1、制流电路与分压电路制流电路与分压电路 一个电路可以分为电源、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，根据测量的要求，负载的电流值I和电压值U在一定范围内变化。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和分压电路。控制元件主要使用滑线变阻 器 或 电 阻 箱.。实验简介v1、了解基本仪器的性能和使用方法；v2、掌握制流电路与分压两种电路的连接方法、性能和特点；v3、熟悉电磁学实验的操作规程和安全知识。实实 验验 目目 的的 图图 1 图图 2 图图 3 伏伏 特特 表表 毫安表毫安表图 1图 2零点调整螺丝标度盘极掌永久磁铁游丝指针108
2、6420线圈通电线圈在磁场中受力后通电线圈在磁场中受力后发生偏转，电磁感应定律发生偏转，电磁感应定律ASNB磁电式电表的工作原理磁电式电表的工作原理 图图 4N S BNSDIDBNSIMMDMBNSIBNIabaFMDIDI0)(2MI电磁驱动力矩，MD弹性扭转力矩，通电指针静止时，MI+MD=0gI线圈与与I I成成正正比，比，所所以以电电表表刻刻度度是是均均匀匀的的 图图 51.直流电压表 直流电压表是用来测量直流电路中两点之间电压的。根据电压大小的不同，可分为毫伏表（mV）和伏特表（V）等。电压表是将表头串联一个适当大的降压电阻而构成的，如图6所示，它的主要规格是：1）量程：即指针偏转
3、满度时的电压值。例如伏特表量程为07.5V15V30V，第一个量程在加上7.5伏电压时偏转满度，第二、三个量程在加上15伏、30伏电压时偏转满度。2）内阻：即电表两端的电阻，同一伏特表不同量程内阻不同。例如07.5V15V30V伏特表，它的三个量程内阻分别为1500，3000，6000，但因为各量程的每伏欧姆数都是200V，所以伏特表内阻一 般 用 V 统 一 表 示，可 用 下 式 计 算 某 量 程 的 内 阻。RP图 7RP图 6GG内阻量程每伏欧姆数 2.直流电流表 直流电流表是用来测量直流电路中的电流的。根据电流大小的不同，可分为安培表（A）、毫安表（mA）和微安表（A），电流表是在
4、表头的两端并联一个适当的分流电阻而 构 成 的，如 图 7 所 示。它 的 主 要 规 格 是：1）量程：即指针偏转满度时的电流值，安培表和毫安表一般都是多量程的。2）内阻：一般安培表的内阻在0.1以下。毫安表、微安表 的 内 阻 可 从 1 0 0 2 0 0 到 1 0 0 0 2 0 0 0 。3使用直流电流表和电压表应注意1）电表的连接及正负极：直流电流表应串联在待测电路中，并且必须使电流从电流表的“”极流入，从“”极流出。直流电压表应并联在待测电路中，并应使电压表的“”极 接 高 电 位 端，“”极 接 低 电 位 端。2）电表的零点调节：使用电表之前，应先检查电表的指针是否指零，如
5、不指零，应小心调节电表面板上 的 零 点 调 节 螺 丝，使 指 针 指 零 。3）电表的量程：实验时应根据被测电流或电压的大小，选择合适的量程。如果量程选得太大，则指针偏转太小，会使测量误差太大。量程选得太小，则过大的电流或电压会使电表损坏。在不知道测量值范围的情况下，应先试用最大量程，根据指针偏转的 情 况 再 改 用 合 适 的 量 程。4）视差问题：读数时应使视线垂直于电表的刻度盘，以免产生视差。级别较高的电表，在刻度线旁边装有平面反射镜。读数时，应使指针和它在平面镜中的 象 相 重 合。4.电表误差1）测量误差:电表测量产生的误差主要有两类：仪器误差：由于电表结构和制作上的不完善所引
6、起，例如轴承摩擦，分度不准，刻度尺划的不精密，游丝的变质等 原 因 的 影 响，使 得 电 表 的 指 示 与 其 值 有 误 差。附加误差：这是由于外界因素的变动对仪表读数产生影响而造成的。外界因素指的是温度、电场、磁场等。当电表在正常情况下（符合仪表说明书上所要求的工作条件）运用时，不会有附加误差，因而测量误差可只考虑 仪 器 误 差。2）电表的测量误差与电表等级的关系 各种电表根据仪器误差的大小共分为七个等级，即0.1，0.2，0.5，1.0，1.5，2.5，5.0。根据仪表的级数可以确定电 表 的 仪 器 误 差。磁电式电表（V、I）:作为仪器误差。式中 为电表的级别，Xmax 为电表
