制流电路与分压电路实验报告

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－mA C31－mV DH1718C BX7－11 ZX25a 规格

1000mA

1000mV

0－30V 5A

10Ω

111111Ω

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 ，

AC

Z R R E

I +=

(1)

当C 滑至A 点Z

AC R E

I 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 E

U 0

min +=

电压调节范围：

E E R R R Z

Z

→+0

相应的电流变化为

Z

Z R E

R R E →+0

一般情况下负载 Z R 中的电流为

A 图1

图2

X K K I R R R R R E R R E I AC Z AC

Z +=+=+=

max 0

00， (2) 式中 .,0

0R 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：

（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

Z

AC R R E

I +=

，对 AC R 微分

()AC Z AC AC R R R E

R I I ∆•+-=∂∂=

∆2

， N

R E I R E I I

0202min

•=∆•=∆， (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2

I 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max

I

∆ 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。 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。

图3

图4

X

R R E

R K R R R R R R R R R E U

BC Z AC AC Z AC Z BC

AC

Z AC

z +⋅=

+⋅•

++⋅ (4) 式中0

00,,R R K R R K R R R AC Z

BC 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 2

0Z

R R ≤

即可认为电压调节已达到一般均匀的要求了。当 1<

Z

=

， 经微分可得：()

BC Z BC

BC Z R E

R U R R E

R U ∆⋅=∆•⋅=

∆2

2

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

N

R E R U R E R U U Z Z 02

02min

•⋅=∆⋅=∆ (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 E

U ∆=

∆0

，细调最小的分压值莫过于一圈对应的分压值，所以 ()N

E

R 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2

0Z

R R =

即可兼顾两者的要求。与此同时应注意流过变阻图5

图6