限流、分压电路.doc

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
A
K
A
B
C
RZ
E
R0
图2

（1）
当C滑至A点RAC＝0 ，,负载处Umax=E；
当C滑到B点RAC＝R0 , ,
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） K≥1时调节的线性较好；
（3） K较小时（即R0>>Rz），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
K
A
B
C
RZ
E
R0
图4 分压电路
V

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
（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K＞1比较合适，实际K=2那条曲线可近似作为直线，故取R0≤RZ/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。
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
V
A
K
R
E
图6
V

A

R

E
K

R = 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RA<>R 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，
A
K
A
B
C
RZ
E
R0
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8—10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
K
A
B
C
RZ
R0
V
R
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8—10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/I

A
K
R
E
图10
V
A
K
R
E
图11
V

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＝(1/10～1/2)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＝(2～10)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
　　Ig＝E/(r+Rg+Ro)
　　接入被测电阻Rx后通过电表的电流为
　　Ix＝E/(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、测量读数｛注意挡位(倍率)｝、拨off挡。
　　(4)注意:测量电阻时，要与原电路断开,选择量程使指针在中央附近,每次换挡要重新短接欧姆调零。
 伏安法测电阻
用内接法时，电流表示数准确，电压表示数偏大，电阻偏大，即测量值大于真实值

用外接法时，电压表示数准确，电流表示数偏大，电阻偏小，即测量值小于真实值

用欧姆表测电阻时，只能粗略地测量出电阻的大约值

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