電子發燒友App
變阻器的分壓與限流電路
利用變阻器通過分壓限流電路可以達到控制電路中電壓和電流的變化 . 通常分壓與限流電路中的變阻器為滑線式變阻器，它可以連續調節電路中的電壓和電流 . 因此，有必要對滑線式變阻器在分壓限流電路中的不同接法與特點進行全面的研究 .
【預習要求】
1．復習電阻定律及滑線變阻器的變阻原理 .
2．復習 2.2.2 電學實驗基本儀器 .
【實驗目的】
1．研究滑線式變阻器的有關參數.
2．比較滑線變阻器在分壓與限流電路中的接法 .
3. 學習設計簡單的控制電路，正確選擇滑線式變阻器電阻值、額定電流.
【實驗儀器】
滑線變阻器，電阻箱，穩壓電源，安培表，伏特表
【實驗要求】
1 ．設計一個用伏安法測量阻值為 50Ω 左右負載的控制電路，測量電流的范圍為 0.01A 到 0.1A.
(1) 選擇合適的電源 ( 規格 ) ，安培表、伏特表 ( 量程 ) ，滑線式變阻器 ( 阻值、額定電流 ) ，設計電路連接的方法和依據 .
(2) 用實驗來驗證你的選擇和設計的正確性，作出特性曲線，考察細調情況，進行分析和討論 .
2 ．設計一個用比較法來校準伏特表的控制電路，已知負載總電阻為5000Ω左右(待校表與校準表內阻并聯總電阻) ，待校表量程為3V ，具體要求與第 1 個設計內容的要求相同 .
【實驗提示】
從研究電路的角度來看，一個實驗電路一般可分為電源、控制電路和測量電路三部分 . 測量電路是事先根據實驗方法確定好的，例如要用比較法校準某一安培表，先要選好一個標準安培表，使它和待校表串聯，這就是測量電路 . 測量電路既已確定，總是可以把它抽象地用一個電阻 R 來代替，稱為負載 . 根據負載所要求的電壓值 U 和電流值 I 就可選定電源，一般電學實驗對電源并不苛求．只要選擇電源的電動勢 E 略大于 U ，電源的額定電流大于工作電流 I 即可 .負載和電源都確定后，就可以確定控制電路，使負載能獲得所需要的不同要求的電壓和電流值 . 一般來說，控制電路中電壓或電流的變化，都可用滑線式可變電阻來實現 . 控制電路有限流和分壓兩種最基本接法，其中要考慮的是電路的調節范圍、特性曲線、細調程度等 .
1. 限流電路
(1) 調節范圍
限流電路如圖 30 － 1 所示， 滑線變阻器作為一個可變電阻 R 2 （即一個固定接頭 A和 滑動觸頭 C 兩端之間的電阻） 串聯到電路中 . 不計電源、安培表和伏特表的內阻，在負載 R 上的電壓和電流分別為：
(30-1)
當滑動觸頭 C 移到 A 端時， 接入電路中的電阻最小， R 2 ＝ 0 ，故負載上電壓電流最大：
(30-2)
當滑動觸頭 C 移到 B 端時， 接入電路中的電阻最大， R 2 ＝ R 0 ，故負載上電壓電流最?。?
(30-3)
從上面可知，負載上電壓電流變化范圍在 U min ～ U max 和 I min ～ I max 之間，理論上滑線變阻器總電
阻 R 0 越大，變化范圍越寬，但同時會使得限流特性曲線的線性程度變差 .
引入參數： 
和 
則： 
(30-4)
對于不同的 k 值， x 與 
的關系如圖 30 － 2 所示（即限流特性曲線） . 由圖可知：
1) 負載 R 上的電壓電流不可能為零 .
2)k 越大，電流調節范圍越小，但線性程度越好 .
3) 對于 k ＝ 1 附近，調節線性較好，電流調節范圍適中 .
4)k 較小時，電流調節范圍很大，但線性程度很差，這種情況下細調程度不夠 .