7、的上限（选择用测量档的量程）。例2：一个0.5级，3V量程的电压表，测量值分别为2.8V、2.0V时，测量的电表的仪器误差和相对误差分别是多少？解：其由仪器精度限制引起的仪器误差仪为：max%Xa议VVXa015.03%5.0%max 仪%75.0%1000.2015.0%100%54.0%1008.2015.0%1002211仪仪VXEVXE同一块电表不同的量程，级别相同，但选择不同的量程，仪器误差不同。一旦选择好量程后测量值越接近量程，测量误差越小。AC或交流电压或仪器竖直放置DC或-直流电压60仪器与水平面倾斜60放置 G电流表或检流计级防外磁场 A安培表 绝缘强度试验电压为2KVV 伏
8、特表 磁电式电表或 仪器水平放置磁电整流式电表0.5电表准确度等级公共端钮（多量程仪表）5.电表符号电表符号 直流多值电阻箱直流多值电阻箱10234567891023456789102345678910234567891023456789102345678999999.99.90.90100001000101000.11图1（a）六旋钮电阻箱六旋钮电阻箱待测电阻值待测电阻值=？图1（b）图图1（b）待测电阻值）待测电阻值=？如若图如若图1（b）接）接“0”和和“0.9”，待测，待测电阻值电阻值=？1000098765432100.999999.99.9010001001010.19876543
9、2109876543210987654321098765432109876543210电阻箱的规格是：1）总电阻：即最大电阻，如图1所示的电阻箱总电阻为9 9 9 9 9.9 。2）额定功率：指电阻箱每个电阻的功率额定值，一般电阻箱的额定功率为0.25W，可以由它计算额定电流，例如用100档的电阻时，允许的电流为 。旋钮倍率0.1110100100010000容许负载电流(安)1.50.50.150.050.0150.005 3）电阻箱的等级：电阻箱根据其误差的大小分为若干个准确等级，一般分为0.02，0.05，0.1，0.2等，它表示电阻值相对误差的百分数。例如0.1级，当电阻为87654.
10、3时，其误差为87654.30.187.7。即误差公式为RX=RX%(电表级别）。ARPI05.010025.0 如使用电阻小于10时，可选09.9两接线柱，这种接法可避免电阻箱其余部分的接触电阻对使用的影响，不同级别的电阻箱，规定允许的接触电阻标准亦不同。例如0.1级规定每个旋钮的接触电阻不得大于0.002，在电阻较大时，它带来的误差微不足道，但在电阻值较小时，这部分误差却很 可 观。例如：当电阻小于10时，用0和9.9接头可使电流只经过1、0.1这两个旋钮，即把接触电阻限制在20.0020.004以下；当电阻小于1时，用0和0.9接头可使电流只经过0.1这个旋钮，接触电阻就小于0.002，
11、如用0和9.9接头，则接触电阻就为20.0020.004。标称误差和接触电阻误差之和就是电阻箱的误 差。ADCBADCBADCBADCB滑线变阻器实物图滑线变阻器电路图以上是滑线变阻器作为电路中限流的三种接法。ADCB滑线变阻器在电路中起分压作用1.1.制流电路：制流电路：制流电路电流：实验原理实验原理 制流电路特性曲线图ACZRREI当C滑至A点RAC=0，负载处Umax=E；ZREImax,0minRREIZZZRRREU0min当C滑至B点RAC=R0，电压调节范围：EERREZ0相应电流变化范围：ZZRERRE0 负载RZ中的电流为：XKKIRRRRRERREIACZACZmax000
12、 00RRXRRKACZ制流电路的特点：制流电路的特点：1.K 越大，电流 I 调节范围越小；2.K1 时 ,I-X 图线的线性较好；3.K越小,X 0时,电流变化很大细调程差；4.不管R0大小，负载 RZ上电流都不为零。制流电路的电流改变是靠滑线电阻的移动来改变的，最少位移是一圈，因此一圈R0的大小决定了电流最小改变量IACZRREI因为对RAC微分有NREIREII0202max N为变阻器总圈数。当要求Imin变化更小时，如若R0不变则变阻器线圈变粗，N变太大，体积大。此时，可用二级制流电路制流电路实物连接图制流电路实物连接图 二级 制流电路测量电路。注意检查无误后方可合上开关00/RR
