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C19-mAP C31 - mVDH1718CBX7 11P ZX21a规格1000mA1000mV0-30V 5A10Q111111Q实验原理:1.制流电路电路如图1所示，图中E为直流电源；Ro为滑线变阻箱，I A为电流表；Rz为负载；K为电源开关。 它是将

2、滑线变阻器的滑动头 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 ,IRz + RacE当C滑至A点Rac=0,1 maxRZ，负载处U max 二 E ；当C滑至B点Rac-R0， I min_ RzRoU minRzRo RZRzEtRo Rz相应的电流变化为E;Ro +Rz一般情况下负载Rz中的电流为E电压调节范围:RzRoI jRz * RacRz 十 RacrTIkmax_ KXRo式中K二电，X二弘.RoRo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以下几个特点: K越大

3、电流调节范围越小； K _1时调节的线性较好；K较小时（即 Ro A Rz ） , X接近O时电流变化很大，细调程度较差； 不论Ro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，图1图2(1)(2)(3)(4)位移是圈，因此一圈电阻的大小就决定了电流的最小改变量。因为I二对Rac微分=；:IERACRacRz 2 八"c，图3最少ERacRz,I 2 口 I 2LIRomin EE N式中N为变阻器总圈数。从上式可见，当电路中的 E,RZ,Ro确定后， I与12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

4、细调要求，而小 电流时也能满足要求，这就要使I否则会影响电流的调节范围，所以只能使 变阻器体积变得很大，故 阻器，采用二级制流，如图 用，R2o阻值小作细调用， 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 相接，负载RZ接滑动端C和固定端 A端滑至B端，负载上电压由 O变至 值无关。当滑动头 C在任一位置时， 可得不同K值的分压特性曲线，如图ERz ' Rac也1 变小，而Ro不能太小，max，N变大，由于N大而使N又不能增得太多，因此经常再串一变3所示，其中Ro阻值大，作粗调般R20 取 R1o/1O，但 RW,R20 的额URz Rac 丄

5、 口Rz * RacRz * Rbc XRbcRz ' RacA、B与电源EA （或B）上，当滑动头C由 E,调节的范围与变阻器的阻 AC两端的分压值 U为由实验5所示。K RacERz式中 Ro 二Rac Rbc,KZ,K 二字RoRo从曲线可以清楚看出分压电路有如下几个特点：（1）不论 Ro的大小，负载 Rz的电压调节范围均可从 0 E ；（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Umax整个范围内max均匀变化，则取 K 1 比较合适，实际 K=2那条线可近似作为直R线，故取 RoZ即可认为电压调节已达到一般均匀的要求了。当2X1.0K±

6、;10K=2K=0. 1K=a.O500.5:1 时即 Rz:：: R 略去（4）分母项中的Rz，近似有U,经微分可得：Rbc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Mmin 二朋0 二 导 （5）Rz ERz E N式中N为变阻器总圈数，Rz越小调节越不均匀。Rbc 2 - RbcU-RbcERz当K1时（即Rz » Ro ）,略去式（4）中的RbcX，近似有U =Ro对上式微分得U Rac，细调最小的分压值莫过于一圈对应的分压值，所以RoRoRoN从上式可知，当变阻器选定后 E,Ro,N均为定值，故当K»1时 U mi 为一个常数，它表示在整个调节范围内调节

7、的精细程度处处一样。从调节的均 匀度考虑，Ro越小越好，但 Ro上的功耗也将变大，因此还要考虑到功耗不能 太大，则Ro不宜取得过小，取Ro =甩2意流过变阻器的总电流不能超过它的额定值。U minmin即可兼顾两者的要求。与此同时应注若一般分压不能达到细调要求可Illi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0)E ；而制流电路电压条件范围较小，只能从Rz(2) 细调程度Ro < Rz时，在整个调节范围内调节基本均匀，但制流电路可调范当围小；负载上的电压值小，能调 2得

8、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。叵 LI 弦”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 max量程)X a% =(使用的电

9、流表量程)X 1.0% , “ 说明此电流表为磁电系仪表，“卫”说明此电流表具有n级防外磁场及电场的作用，“I I”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，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 0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)X a% =(使用的电压表量程)X 0.5% , “ 0 ”说明此电压表为磁电系仪表，“”表示此电压表的标尺位置必须水平放置电表标针指示的值才准确，表示此电压表为直流电压表，不能测量交流电，“

10、叵”说明此电压表具有n级防外磁场及电场的作用，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, R。用10Q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(Q )Rz容许电流(mA)最大总电流丨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在标尺上的位置I，并记下变阻器绕线部分的长度I。，以1/1。为横坐标，电流I的纵坐标作图。记录1。= 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

11、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1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Il01301201101009080706050403020100I / l01.0000.9290.8570.7860.7140.6430.5710.5000.4290.3570.2860.2140.1430.0710.0000.1I(mA)37384042454853576373901181602203001150 :160170180P191203215225P 235246258 :269278P 2873003、

12、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, R°用10Q滑线变阻器，电压表 用1V档，请计算以下数值，电路中最小总电阻R总，最大总电流I总。R总= z_ , I总=IZ+ 10, E = I总R总,Rz +R。K值Rz大小(Q)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)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。K值I0

13、102030405060708090100110120130I 0I / I00.0000.0710.1430.2140.2860.3570.429 0.5000.5710.6430.7140.7860.8570.9291.0002U(V)0256811516521027033039046055065076088010000.1012254565851101401802302903805207521000c.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I，并记下变阻器绕线部分的长度I。，以1/1。为横坐标，电压 U的纵坐标作图。记录1。=140其次，测一下当

14、电压值U在最小和最大时，C移动一小格时电压值的变化，记录 K=2时U最小时 U=2.0mV , U最大时 U= 18mV ;记录K=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 试计算它允许的基本误差。9563.5 Q，试计算它允许的基本误差，它的额定电流值，二若示值为电路0.8 Q ,ZX21W型电阻箱规格档1000010001001010.1等级0.100.10P 0.501.002.00 :5.00当 R=9563.5 Q 时 Ub (R)=(9000 X 0.1%+500 X 0.1%+60

15、X 1.0%+3 X 2.0%+0.5 X 5.0%)/ .3=7.03 Q当 R=0.8 Q 时 Ub (R)=(+0.8 X 5.0%)/ . 3 =0.04 Q2、以下电路正确吗？若有错误说明原因，并改正之。R0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厂rE1二KRz图a、b的正确图0.0000.2000.4000.6000.8001.000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K越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