試驗六制流電路與分壓電路

1、實驗 六 制流電路與分壓電路制流電路與分壓電路是電磁學實驗中最根本的電流控制和電壓控制電路，無論是直流電路還是交流電路，它們都有廣泛的應用。一、實驗目的1 了解電流計，電壓計，變阻器的性能及使用方法；2掌握制流電路和分壓電路的電路連接方法及其性能特點、實驗原理對于一個電路來說，一般由電源、控制電路及測量電路三局部組成，測量電路是根據(jù)實驗要求而被確定好的。一般是有一些待測的電磁學中的光器件和測量 儀器組成。可用Rz表示其負載。根據(jù)測量要求，電源的電壓和電流必須在一定 范圍內(nèi)變化?？刂齐娐肪褪歉鶕?jù)實驗要求，用來控制負載的電流、電壓的那局部 電路。常用的便是制流電路和分壓電路?？刂圃饕腔€變阻

2、器或電阻箱。1制流電路圖6-1制流電路示意圖控制電路如圖1所示，圖中E為電源，Ro為滑線變阻 器，作為電路控制元件。Rz為負載，它與電流表組成測量 電路，當滑線變阻器滑動頭C在AB間移動時，可連續(xù)改 變AC之間亦即AB之間的電阻Rac。從而整個電路 的電流I符合的規(guī)律為(6-1)ERZrac當 C 滑至 A 點 Rac =0，I max 二 E/Rz，負載處 Umax 二 E ；當C滑至B點Rac二Ro，Imin二詁瓦，負載處 UminRz=RzRo E ；RzEt ERz ' Rqe eRz ' Ro Rz般情況下負載Rz中的電流為式中：K 二 Rz/Ro,IRz + Rac

3、E RoX - Rac / Rq。E Ro3)RzRacK XRoRo(6-4)圖6-2表示不同K值的制流特性曲線，從曲線可以清楚地看到制流電路有以下幾個特點：K越大電流細調(diào)范圍越??；K -1時調(diào)節(jié)的線性較好；K較小時即Ro »Rz，x接近1時電流變化很大，細調(diào)程度較差；不管 Ro大小如何，負載Rz上通過的電流都不可能為零。制流電路的電流是靠滑線電阻移動滑片位置來改變的，最少位移是一圈，因 此一圈電阻 Ro的大小就決定了電流的最小改變量。因為ERacRz對Rac微分公式為,a-e=irac2 L RACFRacRacRz 2minI2-RoEI2 RoE N(6-5)從上式可見，當電

4、路中的E、Rz、Ro確定后，厶I與I 2成正比，故電流越大,那么細調(diào)越困難，假設負載的電流在最大時能滿足細調(diào)要求， 而小電流時也能滿足 要求，這就要使dmax變小，而Ro不能太小，否那么會影響電流的細調(diào)范圍，所以 只能使N變大，由于N大而使電阻器體積變得很大，故 N又不能增得太多，因 此經(jīng)常用串一個變阻器，采用二級制流，如圖 3所示，其中R。阻值大，作粗調(diào) 用，Rio阻值小作細調(diào)用，一般取 志二尺。/®，但、R，o的額定電流必須大于I M 02分壓電路分壓電路如圖6-4所示。滑線變阻器兩個固定端 A、 B與電源E相接，負載Rz接滑動端C和固定端A(或B) 上，當滑動端C由A端滑至B端

5、，負載上電壓由0變 至E，調(diào)節(jié)的范圍與變阻器的阻值無關。當滑動端 C在 任一位置時，AC兩端的分壓值U為E甩 RACK Rac EU =Rz Rac /( Rz + Rac )* Rbc Rz + RacRz + Rbc X(6-6)式中RoRacRbc， K =RzRo， X =RacRo由實驗可得不同K值的分壓特征性曲線，如圖6-5所示。從風線可以清楚看出分壓電路有以下特點：不管Ro的大小，負載Rz的電壓調(diào)節(jié)范圍均可從0-E;K越小電壓調(diào)節(jié)越不均勻；K越大電壓調(diào)節(jié)越均勻，因此要電壓U在0到Umax整個范圍內(nèi)均勻變化，那么取K 1比擬適宜，實際K=2那條線可近似作為直線,故取f乞Rz -2即

