实验一 制流电路与分压电路

制流电路与分压电路、伏安法测电阻

一、实验目的

1. 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； 2. 熟悉电磁学实验的操作规程和安全知识； 二、实验仪器

YJ-DZT-I电磁学综合实验平台、伏安特性实验模板、导线。 1. 伏安特性实验模板如图l所示

图l

三、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，需选一个标准的电压表和它关联，这就是测量线路，它可以等效于一个负载，这上负载可能是容性的、感性的或简单的电阻，以RZ表示其负载。根据测量的要求，负载电流值I和电压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。控制元件主要使用变阻器或电阻箱。

1、制流电路

A为电流表，RZ为负载，K为电源电路如图2所示，图中E为直流电源；R0为变阻器，○

开关。它是将变阻器的滑动头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，图2制流电路图

RZ A C R0 B A E 图2 K IE （1）

RZRAC当C滑至A点RAC＝0 ，ImaxE,负载处Umax=E； RZEERZ , UminRZR0RZR0当C滑到B点RAC＝R0 , Imin 电压调节范围：

RZE E R0RZEE

R0RZRZ 相应的电流变化为： 一般情况下负载RZ中的电流为

IERZRACER0IKmax (2) RZRACKXR0R0 式中 KRRZ ,XAC。 R0R0图3表示不同K值的制流特性曲线。

图3

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） K≥1时调节的线性较好；

（3） K较小时（即R0>>Rz），X接近0时电流变化很大，细调程度较差； （4） 不论R0大小如何，负载Rz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变阻器滑动端位置移动来改变的，最少位移动是一圈，因此一圈电阻△R0的大小就决定了电流的最小改变量。

分压电路如图4所示，变阻器两个固定端A、B与电源E相接，负载Rz接变阻器滑动端

E A R0 K RZ V C B 图4 分压电路 C和固定端A（或B）上，当滑动头C由A端滑至B端，上电压由0变到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

URRERZRACEEZACRZRACRZRACRRRACRZRACRBCRBCRAC1BCZRZRACRZRACRZRACER0KRACERRZRBCXRZACRBCR0 （3）

RZRACERZR0RBCRAC式中，R0RACRBC,KRZR,XAC R0R0由实验可得不同K值的分压特性曲线，如图5所示。

图5分压特性曲线

从曲线可以清楚看出分压电路有以下特点：

（1）不论R0的大小，负载Rz的电压调节范围均可以从0---E； （2）K越小电压调节越不均匀；

（3）K越大电压调节越均匀，因此要电压U在0到Umax整个范围内均匀变化，则取K＞1比较合适，实际K=2那条曲线可近似作为直线，故取R0≤RZ/2即可认为电压调节已达到一般均匀的要求了。

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，可以从0―E；而制流电路电压调节范围较小，只能从

RZE―E。

R0RZ（2） 细调程度 当R0RZ时，在整个调节范围内调节基本均匀，但制流电路可调范围小；负载上的电2压值小，能调得较精细，而电压值大时调节变得很粗。

（3） 功率损耗

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的要求，则可采用二级制流（或二段分压）的方法以满足细调要求。

4. 伏安法测电阻

如图6、图7所示,测出通过电阻R的电流I及电阻R两端的电压U,则根据欧姆定律,可知

E 图6 E 图7 K K R R V A V A R = U/I

伏安法有两种联线方法，外接法（如图6）----电流表在电压表的外侧，内接法（如图7）----电流表在电压表的里侧,。

两种联线方法引入的误差 (1) 内接法引入的误差

设电流表的内阻为RA,回路电流为I,则电压表测出的电压值 U =IR+ IRA =I (R+RA) 即电阻的测量值RX 是 RX =R+ RA

可见测量值大于实际值,测量的绝对误差为RA,当RA<设电阻R 中的电流为IR,又设伏特计中流过电流为IV。伏特计内阻为RV,则电流计中电流

IIRIVU(11) RRV因此电阻R 的测量值RX 是

RxRVUR IRRV由于RV<(R+ RV),所以测量值RX 小于实际值R,测量的相对误差

RXRRRRRV

式中负号是由于绝对误差是负值,只有当RV>>R 时才可以用外接法。 四、实验内容与步骤

1．制流电路特性的研究 按下图电路进行实验，

KRZR0E 图8 K RZ A C R0 B A 根据

选择不同的RZ(R1或R2)和不同的R0，如图8联结电路（注意电源电压及RZ取值，RAC取最大值），复查一次电路无误后，闭合电源开关K（如果发现电流过大要立即切断电源！），旋动电位器观察电流值的变化是否符合设计要求。

旋动电位器,在电流从最小到最大的过程中，测量8—10次电流值及相应的R0阻值(用数字万用表测量), 以R0为横坐标，电流为纵坐标作图。 注意，电流最大时R0为测量R0的零点。

2. 分压电路特性的研究 按下图电路进行实验，

KRZR0图9分压电路 R E V A R0 K C B RZ 根据选择不同的RZ(R1或R2)和不同的R0, R为保护电阻(可以是R1或R2)。

要注意变阻器BC段的电流是IZ和ICA之和，确定E值时，特别注意BC段的电流是否

大于额定电流。

旋动电位器，使加到负载RZ上的电压从最小变到最大，在此过程中，测量8—10次电压值U及相应的R0阻值(用数字万用表测量), 以R0为横坐标，U为纵坐标作图。

3．伏安法测电阻

如图10、图11所示,测出通过电阻R(R1或R2)的电流I及电阻R两端的电压U,则根据欧姆定律,可知

V A R E K

图10 R = U/I

V A R E K 图11