试验六制流电路与分压电路

1、实验 六 制流电路与分压电路制流电路与分压电路是电磁学实验中最根本的电流控制和电压控制电路，无论是直流电路还是交流电路，它们都有广泛的应用。一、实验目的1 了解电流计，电压计，变阻器的性能及使用方法；2掌握制流电路和分压电路的电路连接方法及其性能特点、实验原理对于一个电路来说，一般由电源、控制电路及测量电路三局部组成，测量电路是根据实验要求而被确定好的。一般是有一些待测的电磁学中的光器件和测量 仪器组成。可用Rz表示其负载。根据测量要求，电源的电压和电流必须在一定 范围内变化。控制电路就是根据实验要求，用来控制负载的电流、电压的那局部 电路。常用的便是制流电路和分压电路。控制元件主要是滑线变阻

2、器或电阻箱。1制流电路图6-1制流电路示意图控制电路如图1所示，图中E为电源，Ro为滑线变阻 器，作为电路控制元件。Rz为负载，它与电流表组成测量 电路，当滑线变阻器滑动头C在AB间移动时，可连续改 变AC之间亦即AB之间的电阻Rac。从而整个电路 的电流I符合的规律为(6-1)ERZrac当 C 滑至 A 点 Rac =0，I max 二 E/Rz，负载处 Umax 二 E ；当C滑至B点Rac二Ro，Imin二詁瓦，负载处 UminRz=RzRo E ；RzEt ERz ' Rqe eRz ' Ro Rz般情况下负载Rz中的电流为式中：K 二 Rz/Ro,IRz + Rac

3、E RoX - Rac / Rq。E Ro3)RzRacK XRoRo(6-4)图6-2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：K越大电流细调范围越小；K -1时调节的线性较好；K较小时即Ro »Rz，x接近1时电流变化很大，细调程度较差；不管 Ro大小如何，负载Rz上通过的电流都不可能为零。制流电路的电流是靠滑线电阻移动滑片位置来改变的，最少位移是一圈，因 此一圈电阻 Ro的大小就决定了电流的最小改变量。因为ERacRz对Rac微分公式为,a-e=irac2 L RACFRacRacRz 2minI2-RoEI2 RoE N(6-5)从上式可见，当电

4、路中的E、Rz、Ro确定后，厶I与I 2成正比，故电流越大,那么细调越困难，假设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dmax变小，而Ro不能太小，否那么会影响电流的细调范围，所以 只能使N变大，由于N大而使电阻器体积变得很大，故 N又不能增得太多，因 此经常用串一个变阻器，采用二级制流，如图 3所示，其中R。阻值大，作粗调 用，Rio阻值小作细调用，一般取 志二尺。/®，但、R，o的额定电流必须大于I M 02分压电路分压电路如图6-4所示。滑线变阻器两个固定端 A、 B与电源E相接，负载Rz接滑动端C和固定端A(或B) 上，当滑动端C由A端滑至B端

5、，负载上电压由0变 至E，调节的范围与变阻器的阻值无关。当滑动端 C在 任一位置时，AC两端的分压值U为E甩 RACK Rac EU =Rz Rac /( Rz + Rac )* Rbc Rz + RacRz + Rbc X(6-6)式中RoRacRbc， K =RzRo， X =RacRo由实验可得不同K值的分压特征性曲线，如图6-5所示。从风线可以清楚看出分压电路有以下特点：不管Ro的大小，负载Rz的电压调节范围均可从0-E;K越小电压调节越不均匀；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，那么取K 1比拟适宜，实际K=2那条线可近似作为直线,故取f乞Rz -2即

6、可认为电压调节已到达一般均匀的 要求了图6-5分压特性曲线项中的Rz，近似有(6-7)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minRzERoU2RoRzE N图6-6二段分压电路图当Kvv 1时即Rzvv Ro,略去式4分母6-8式中N为变阻器总圈数，Rz越小调节越不均匀Rac当K>>1时即Rz>>R0,略去式4中的Rbc x近似有(6-9)对上式微分得：RacR0细调最小的分压值莫过于一圈对应的分压值，所以U minR06-10R。N从上式可知，当变阻器选定后，Rz、R0、N均为定值，故当K>>1时丄Umin是一个常数，它表示在整

7、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，R0越小越好，但还要考虑到功耗不能太大，R0不宜取得过小，取 R0=Rz/2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。假设一般分压不能到达细调要求可以如图6将两个电阻Rio和R20串联进行分压，其中大电阻用作粗调，小电阻用于细调。3制流电路与分压电路的差异与选择调节范围：分压电路的电压调节范围大，可从° ' E ；而制流电路电压调节 范围较小，只能从一空 E > E。Rz +R°细调程度：当R - FZ 2时，在整个调节范围内调节根本均匀，但制流电路可调范围小；负载上的电

8、压值小，能调得较精细，而电压值大时调节变得很粗。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。基于以上的差异，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那么选择制流电路。 假设一级电 路不能到达细调要求，那么可采用二级制流或二段分压的方法以满足细调要求， 那么可采用二级制流或二段分压的方法以满足细调要求。三、实验仪器直流稳压电源、直流毫安表、直流电压表、电阻箱、滑线变阻器、开关与导线等。滑线变阻器：在电磁测量中经 常借助于滑线变阻器来调节电路 的电压与电流。它的结构如图 6-7a所示。它由电阻丝均匀绕在 绝缘瓷管上制成，电阳丝的

9、外表 涂有一层绝缘膜，使丝间彼此绝 缘，电阻丝的两头分别固结在瓷管两端的图6-7滑线变阻器和电位器A、B接线柱上，滑动头D可沿金属杆滑动，杆的两端支撑在金属架上，并与其绝缘，杆的一端连有接线柱C;滑动头和电阻丝相接触处的绝缘膜已被刮掉，因此改变滑动头的位置就可以改变 AC(或 BC)之间电阻的大小，变阻器的符号如图6-7(b)所示。小型的变阻器又称电位器， 它在电子线路等电路中有着广泛的应用。四、实验内容1、观察电流表、电压表及滑线变阻器、电阻箱上各符号，理解这些符号表示的意义。2、制流电路特性研究：以电阻箱作为负载，根据 Ro的值，取K =0.1，确定 Rz的最大允许电流，确定实验时的最大允许电流 Imax及电源电压E。按图1连 接电路。移动滑动变阻器滑动触点C的位置，当其从最左端到最右端移动时，测量8 9组数据，记录电流I的值及对应的滑动变阻器上C的位置I ,作 RacR =1儿 I的图线，即为制流电路的特性曲线。测量I最大和最小时，C点每移一小格电流的变化值I。取K "，重复上述测量。3、 分压电路特性研究：以电阻箱作为负载 Rz，取K=2，确定Rz，根据滑线 变阻器的额定电流及电阻箱 Rz的容许电流，确定E，特别注意BC段电阻上的 电流是否大于额定电流。4、 按图6-3、6-6接线，即采用二段分压、制流电路，再