6、可認為電壓調(diào)節(jié)已到達一般均勻的 要求了圖6-5分壓特性曲線項中的Rz，近似有(6-7)經(jīng)微分可得，最小的分壓量即滑動頭改變一圈位置所改變的電壓量，所以minRzERoU2RoRzE N圖6-6二段分壓電路圖當Kvv 1時即Rzvv Ro,略去式4分母6-8式中N為變阻器總?cè)?shù)，Rz越小調(diào)節(jié)越不均勻Rac當K>>1時即Rz>>R0,略去式4中的Rbc x近似有(6-9)對上式微分得：RacR0細調(diào)最小的分壓值莫過于一圈對應的分壓值，所以U minR06-10R。N從上式可知，當變阻器選定后，Rz、R0、N均為定值，故當K>>1時丄Umin是一個常數(shù)，它表示在整

7、個調(diào)節(jié)范圍內(nèi)調(diào)節(jié)的精細程度處處一樣。從調(diào)節(jié)的均勻度考慮，R0越小越好，但還要考慮到功耗不能太大，R0不宜取得過小，取 R0=Rz/2即可兼顧兩者的要求。與此同時應注意流 過變阻器 的總電流不能超過它的額定值。假設一般分壓不能到達細調(diào)要求可以如圖6將兩個電阻Rio和R20串聯(lián)進行分壓，其中大電阻用作粗調(diào)，小電阻用于細調(diào)。3制流電路與分壓電路的差異與選擇調(diào)節(jié)范圍：分壓電路的電壓調(diào)節(jié)范圍大，可從° ' E ；而制流電路電壓調(diào)節(jié) 范圍較小，只能從一空 E > E。Rz +R°細調(diào)程度：當R - FZ 2時，在整個調(diào)節(jié)范圍內(nèi)調(diào)節(jié)根本均勻，但制流電路可調(diào)范圍??；負載上的電

8、壓值小，能調(diào)得較精細，而電壓值大時調(diào)節(jié)變得很粗。功率損耗：使用同一變阻器，分壓電路消耗電能比制流電路要大?；谝陨系牟町?，當負載電阻較大，調(diào)節(jié)范圍較寬時選分壓電路；反之，當負載電阻較小，功耗較大，調(diào)節(jié)范圍不太大的情況下那么選擇制流電路。 假設一級電 路不能到達細調(diào)要求，那么可采用二級制流或二段分壓的方法以滿足細調(diào)要求， 那么可采用二級制流或二段分壓的方法以滿足細調(diào)要求。三、實驗儀器直流穩(wěn)壓電源、直流毫安表、直流電壓表、電阻箱、滑線變阻器、開關與導線等。滑線變阻器：在電磁測量中經(jīng) 常借助于滑線變阻器來調(diào)節(jié)電路 的電壓與電流。它的結(jié)構如圖 6-7a所示。它由電阻絲均勻繞在 絕緣瓷管上制成，電陽絲的

9、外表 涂有一層絕緣膜，使絲間彼此絕 緣，電阻絲的兩頭分別固結(jié)在瓷管兩端的圖6-7滑線變阻器和電位器A、B接線柱上，滑動頭D可沿金屬桿滑動，桿的兩端支撐在金屬架上，并與其絕緣，桿的一端連有接線柱C;滑動頭和電阻絲相接觸處的絕緣膜已被刮掉，因此改變滑動頭的位置就可以改變 AC(或 BC)之間電阻的大小，變阻器的符號如圖6-7(b)所示。小型的變阻器又稱電位器， 它在電子線路等電路中有著廣泛的應用。四、實驗內(nèi)容1、觀察電流表、電壓表及滑線變阻器、電阻箱上各符號，理解這些符號表示的意義。2、制流電路特性研究：以電阻箱作為負載，根據(jù) Ro的值，取K =0.1，確定 Rz的最大允許電流，確定實驗時的最大允許電流 Imax及電源電壓E。按圖1連 接電路。移動滑動變阻器滑動觸點C的位置，當其從最左端到最右端移動時，測量8 9組數(shù)據(jù)，記錄電流I的值及對應的滑動變阻器上C的位置I ,作 RacR =1兒 I的圖線，即為制流電路的特性曲線。測量I最大和最小時，C點每移一小格電流的變化值I。取K "，重復上述測量。3、 分壓電路特性研究：以電阻箱作為負載 Rz，取K=2，確定Rz，根據(jù)滑線 變阻器的額定電流及電阻箱 Rz的容許電流，確定E，特別注意BC段電阻上的 電流是否大于額定電流。4、 按圖6-3、6-6接線，即采用二段分壓、制流電路，再