实验报告制流电路和分压电路

1、电子信息与机电工程学院普通物理实验课实验报告级物理(1)班B2组实验日期姓名 :学号25 号老师评定实验题目：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。实验仪器毫安表伏特表直流电源滑线变阻器电阻箱型号C19mAC31mVDH1718CBX7 11ZX21a规格1000mA1000mV030V 5A10111111实验原理：1. 制流电路电路如图 1 所示，图中 E 为直流电源； R0 为滑线变阻箱，A 为电流表； RZ 为负载； K 为电源开关。它是将滑线变

2、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 ，EI(1)RZ RAC当 C滑至 A点 RAC0, I maxEE ；，负载处 U maxRZ当 C滑至 B点 RACR0 ， I minEU minE，RZRZ R0RZR0电压调节范围：RZEER0RZ图 1相应的电流变化为EER0RZRZ一般情况下负载RZ 中的电流为EIER0I max K ， (2)RZRAC RZRACK XR0R0式中KRZ,X RAC.R0R0图 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

3、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R0RZ ）， X 接近 O时电流变化很大，细调程度较差；（ 4） 不论 R0 大小如何，负载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 IE，RACRZ对 RAC微分IIERAC，RACRACRZ2图 2图 31 / 5IminI 2R0I 2R0 ，(3)EENI 与 I 2 成正比， 故电流越大，式中 N 为变阻器总圈数。从上式可见， 当电路中的E, RZ , R0

4、 确定后，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I变小，而 R0 不能太小，max否则会影响电流的调节范围，所以只能使N 变大，由于 N 大而使变阻器体积变得很大，故N 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 所示，其中 R10阻值大，作粗调用， R20 阻值小作细调用，一般R20 取 R10 10 ，但 R10, R20 的额定电流必须大于电路中的最大电流。2. 分压电路分压电路如图 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，当滑动头C 由A 端滑至 B 端，负载

5、上电压由O变至 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 为由实验可得不同 K值的分压特性曲线，如图5 所示。ERZRACKRAC E(4)U Rz RACRZRACRZRBC XRBCRZRAC式中 R0RACRBC,KRZ ,KRACR0R0从曲线可以清楚看出分压电路有如下几个特点：（ 1）不论 R0的大小，负载 RZ的电压调节范围均可从0E ；（ 2） K 越小电压调节不均匀；（ 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K1比较合适，实际K=2 那条线可近似作为直线，故取R0RZ即可认为电压调节

6、已达到一般均匀的要求了。当2分母项中的 RZ，近似有 URZE ， 经微分可得：URZ ERBC2RBC最小的分压量即滑动头改变一圈位置所改变的电压量，所以图 4图 5K1时 即RZR0略去（ 4）RBCU2RBCRZEU 2U 2R0U minR0E(5)RZ ERZN式中 N 为变阻器总圈数，RZ 越小调节越不均匀。当 K1 时（即 RZR0 ），略去式（ 4）中的 RBCX ，近似有 URAC E ，对上式微分得R0ERAC ，细调最小的分压值莫过于一圈对应的分压值，所以UR0UEE(6)minR0R0N从上式可知， 当变阻器选定后E, R0 , N 均为定值， 故当 K1时U min为

7、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， R0 越小越好，但R0 上的功耗也将变大，因此还要考虑到功耗不能太大，则 R0RZ即可兼顾两者的要求。与此同时应注不宜取得过小， 取 R02图 6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2 / 5以如图 6 将两个电阻R10 和 R20 串联进行分压，其中大电阻作粗调，小电阻用于细调。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 OE；而制流电路电压条件范围较小，只能从RZE E 。RZ R0(2) 细调程度R0RZ 时，在整个调节范围内调节基本均匀，

8、但制流电路可调范当围小；负载上的电压值小，能调 2得较精细，而电压值大时调节变得很粗。(3) 功耗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什么？电流表左边有“ C19 mA”是型号，右边有“1.0 2”其中“ 1.0”代表电表的等级，说明这电流的最大引用误差为：max = (X

9、max 量程 )× a% = (使用的电流表量程) × 1.0%，“ ”说明此电流表为磁电系仪表， “ ”说明此电流表具有级防外磁场及电场的作用，“”表示此电流表的标尺位置必须水平放置电表标针指示的值才准确，“”表示此电流表为直流电流表，不能测量交流电，“2” 表示此电流表进行绝缘强度试验电压为2KV 。电压表左边有“ C31 mV ”是型号，右边有“ 0.5 2”其中“ 0.5”代表电表的等级，说明这电流的最大引用误差为：max= (X max 量程 ) ×a% = (使用的电压表量程) × 0.5%，“ ”说明此电压表为磁电系仪表，“”表示此电压表的

