实验报告制流电路与分压电路

级 物理(1) 班 B2 组 实验日期

姓名: 学号 25号 老师评定

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 ZX21a 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；R0为滑线变阻箱，为电流表；RZ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 RAC，从而改变整个电路的电流I，

IE (1)

RZRAC图1

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

RZEE

R0RZ相应的电流变化为

EE

R0RZRZ一般情况下负载 RZ中的电流为

IERZRACER0IKmax， (2) RZRACKXR0R0图2

式中 KRRZ,XAC. R0R0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） K1时调节的线性较好；

（3） K较小时（即 R0RZ），X接近O时电流变化很大，细调程度较差；

（4） 不论R0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IE，对 RAC 微分

RACRZ图3

IIE•RAC ， 2RACRACRZIminI2I2R0•R0•， (3) EEN式中N为变阻器总圈数。从上式可见，当电路中的 E,RZ,R0确定后，ΔI与I2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

Imax 变小，而R0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R10 阻值大，作粗调用，R20阻值小作细调用，一般R20取 R10最大电流。

图4

10，但R10,R20 的额定电流必须大于电路中的

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RZ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。

UERzRACRBCRZRAC•RZRACKRACE (4) RZRACRZRBCX式中R0RACRBC,KRRZ,KAC R0R0从曲线可以清楚看出分压电路有如下几个特点：

图5

（1）不论 R0 的大小，负载 RZ 的电压调节范围均可从0E；

（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Umax整个范围内均匀变化，则取 K1 比较合适，实际K=2那条线可近似作为直线，故取 R0RZ即可认为电压调节已达到一般2均匀的要求了。当 K1时即RZR0 略去（4）分母项中的RZ，近似有URZ 经E，

RBC微分可得：URZERBC2•RBCU2RBC RZE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

UminRU2U2R0•0 (5) RZERZEN式中N为变阻器总圈数，RZ越小调节越不均匀。

当K》1时（即RZR0），略去式（4）中的RBC•X，近似有UERAC，细调最小的分压值莫过于一圈对应的分压值，所R0RACE，对上式微分R0得U以

UminEER0 (6) R0N图6

从上式可知，当变阻器选定后 E,R0,N均为定值，故当K》1 时Umin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，R0越小越好，但R0上的功耗也将变大，因此还要考虑到功耗不能太大，则R0不宜取得过小，取R0RZ 2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6将两个电阻R10和R20串联进行分压，其中大电阻作粗调，小电阻用于细调。

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，可从OE ；而制流电路电压条件范围较小，只能从

RZ•EE。

RZR0(2)细调程度

R0RZ时，在整个调节范围内调节基本均匀，但制流电路可调范当围小；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)功耗损耗

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。

实验内容

1、仔细观察电表的度盘，记录下度盘下侧的符号及数字，说明其意义？说明所用电表的最大引用误差是什么？

电流表左边有“C19－mA”是型号，右边有“1.0 ＿”其中“1.0”

代表电表的等级，说明这电流的最大引用误差为：Δmax= (Xmax量程) ×a% = (使用的电流表量程) ×1.0%，“场及电场的作用，“

”说明此电流表为磁电系仪表，“

”说明此电流表具有Ⅱ级防外磁

”表示此电流表的标尺位置必须水平放置电表标针指示的值才准确，

” 表示此电流表进行绝缘强

“＿”表示此电流表为直流电流表，不能测量交流电，“度试验电压为2KV。

电压表左边有“C31－mV”是型号，右边有“0.5 ＿”其中“0.5”

代表电表的等级，说明这电流的最大引用误差为：Δmax= (Xmax量程) ×a% = (使用的电压表量程) ×0.5%，“

”说明此电压表为磁电系仪表， “

”表示此电压表的标尺位置必

须水平放置电表标针指示的值才准确，“＿”表示此电压表为直流电压表，不能测量交流电，“

”说明此电压表具有Ⅱ级防外磁场及电场的作用，“

” 表示此电压表没有进行绝

缘强度试验。

2、制流电路特性的研究

a.按电路图1-1联结电路，RZ用ZX25a电阻箱，其额定功率P=1W，R0用10Ω滑线变阻器，实验时填下表的数据，实验时电流表 A用 500mA 。

K值 RZ大小(Ω) RZ容许电流(mA) 最大总电流Imax(mA) 电源电压E(V) 0.1 0.1 1 实验时实际取300 1 1 1 10 实验时实际取300 1 b.移动变阻器滑动头C，在电流从最小到最大过程中，测量11次电流值及C在标尺上的位置l，并记下变阻器绕线部分的长度l0，以l/l0为横坐标，电流I的纵坐标作图。记录l0= 140

其次，测一下当电流值I在最小和最大时，C移动一小格时电流值的变化，记录k=0.1时， I最小时ΔI=0.1mA，I最大时ΔI=11mA，记录k=1时I最小时ΔI=0.4mA ，I最大时ΔI=2.8mA

