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文档简介
制流电路与分压电路、伏安法测电阻二、实验仪器YJ-DZT-I电磁学综合实验平台、伏安特性实验模板、导线。1. 伏安特性实验模板如图l所示图l三、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,需选一个标准的电压表和它关联,这就是测量线路,它可以等效于一个负载,这上负载可能是容性的、感性的或简单的电阻,以RZ表示其负载。根据测量的要求,负载电流值I和电压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。控制元件主要使用变阻器或电阻箱。1、制流电路电路如图2所示,图中E为直流电源;R0为变阻器,为电流表,RZ为负载,K为电源开关。它是将变阻器的滑动头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RAC,从而改变整个电路的电流I,图2制流电路图AKABCRZER0图2 (1)当C滑至A点RAC0 ,,负载处Umax=E;当C滑到B点RACR0 , , 电压调节范围: E 相应的电流变化为: 一般情况下负载RZ中的电流为 (2) 式中 ,。图3表示不同K值的制流特性曲线。图3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) K1时调节的线性较好;(3) K较小时(即R0Rz),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Rz上通过的电流都不可能为零。细调范围的确定:制流电路的电流是靠变阻器滑动端位置移动来改变的,最少位移动是一圈,因此一圈电阻R0的大小就决定了电流的最小改变量。2.分压电路分压电路如图4所示,变阻器两个固定端A、B与电源E相接,负载Rz接变阻器滑动端KABCRZER0图4 分压电路VC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 (3)式中,由实验可得不同K值的分压特性曲线,如图5所示。图5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Rz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Umax整个范围内均匀变化,则取K1比较合适,实际K=2那条曲线可近似作为直线,故取R0RZ/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0E;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。4. 伏安法测电阻如图6、图7所示,测出通过电阻R的电流I及电阻R两端的电压U,则根据欧姆定律,可知VAKRE图6VAREKR = U/I伏安法有两种联线方法,外接法(如图6)-电流表在电压表的外侧,内接法(如图7)-电流表在电压表的里侧,。两种联线方法引入的误差 (1) 内接法引入的误差设电流表的内阻为RA,回路电流为I,则电压表测出的电压值U =IR+ IRA =I (R+RA) 即电阻的测量值RX 是RX =R+ RA 可见测量值大于实际值,测量的绝对误差为RA,当RAR 时,可用内接法。(2)外接法引入的误差设电阻R 中的电流为IR,又设伏特计中流过电流为IV。伏特计内阻为RV,则电流计中电流因此电阻R 的测量值RX 是由于RVR 时才可以用外接法。四、实验内容与步骤1制流电路特性的研究按下图电路进行实验,AKABCRZER0图8根据选择不同的RZ(R1或R2)和不同的R0,如图8联结电路(注意电源电压及取值,取最大值),复查一次电路无误后,闭合电源开关K(如果发现电流过大要立即切断电源!),旋动电位器观察电流值的变化是否符合设计要求。旋动电位器,在电流从最小到最大的过程中,测量810次电流值及相应的R0阻值(用数字万用表测量), 以R0为横坐标,电流I为纵坐标作图。 注意,电流最大时R0为测量R0的零点。2. 分压电路特性的研究KABCRZR0VR按下图电路进行实验,E图9分压电路根据选择不同的RZ(R1或R2)和不同的R0, R为保护电阻(可以是R1或R2)。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。旋动电位器,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U及相应的R0阻值(用数字万用表测量), 以R0为横坐标,U为纵坐标作图。3伏安法测电阻如图10、图11所示,测出通过电阻R(R1或R2)的电流I及电阻R两端的电压U,则根据欧姆定律,可知 R = U/IAKRE图10VAKRE图11V伏安法测电阻【实验目的】1练习连接电路,学习按回路接线的方法,熟悉滑线变阻器的两种连接方法;2学会几种常用电学仪器和电表的使用;3.掌握测量伏安特性的基本方法、线路特点及伏安法测电阻的误差估算;4.掌握电学测量的有效数字选取,学习用图解法处理数据;【实验仪器】输出电压可调的直流稳压电源一台,滑线变阻器一个多量程电流表一块,多量程电压表一块,待测电阻二只,开关一只。【实验原理】按照一段电路的欧姆定律,如果测得电阻两端的电压为V,流过电阻的电流为I,则这个电阻的阻值为R=V/I用伏安法测电阻的实验线路有电流表外接和电流表内接,电流表的不同接法会引入不同的可定系统误差,因此,在实验结果中对可定系统误差进行修正,是本实验的基本要求之一。滑线变阻器的连接有限流接法和分压接法,学会应用滑线变阻器的两种不同的接法,在电路连接中也是非常重要的。通过分祈(同学自己完成)可以知道:在被测电阻的阻值比滑线变阻器的阻值小很多时(一般Rx(1/101/2)R),可以采用限流电路;在被测电阻的阻值比滑线变阻器的阻值大很多时(一般Rx(210)R),可以采用分压电路;如果Rx与R阻值相差不多,则可任选其中一种电路。【实验步骤】1.根据待测电阻的大致阻值及滑线变阻器的阻值,判断测量时滑线变阻器的接法。2根据滑线变阻器及待测电阻的额定功率值,确定电源的最大工作电压。3.根据待测电阻的大致阻值及额定功率,选择电表的合适量程。在测电阻不同测试点的伏安值时,要求不改变量程,选择量程的原则是:(1)电流表量程值Im与电压表量程值Vm的乘积尽量接近(并小于)被测电阻的额定功率;(2)为了尽量利用同一量程电表的刻度值,要求电流表和电压表指针的摆角大致一致。4记录实验数据。根据待测电阻的大约值确定滑线变阻器采用限流接法或分压接法,电流表采用内接法或外接法,调节滑线变阻器,读出七组不同的电流I和电压V,填入表格中。【数据处理】在坐标纸上分别画出表中测试数据的伏安特性曲线,并由曲线斜率求出待测电阻Rx的值。欧姆表测电阻(1)电路组成(2)测量原理两表笔短接后,调节Ro使电表指针满偏,得IgE/(r+Rg+Ro)接入被测电阻Rx后通过电表的电流为IxE/(r+Rg+Ro+Rx)E/(R中+Rx)由于Ix与Rx对应,因此可指示被测电阻大小(3)使用方法:机械调零、选择量程、欧姆调零、测量
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