(3) 細調程度
負載上的電流變化是靠滑線變阻器上活動觸頭位置的移動來實現 . 但是，實際上即使很細心地移動活動接頭，位移至少是電阻繞線的一圈 . 若繞線一圈的電阻值為 
，那么控制電路阻值的變化至少也是 
，負載上的最小改變量 
和 
也必然同時受到限制 . 因為 
，微分可得
(30-5)
所以： 
(30-6)
可以看出，若 E ， R ， 
都已確定，當負載上電壓越小，則 
和 
越小，控制電路能夠較精細地改變負載的電壓電流 .
2. 分壓電路
(1) 調節范圍
圖 30 － 3 就是分壓電路，當活動觸頭 C 從 B 移到 A 時，負載上電壓 U 就從零變到 U 0 ，調節范圍和變阻器阻值無關 .
(2) 分壓特性曲線
負載 R 兩端的電壓 U 為：
(30-7)
引入參數： 
和 
，
可得：
(30-8)
對于不同的 
值， 
與 
的關系如圖 30 － 4 所示，可以看出：
1) 若要使電壓 U 在 0 ～ U max 內均勻變化，則取 k>1 比較合適，因此要求選用的變阻器電阻 R 0 小于負載電阻 R .
2) 對作分壓器用的變阻器的額定電流，應以總電流的最大值來考慮 .
3) 細調程度
因為 
，所以分三種情況考慮：
1) R>>R 0 時， 
， 
, 即 U 的最小改變量為：
(30-9)
當 
， 
， 
都確定后， 
也確定，即在整個調節范圍內的調節精細程度都是一樣 .
2) R<<R 0 時， 
， 
, 即 U 的最小改變量為：
(30-10)
可以看出，此時分壓接法的細調程度不好 . 故在實際應用中一般很少采用 .
3) R 和 R 0 在相同數量級時，計算比較復雜，但只要 R ≥ 2 R 0 時，結果和 R>>R 0 情況差不多 .
時，結果和 R<<R 0 情況差不多 . 其他的情況則介于 1) 和 2) 之間過渡情況 .
所以，在實際分壓電路應用中，一般都選擇 R ≥ 2 R 0 來使用 .
3. 安排控制電路的一般方法
一般在安排控制電路時，并不要求設計出一個最佳方案，只要根據現有的儀器設備設計出既安全又省電且能滿足實驗 要求的電路就可以了 . 設計方法一般也不必做復雜的計算，可以邊實驗邊改進 . 先根據負載的阻值及要求調節的范圍 ，確定電源電壓 E ，然后綜合比較一下采用分壓還是制流，確定了 R 0 后，估計一下細調程度是否足夠，然后做一些 初步試驗，看看在整個范圍內細調是否滿足要求 . 如果不能滿足，則可以加接變阻器，分段逐級細調，如圖 30 — 5 和圖 30— 6 所示，也可以分壓與制流配合使用 .
【如圖所示】
【設計報告要求】
1. 寫明實驗的目的和意義
2. 闡明實驗原理和設計思路
3. 說明實驗方法和測量方法的選擇
4. 列出所用儀器和材料
5. 確定的實驗步驟
6. 設計數據記錄表格
7. 確定實驗數據的處理方法
【注意事項】
1 ．應用各種儀器前，仔細查閱有關說明書和使用方法．
2 ．各電路元件在測量時，接地點應與儀器的接地點一致．
【思考題】
1 ．在 RC 暫態過程中，固定方波的頻率，而改變電阻的阻值，為什么會有不同的波形？而改變方波的頻率，會得到類似的波形嗎？
2 ．在 RLC 暫態過程中，若方波的頻率很高或很低，能觀察到阻尼振蕩的波形嗎？如何由阻尼振蕩的波形來測量 RLC 電路的時間常數？
3 ．在 RC 、 RL 電路中，當 C 或 L 的損耗電阻不能忽略不計時，能否用本實驗測量電路中時間常數？
工商網監
評論