实验-分压电路特性研究
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实验-分压电路特性研究
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实验九 分压电路特性研究
实验目的
1．了解基本仪器的性能和使用方法；
2．掌握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
伏特计，直流电源，滑线变阻器，电阻箱，开关，导线。
实验原理
电路可以千变万化，但一个电路一般可以分为电源、控制和测量三个部分。
测量电路是先根据实验要求而确定好的，例如要校准某一电压表，需选一标准的电压表和它并联，这就是测量线路，它可等效于一个负载，这个负载可能是容性的、感性的或简单的电阻，以Z R 表示其负载。
根据测量的要求，负载的电流值I 和电压值U 在一定的范围内变化，这就要求有一个合适的电源。
控制电路的任务就是控制负载的电流和电压，使其数值和范围达到预定的要求。
常用的是制流电路或分压电路。
控制元件主要使用滑线变阻器或电阻箱。
1. 分压电路 (1) 调节范围
分压电路如图3-4所示，滑线变阻器两个固定端A 、B 与电源E 相接，负载Z R
V
Z
R A
C
B
K
E
R
图3-4 分压电路图
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0变至E ，调节的范围与变阻器的阻值无关。
(2)分压特性曲线
当滑动头C 在任一位置时，AC 两端的分压值U 为
AC
Z AC Z
BC AC
Z AC
Z BC
AC
Z
AC
Z R R R R R E
R R R R R R R R R E U ⋅++=
+⋅⋅
++⋅=
)(1
BC
AC Z AC
Z BC AC BC AC
Z AC Z R R R R R R E R R R R R R ER +⋅⋅⋅=++=
0)(
X R R E R K R R R R E R R R BC Z AC BC
AC Z AC Z
+⋅⋅=
⋅+⋅⋅=0
(3-4)
式中BC AC R R R +=0 ，0R R K z
=
， 0
R R X AC = 由实验可得不同K 值的分压特性曲线，如图3-5所示
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0 →E ； ②K 越小电压调节越不均匀；
③K 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2=K 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。
图3-5 分压特性曲线
(3)细调程度
当K<<l 时(即Z R <<0R )，略去式(1.6-4)分母项中的Z R ，近似有
E R R U BC
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 0
202min
⋅
⋅=∆⋅⋅=∆ (3-5) 式中N 为变阻器总圈数，Z R 越小调节越不均匀。
当1>>K 时(即z R >>0R )，略去式(3-4)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 )(
(3-6)
从上式可知，当变阻器选定后E 、0R 、N 均为定值，故当1>>K 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3-6将两个电阻10R 和20R 串联进行分压，其中大电阻用作粗调，小电阻用于细调。
K
E
Z
R 10
R 20
R
图3-6 二段分压电路图
【实验内容】 1．分压电路特性的研究
按图3-4电路进行实验，用电阻箱当负载Z R ，取2=K 确定Z R 值，参照变阻器的额定电流和Z R 的容许电流，确定电源电压E 之值。
要注意如图3-7所示，变阻器BC 段的电流是Z I 和CA I 之和，确定E 值时，特别要注意BC 段的电流是否大于额定电流。
移动变阻器滑动头C ，使加到负载Z R 上的电压从最小变到最大，在此过程中，测
量11次电压值U 及C 点在标尺上的位置Z ，用
l l
为横坐标，U 为纵坐标作图。
Z
R Z
I E
K
V
A
C
CA
I CB
I
图3-7 分压电路图
取K=1、0.5重复上述测量并绘图。
数据处理
1．分压电路特性研究
表一 分压电路的测量表格
当2 K 和K=1、0.5时分别以0
l l
(即0R R BC )为横坐标，电压U 为纵坐标作图，对分
压电路的特性进行研究。
思考题
1、“分压电路是用来控制电路的电压”这种想法对吗?
2、以下电路正确吗？若有错误说明原因，并改正之。
V
E K
Z
R V
E K
Z
R 测量次数 物理量
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 ，R Z = Ω，U(V) ，R Z = Ω，U(V) ，R Z = Ω，U(V)
l l
A
E
K
Z
R E
K Z
R A。
