实验报告制流电路与分压电路

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 B组实验日期2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。

实验仪器实验原理：1.制流电路电路如图1所示，图中E 为直流电源；0R 为滑线变阻箱，为电流表；Z R 为负载；K为电源开关。

它是将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 AC R ，从而改变整个电路的电流I ，ACZ R R EI +=(1)当C 滑至A 点ZAC R EI R ==max ,0，负载处E U =max ； 当C 滑至B 点0R R AC =，0min R R E I Z +=， Z Z R R R EU 0min +=电压调节范围：E E R R R ZZ→+0相应的电流变化为ZZ R ER R E →+0一般情况下负载 Z R 中的电流为X K K I R R R R R E R R EI AC Z ACZ +=+=+=max 000， (2) 式中 .,00R R X R R K AC Z==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：图1图2（1） K 越大电流调节范围越小；（2） 1≥K 时调节的线性较好；（3） K 较小时（即 Z R R >>0），X 接近O 时电流变化很大，细调程度较差；（4） 不论0R 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ZAC R R EI +=，对 AC R 微分()AC Z AC AC R R R ER I I ∆•+-=∂∂=∆2， NR E I R E I I0202min•=∆•=∆， (3) 式中N 为变阻器总圈数。

从上式可见，当电路中的 0,,R R E Z 确定后，ΔI 与2I 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细调要求，而小电流时也能满足要求，这就要使maxI∆ 变小，而0R 不能太小，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10R 阻值大，作粗调用，20R 阻值小作细调用，一般20R 取 1010R ，但20,10R R 的额定电流必须大于电路中的最大电流。

图3图42. 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Z R 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。

XR R ER K R R R R R R R R R E UBC Z AC AC Z AC Z BCACZ ACz +⋅=+⋅•++⋅ (4) 式中000,,R R K R R K R R R AC ZBC AC ==+= 从曲线可以清楚看出分压电路有如下几个特点：（1）不论 0R 的大小，负载 Z R 的电压调节范围均可从E →0；（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max U 整个范围内均匀变化，则取 1>K 比较合适，实际K=2那条线可近似作为直线，故取 20ZR R ≤即可认为电压调节已达到一般均匀的要求了。

当 1<<K 时0R R Z <<即 略去（4）分母项中的Z R ，近似有E R R U BCZ=，经微分可得：()BC Z BCBC Z R ER U R R ER U ∆⋅=∆•⋅=∆22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5NR E R U R E R U U Z Z 0202min•⋅=∆⋅=∆ (5) 式中N 为变阻器总圈数，Z R 越小调节越不均匀。

当K 》1时（即0R R Z >>），略去式（4）中的X R BC •，近似有E R R U AC=，对上式微分得AC R R EU ∆=∆0，细调最小的分压值莫过于一圈对应的分压值，所以()NER R E U =∆=∆00min (6) 从上式可知，当变阻器选定后 N R E ,,0均为定值，故当K 》1 时()min U ∆为一个常数，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，0R 越小越好，但0R 上的功耗也将变大，因此还要考虑到功耗不能太大，则0R 不宜取得过小，取20ZR R =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。

若一般分压不能达到细调要求可以如图6将两个电阻10R 和20R 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E O → ；而制流电路电压条件范围较小，只能从E E R R R Z Z→•+0。

图6(2)细调程度20ZR R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 ＿”其中“1.0”代表电表的等级，说明这电流的最大引用误差为：Δmax = (X 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Ⅱ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，“” 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 ＿”其中“0.5”代表电表的等级，说明这电流的最大引用误差为：Δmax = (Xmax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Ⅱ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，R用10Ω滑线变阻器，。

b.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l，并记下变阻器绕线部分的长度l0，以l/l0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ΔI=0.1mA，I最大时ΔI=11mA，记录k=1时I最小时ΔI=0.4mA ，I最大时ΔI=2.8mA取K=1，重复上述测量并绘图。

3、分压电路特性的研究a.按图1-4联结电路，R Z 用ZX25a 电阻箱，其额定功率为1W ，R 0用10Ω滑线变阻器，电压R 总，最大总电流I 总。

R 总＝0R R R R z z ，I 总＝I Z + I 0，E ＝I 总R 总，b.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l0，以l/l0为横坐标，电压U的纵坐标作图。

记录l0=140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的变化，记录K=2时U最小时ΔU=2.0mV，U最大时ΔU= 18mV；记录K=0.1时U最小时ΔU=1.1mV，U最大时ΔU= 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9563.5Ω，试计算它允许的基本误差，它的额定电流值，若二段分压电路示值为0.8Ω，试计算它允许的基本误差。

当R=9563.5Ω时U B (R)=(9000×0.1%+500×0.1%+60×1.0%+3×2.0%+0.5×5.0%)/3=7.03Ω当R=0.8Ω时U B (R)=(+0.8×5.0%)/3=0.04Ω2、以下电路正确吗？若有错误说明原因，并改正之。

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R Z 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E K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。

分析：从这分压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，的电压调节范围均为0－E；K值越小 (K=0.1) 时，电压调也就是说不轮K的大小，负载RZ节越不均匀，遇到这种情况不方便调节电压，我们选择仪器时要避免这种情况；K值越大整个范围均匀变化，则取K>1比较合适，K=2时电压调节越均匀，因此要电压U在0到Umax曲线趋近直线，线上每点的斜率变化较小，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；。