实验3_制流电路与分压电路.doc

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： 越大电流调节范围越小； l时调节的线性较好： 较小时(即)，接近0时电流变化很大，细调程度较差；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： 不论的大小，负载的电压调节范围均可从0 ； 越小电压调节越不均匀；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Kl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。图3-6 二段分压电路图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 ，而制流电路电压调节范围较小，只能从 。 (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 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，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，取(即)为0.1，确定=?根据所用的毫安计的量限和的最大容许电流，确定实验时的最大电流及电源电压值、注意， 值应小于最大容许电流。 联结电路(注意电源电压及取值，取最大值),经指导教师复查电路无误后，方可闭合电源开关(如发现电流过大要立即切断源)，移动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，在电流从最小到最大过程中，测量810次电流值及相应在标尺上的位置，并记下变阻器绕线部分的长度，以 (即)为横坐标，电流为纵坐标作图。 注意，电流最小时的标尺读数为测量的零点。 其次，测一下在最小和最大时，移动一小格时电流值的变化。取，重复上述测量并绘图。 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，取确定值，参照变阻器的额定电流和的容许电流，确定电源电压之值。 要注意如图3-7所示，变阻器段的电流是和之和，确定值时，特别要注意段的电流是否大于额定电流。 移动变阻器滑动头，使加到负载上的电压从最小变到最大，在此过程中，测量810次电压值及点在标尺上的位置，用为横坐标，为纵坐标作图。图3-7 分压电路图其次，测一下当电压值最小和最大时，移动一小格时电压值的变化。取，重复上述测量并绘图。【数据处理】1制流电路特性研究 测量次数 物理量12345678910表一 制流电路的测量表格(1) 当和时分别以 (即)为横坐标，电流为纵坐标作图，对制流电路的特性进行研究。(2) 测一下在最小和最大时，移动一小格时电流值的变化。2分压电路特性研究 测量次数 物理量12345678910表二 分压电路的测量表格(1) 当和时分别以(即)为横坐标，电流为纵坐标作图，对分压电路的特性进行研究。(2) 测一下在最小和最大时，移动一小格时电流值的变化。 (3) 试为测量某元件的伏安特性设计控制电路，已知元件的阻值。要求测量范围为0.01到0.1。(4) 为校准伏特表安排控制电路。已知负载电阻(待校表与标准表内阻的关联)R=1500,伏持表量程为15，等分100格。 (5) 实验要求在一个电容器上加10V电压。误差不大于0.1，试为它设计控制电路。 (6) 从制流和分压特性曲线求出电流值(或电压值)呈线性变化时。滑线电阻的阻值。【思考题】1、现有一只量程为的1.0级电压表，最小分度为0.01，指针指在正中。试问该电表如何读数?其误