑到A，则负载上的电压为零。

定义电阻比：，负载电阻与变阻器全电阻之比： ，。

则AC两端的分压值U为:。

从上式可以看出分压电路的特点：

1  不论大小如何，负载上的电压调节范围均可从0到E。

2  k越小，电压调节越不均匀。

3  k越大，电压调节越均匀。

细调范围的确定:

1         当k<<1时，，经微分可得 。

2         当k>>1时，,对上式微分得 。

【实验步骤】

1.       制流电路

（1）       按如图1连接电路，电源电压为2V，分别选全电阻为1000滑动变阻器作为限流电阻，将电阻箱电阻分别调到10、100、500、1000、2000、5000作为负载电阻。

（2）       改变滑动片的位置，记录电流表的示数。

2.       分压电路

（1）       按如图2连接分压电路，让电源电源为4V，选用全电阻为1000的变阻器，用让变组箱分别为10、100、500、1000、2000、5000作为负载电阻。

（2）       改变滑动片位置，记录负载电阻上的电源随电流变化的关系。

3.       侧不同负载电阻的分压比与变阻器电阻比的关系。

（1）       选用全电阻为1000的滑动变阻器，以电阻箱作为负载电阻，分别按原理图1和图2连接。

（2）       分别取=10、100、500、1000、2000、5000（即k=0.01，0.1，0.5，1，2，5）作为负载电阻，依次取电阻比为=0，1/9,2/9,3/9,4/9,5/9,6/9,7/9,8/9,1测量上的电流值和电压值。

（3）       画出以上所有的关系曲线。

【数据处理】

1 制流电路

  E=2V，  单位（mv）

当k=0.01时，其制流范围为（5.74~168.62）

当k=0.1时，其制流范围为（5.21~49.78）

当k=0.5时，其制流范围为(3.70~9.97)

当k=1时，其制流范围为(2.69~4.97)

2 分压电路

  E=4V，  单位（mv）

分压范围都为（0~E）

【误差分析】

1 电表内阻影响。

3 电源内阻的忽略带来一定误差。

【注意事项】

1 电路在接通之前一定要将滑动片放到合适的位置，以免烧坏电路。

2 一般在负载电阻较大（如R_L>R₀），要求电压调节范围较宽时，才用分压式连接，而负载电阻较小，调节范围不大时，采用限流式连接；相比较而言分压调节的方式中电压调节范围较宽，而限流式连接较省电。

参考资料

吴俊林 主编 《基础物理实验》

胡盘新 汤敏俊 主编 《普通物理学简明教程》

 

第二篇：制流电路与分压电路讲义

实验九 制流电路与分压电路

一、实验目的

电路一般可以分为电源、控制和测量三个部分。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。

1. 掌握制流与分压两种电路的联结方法、研究其性能和特点；

2. 了解熟悉电磁学实验的操作规程和安全知识。

二、实验仪器

电流表 电压表 直流稳压电源 电阻箱 滑线变阻器等。

三、实验原理

1、制流电路

电路如图1所示，

               

当C滑至A点，,负载处；

当C滑到B点,  ,  

    电压调节范围：         E

    相应的电流变化为：            

    一般情况下负载中的电流为

     

       式中         ,。

图2表示不同k值的制流特性曲线。

 图2 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≥1时调节的线性较好；

（3） K较小时（即R₀>>R_z），X接近0时电流变化很大，细调程度较差；

（4） 不论R₀大小如何，负载R_z上通过的电流都不可能为零。

2.分压电路

分压电路如图3所示，变阻器两个固定端A、B与电源E相接，负载R_z接变阻器滑动端

 

                       

                                       图3 分压电路

C和固定端A（或B）上，当滑动头C由A端滑至B端，上电压由0变到E，调节的范围与变阻器的阻值无关。当滑动头C在任一位置时，AC两端的分压值U为

式中，

由实验可得不同K值的分压特性曲线，如图4所示。

 

图4分压特性曲线

从曲线可以清楚看出分压电路有以下特点：

（1）不论R₀的大小，负载R_z的电压调节范围均可以从0---E；

（2）K越小电压调节越不均匀；

（3）K越大电压调节越均匀，因此要电压U在0到U_max整个范围内均匀变化，则取K＞1比较合适，实际K=2那条曲线可近似作为直线，故取R₀≤R_Z/2即可认为电压调节已达到一般均匀的要求了。

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，可以从0—E；而制流电路电压调节范围较小，只能从—E。

（2）     细调程度

当时，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的要求，则可采用二级制流（或二段分压）的方法以满足细调要求。

四、实验内容

1.制流特性曲线描绘

（1）按图1连接电路，电阻箱为负载R_z，取K=0.1，确定R_z=？根据所用电流表的量程和R_z的最大容许电流，确定实验时的最大电流I_max及电源电压E值。注意：I_max值应小于R_z最大容许电流。变阻器等分为10等分，分别测量x为0.1、0.2、0.3…对应的电流I，以x为横坐标，I为纵坐标作I-x图。

（2）取K=1重复上述测量并绘图。

2.分压特性曲线描绘

（1）按图3电路进行实验，区K=2确定R_z值，参照变阻器的额定电流和R_z的容许电流，确定电源电E的值，变阻器等分为10等分，分别测量x为0.1、0.2、0.3…对应的电压U，以x为横坐标，U为纵坐标作U-x图。

(2)取K=0.1，重复上述测量并绘图。

五、注意事项

1.为保护电源及电表，在制流电路中，首先将滑线变阻器打到最大阻值（此时整个电路电流最小）。

2.分压电路中，首先将滑线变阻器跳到最小（此时负载分得的电压最小）要注意变阻器BC段的电流是和之和，确定E值时，特别注意BC段的电流是否大于额定电流。

六、预习要求

1.预习绪论部分有关电磁学实验基础知识，了解电表刻度盘下侧参数的意义。理解引用误差的概念；

2.分别对两种控制对应的两种K值的取值，计算容许的电源电压；

3.根据实验内容列出数据记录表格。

七、讨论与思考

从制流与分压特性曲线求出电流值或电压值近似为线性时，滑线电阻的阻值。