10、标尺位置必须水平放置电表标针指示的值才准确，“”表示此电压表为直流电压表，不能测量交流电，“ ”说明此电压表具有级防外磁场及电场的作用，“” 表示此电压表没有进行绝缘强度试验。2、制流电路特性的研究a.按电路图 1-1 联结电路， RZ 用 ZX25a 电阻箱，其额定功率P=1W ，R0 用 10 滑线变阻器，实验时填下表的数据，实验时电流表A 用 500mA 。K 值RZ 大小 ()RZ 容许电流 (mA)最大总电流 I max(mA)电源电压 E(V)0.10.11实验时实际取30011110实验时实际取3001b.移动变阻器滑动头C，在电流从最小到最大过程中，测量11 次电流值及 C 在

11、标尺上的位置l ，并记下变阻器绕线部分的长度l 0，以 l/l 0 为横坐标，电流I 的纵坐标作图。记录l0= 140其次，测一下当电流值I 在最小和最大时，C 移动一小格时电流值的变化，记录k=0.1 时， I 最小时I=0.1mA ， I 最大时I=11mA ，记录 k=1 时 I 最小时I=0.4mA，I 最大时I=2.8mA取 K=1 ，重复上述测量并绘图。K 值ll01301201101009080706050403020100l / l01.000 0.929 0.857 0.786 0.714 0.643 0.571 0.500 0.429 0.357 0.286 0.214 0

12、.143 0.071 0.0000.1I(mA)373840424548535763739011816022030011501601701801912032152252352462582692782873003、分压电路特性的研究a.按图1-4 联结电路， RZ 用 ZX25a 电阻箱，其额定功率为1W， R0 用 10 滑线变阻器，电压表V用 1V档，请计算以下数值，电路中最小总电阻R，最大总电流I。RR z R0， II Z+ I0，EIR，总总总总总总R zR03 / 5K 值RZ 大小 ()RZ容许电流 (mA)RZ 容许端电压Uz(mV)最大电压 U max(mV)电源电压 E(V)

13、2202244480实验时实际取 100010.1110001000实验时实际取 10001b.联结好电路， 取好电源电压 E 与 RZ 的值， RAC 取最小值， 复查一次电路无误后，闭合开关 K ，如无异常，移动 C 点观察电压值是否符合设计要求。c.移动变阻器滑动头C，在电压从最小到最大过程中，测量11 次电压值及 C 在标尺上的位置l ，并记下变阻器绕线部分的长度l 0，以 l/l 0 为横坐标，电压U 的纵坐标作图。记录l0=140K 值l0102030405060708090100110120130l 0l / l0 0.000 0.071 0.143 0.214 0.286 0.

14、357 0.429 0.500 0.571 0.643 0.714 0.786 0.857 0.929 1.0002U(V)0256811516521027033039046055065076088010000.1012254565851101401802302903805207521000其次，测一下当电压值U 在最小和最大时，C 移动一小格时电压值RZ的变化，记录K=2 时 U 最小时U=2.0mV ， U 最大时U= 18mV ；记录VK=0.1 时 U 最小时U=1.1mV ， U 最大时U= 35mV取 K=0.1 ，重复上述测量并绘图。思考题1、 ZX21型电阻箱的示值为9563.

15、5 ，试计算它允许的基本误差，它的额定电流值，若示值为0.8，试计算它允许的基本误差。二段分压电路ZX21 (1)W 型档1000010001001010.1电阻箱规格等级0.100.100.501.002.005.00当 R=9563.5 时 UB (R)=(9000 × 0.1%+500 × 0.1%+60× 1.0%+3 × 2.0%+0.5 × 5.0%)/3 =7.03 当 R=0.8 时 U B (R)=(+0.8 × 5.0%) /3 =0.042、以下电路正确吗？若有错误说明原因，并改正之。RZRZR0VVAAR0EK

16、EKEK图 b图 cE图 dK图 a图 a、b、 c 都是错误的，只有图 d 是正确的。因为图a 这电路虽然也能起到分压作用，但负载电阻RZ两端不能分到0 伏的电压，而且当滑动变阻器的滑动触头向左边移动到尽头处，电源变成短路，这是非常危险的电路；图 b 这电路没有分压作用；图c 这电路没有制流作用；正确的电路图如下图RZR0VAEKEK图 a、 b 的正确图图 c 的正确图4 / 5I/mA制流电路特性的研究280230K=0.1K=11801308030l/l00.0000.2000.4000.6000.8001.000K 越分析：从这制流电路特性曲线图中可以看出，实验结果与实验原理的曲线非常一致，也就是说大电流的调节范围越小；K 1 时，曲线趋近直线，线上每点的斜率变化越平缓，说明调节线性较好，这种情况就是我们使用滑线变阻器所需要的效果，所以实验时选择仪器时可以考虑的重要条件；K 值较小(K=0.1)时，X 接近0 时电流变化很大，细调程度较差，遇到这种情况不方便调节电流，我们选择仪器时要避免这种情况。1000U/mV分压电路特性的研究800k=2k=0.16004002000l/l0.000.143.286.429.571. 714. 857.00