取K=1，重复上述测量并绘图。

l K值 l0 130 120 110 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 1.000.920.850.780.710.0.570.500.420.350.280.210.140.070.00l / l0 0 9 7 6 4 3 1 0 9 7 6 4 3 1 0 0.1 I(mA) 1 37 38 40 42 45 48 53 57 63 73 90 118 160 220 300 150 160 170 180 191 203 215 225 235 246 258 269 278 287 300 3、分压电路特性的研究

a.按图1-4联结电路，RZ用ZX25a电阻箱，其额定功率为1W，R0用10Ω滑线变阻器，电压表 V 用1V档，请计算以下数值，电路中最小总电阻R总，最大总电流I总。R总＝I总＝IZ+ I0，E＝I总R总，

RzR0，

RzR0RZ大小K值 (Ω) RZ容许电流(mA) RZ容许端电压Uz(mV) 最大电压Umax(mV) 电源电压E(V) 实验时实际取2 20 224 4480 1000 1 实验时实际取0.1 1 1000 1000 1000 1 b.联结好电路，取好电源电压E与RZ的值，RAC取最小值，复查一次电路无误后，闭合开关K，如无异常，移动C点观察电压值是否符合设计要求。

c.移动变阻器滑动头C，在电压从最小到最大过程中，测量11次电压值及C在标尺上的位置l，并记下变阻器绕线部分的长度l0，以l/l0为横坐标，电压U的纵坐标作图。记录l0=140

l K值 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 l0 l / l0 0.000.070.140.210.280.350.420.500.570.0.710.780.850.921.000 1 3 4 6 7 9 0 1 3 4 6 7 9 0 2 U(V) 0.1 0 25 68 115 165 210 270 330 390 460 550 650 760 880 1000 0 12 25 45 65 85 110 140 180 230 290 380 520 752 1000 其次，测一下当电压值U在最小和最大时，C移动一小格时电压值的变化，记录K=2时U最小时ΔU=2.0mV，U最大时ΔU= 18mV；记录K=0.1时U最小时ΔU=1.1mV，U最大时ΔU= 35mV

R 二段分压电路

取K=0.1，重复上述测量并绘图。 思考题

1、ZX21型电阻箱的示值为9563.5Ω，试计算它允许的基本误差，它的额定电流值，若

示值为0.8Ω，试计算它允许的基本误差。

档 ZX21 (1)W型电阻箱规格 等级 10000 1000 100 10 1 0.1 0.10 0.10 0.50 1.00 2.00 5.00 当R=9563.5Ω时UB (R)=(9000×0.1%+500×0.1%+60×1.0%+3×2.0%+0.5×5.0%)/3=7.03Ω

当R=0.8Ω时UB (R)=(+0.8×5.0%)/3=0.04Ω

2、以下电路正确吗？若有错误说明原因，并改正之。

R V V RZ R0 R0 A E K E K E K A E K

图a、b、c都是错误的，只有图d是正确的。因为图a这电路虽然也能起到分压作用，但负载电阻RZ两端不能分到0伏的电压，而且当滑动变阻器的滑动触头向左边移动到尽头处，电源变成短路，这是非常危险的电路；图b这电路没有分压作用；图c这电路没有制流作用；正确的电路图如下图

RZ V A E K R0 E K I/mA 制流电路特性的研究28023018013080300.000K=0.1K=10.2000.4000.6000.8001.000l/l 分析：从这制流电路特性曲线图中可以看出，实验结果与实验原理的曲线非常一致，也就是说K越大电流的调节范围越小；K≥1时，曲线趋近直线，线上每点的斜率变化越平缓，说明调节线性较好，这种情况就是我们使用滑线变阻器所需要的效果，所以实验时选择仪器时可以考虑的重要条件；K值较小 (K=0.1) 时，X接近0时电流变化很大，细调程度较差，遇到这种情况不方便调节电流，我们选择仪器时要避免这种情况。

10008006004002000分压电路特性的研究U/mV k=2k=0.10.0000.1430.2860.4290.5710.7140.8571.000l/l 分析：从这分压电路特性曲线图中可以看出，实验结果与实验原理的曲线非常一致，也就是说不轮K的大小，负载RZ的电压调节范围均为0－E；K值越小 (K=0.1) 时，电压调节越不均匀，遇到这种情况不方便调节电压，我们选择仪器时要避免这种情况；K值越大电压调节越均匀，因此要电压U在0到Umax整个范围均匀变化，则取K>1比较合适，K=2时曲线趋近直线，线上每点的斜率变化较小，说明调节线性较好，这种情况就是我们使用滑线变阻器所需要的效果，所以实验时选择仪器时可以考虑的重要条件；。