13、RREIZZ电流：0 电压变化范围:0E2.分压电路：当滑头在任意位置时，A、C两端的分值电压为：XRRERKRRRRERRRRRRRRRRRREUBCZACBCACZACZACZACZBCACZACZ00000RRXRRKRRRACZBCAC，式中分压电路1.不管R0大小，电压调节范围 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；取K=2,就可认为调节已达均匀；分压电路的特点分压电路当 K1时(即RZR0)ERRUBCZ对上式微分得BCZBCBCZRERURRERU22)(NRERURERUUZZ0202min 滑动头改变一圈位置所改变的最小电 压 量。当滑动一圈仍然不
14、能满足最小需求，可以采用二级分压电路。分压电路实物连接图分压电路实物连接图分压电路与直流电路的差别与选择 使用同一变阻器，分压电路消耗的电能比直流电路要大。反之，当负载电阻较小，功耗较大，调节范围不大的情况下，则选择直流电路，如若一级电路达不到细条要求，可以采用二级制流或分压电路。二级分压电路二级制流电路一.制流电路：1.按图1，要求K=0.1和1，取R0=1100，根据 RZ的最大允许电流，确定电源电压E？2.移动变阻器滑头端C，由B端逐渐移到A端,观察电流表的变化，微调电源电压，使得C端移动到A端时，电流表满程（即R0=0）。3.将滑动端C,由A端逐渐向B移动，每移动全长的1/5记录一次电
15、流的值。实实 验内容验内容 步步 骤骤二.分压电路：1.按图2，要求K=0.1和1，取R0=1100，取电源电压E=10V；2.变阻器滑头端C，由A端逐渐移到B端,观察电压表的变化，微调电源电压，使得C端移动到B端时，电压表满程（即R0=RZ）。3.将滑动端C,由B端逐渐向A移动，每移动全长的1/5记录一次电压的值。为了获得均匀调节的输出分压，滑线变阻器的规格将如何选择？二级制流和二级分压，必须接线演示，可不记录数据！E=1V K=0.1，R0=1100 滑动端位置(Rac/Rab=L/L0)RZ=电流表的量程 10mA 电表级别X(=L/L0）01/52/53/54/51滑线变阻器格数907
16、458422610电流值I(mA)以L/L0为横坐标，电流I为纵坐标作图；取K=1，R0=1100，E=11V,电流表量程10mA,重复上述步骤，表格自拟）；两幅图作在同一个坐标下，进行对比。根据所用电流表的准确度级别，求出仪器误差仪，并写出测量结果的表达式，I2/5测=mA。制流电路的数据记录表一滑线变阻器有效长度L=？E=11V K=1，R0=1100 滑动端位置(Rac/Rab=L/L0)RZ=110 电流表的量程 10mA 电表级别 X(=L/L0）01/52/53/54/51滑线变阻器格数907458422610电流值I(mA)以L/L0为横坐标，电流I为纵坐标作图；根据所用电流表的
17、准确度级别，求出仪器误差仪，并写出测量结果的表达式，I2/5测=mA 。滑线变阻器有效长度L=？制流电路的数据记录表二 U=10V K=0.1，R0=1100 滑动端位置(Rac/Rab=L/L0)电压表的量程 10V 电表级别 X(=L/L0）01/52/53/54/51滑线变阻器格数95775941235电压值U(V)以L/L0为横坐标，电压U为纵坐标作图；取K=1，R0=1100，电压表的量程10V,重复上述步骤，表格自拟）；两幅图作在同一个坐标下，进行对比。根据所用电压表的准确度级别，求出仪器误差仪，并写出测量结果的表达式，U2/5测=V 。分压电路的数据记录表一 U=10V K=1，
18、R0=1100 滑动端位置(Rac/Rab=L/L0)电压表的量程 10V 电表级别 X(=L/L0）01/52/53/54/51滑线变阻器格数95775941235电压值V(V)分压电路的数据记录表二以L/L0为横坐标，电压U为纵坐标作图；根据所用电流表的准确度级别，求出仪器误差仪，并写出测量结果的表达式，I2/5测=V。1.验过程中一定要严格按照电磁学实验操作规程进行实验(接好电路要仔细核查电路,经老师检查后，方可接通开关)；2.实验过程中要注意电源电压的选择，是否会有电流超过了最大容许电流等；3.使用电表前，注意调零。读数时，要三线重合。注意事项：注意事项：思考题vZX21型电阻箱的示值为9536.5，试计算它允许的基本误差，它的额定电流值，若示值改为0.8，试计算它的允许基本误差？v从制流和分压特性曲线求出电流值（或电压值）近似为线性变化时，滑线电阻的阻值。
