制流電路和分壓電路的特性

張真 徐航

摘要： 本文根據制流電路和分壓電路的實驗原理，對其特性曲線進行理論分析。又通過實驗數據的測量和處理，用作圖的方法對制流電路和分壓電路特性進行探討。

關鍵詞： 制流電路分壓電路特性曲線

電學實驗是普通物理的基礎實驗，測量中經常用滑線變阻器來調節電路的電流與電壓。一般情況下，電路分為電源、控制和測量三部分。控制電路的任務是控制負載的電流和電壓，使其測量的數值和范圍達到實驗所預定的要求。本文就其制流電路和分壓電路的特性，從理論和實驗的角度進行系統的分析和探討。

1.制流電路的原理

制流電路如圖1所示，圖中E為直流電源，R為滑線變阻器，A為電流表，R■為負載，本實驗采用電阻箱，K為電源開關。將滑線變阻器的滑動頭c和任一固定端（如a端）串聯在電路中，作為一個可變電阻，移動滑動頭的位置可以連續改變ac之間的電阻R■，從而改變整個電路的電流I的值。

圖1制流電路圖

I=E/（R■+R■）（1）

當c滑至a點，R■=0，I■=E/R■

當c滑至b點，R■=R，I■=E/（R+R■）

一般情況下，負載R■中的電流為

I=E/（R■+R■）=E/R/[（R■/R）+（R■/R）]=I■·K/（K+X）（2）

式中：

K=R■/R，X=R■/R

實驗中所取的K值不同，制流電路的特性曲線就不同（可以通過實驗證明）。因此，制流電路就有幾個特點：當K越大時，電流調節范圍越小；當K≥1時，調節的線性較好；當K較小時（R？垌R■），X接近0時，電流變化很大，細調較差。但是不論R大小如何，負載R■上通過的電流都不能為零。

2.分壓電路的原理

分壓電路如圖2所示，滑線變電阻器的滑動頭c由a端滑至b端，當滑動頭c在任一位置時，ac端的分壓U為

圖2分壓電路圖

U={E/[R■·R■/（R■+R■）]+R■}·R■·R■/（R■+R■）

=[（R■/R）·R■·E]/[R■+（R■/R）·R■]

=（K·R■·E）/（R■+R■·X）（3）

式中：

R=R■+R■，K=R■/R，X=R■/R

實驗中所取的K值不同，分壓電路的特性曲線就不同（可通過實驗證明）。分壓電路也有幾個特點：不論R大小如何，負載R■的電壓調節均可以從0→E；K越小，電壓調節越不均勻；K越大，電壓調節越均勻，則取K>1比較合適。

3.制流電路的特性研究

按圖1接好線路，用電阻箱為負載R■，取K=R■/R為0.1和1時，確定R■=？實驗儀器有：電阻箱、滑線電阻（320Ω）、毫安表（0-25-50mA）、電源、開關和導線等。實驗中，合上閉合電源開關K，移動變阻器滑動頭c的位置，電流從最小到最大變化的過程中，測量8～10次電流值及相應c在標尺上位值L，并記下變阻器繞線的位置L，以L/L■為橫坐標，電流I為縱坐標作圖。

（1）K=0.1時，K=R■/R，R■=32Ω，L■=100刻度，數據表一：

（2）K=1時，K=R■/R，R■=320Ω，L■=100刻度，數據表二：

有制流電路特性曲線如圖3所示：

圖3制流電路的特性曲線

通過制流電路特性曲線圖看出，制流電路的電流大小的確定，是靠調節滑線電阻即滑動端位置來改變的。改變滑線變阻器的阻值，就可以改變電流的大小。

4.分壓電路的特性研究

分壓電路按圖2進行實驗，電阻箱當負載R■，取K=R■/R=0.1或2時確定R■值，變阻器的容許電流I，確定電源電壓E之值。實驗電路用的儀器有：電阻箱、滑線電阻（1900Ω）、電壓表（0-5-10V）、電源、開關和導線等。實驗中，合上閉合電源開關K，當變阻器移動滑動頭c時，觀察電流的變化規律，使加到負載R■上的電壓從最小變到最大，在此過程中測8～10次電壓值U及c點在標尺上的位置L，用L/L■為橫坐標，U為縱坐標作圖。

（1）K=0.1時，K=R■/R，R■=190Ω，L■=100刻度，數據表三：

（2）K=2時，K=R■/R，R■=3800Ω，L■=100刻度，數據表四：

有分壓電路特性曲線如圖4所示：

圖4分壓電路的特性曲線

通過實驗看出，分壓電路的電壓大小的確定，是靠調節滑線電阻即滑動端位置來改變的。改變滑線變阻器的阻值，就可以改變電路中電壓的大小。

5.結語

通過對制流電路與分壓電路實驗數據的測量和處理，繪制制流電路與分壓電路的特性曲線圖。通過實驗看出，制流電路中和分壓電路中，電流值和電壓值的大小，是通過改變滑線變阻器的阻值而確定的。由于實驗者的觀察會產生視覺誤差，儀器也存在系統誤差等，這都會給實驗數據帶來誤差。

參考文獻：

[1]穆曉東.制流與分壓電路實驗參數的選擇與確定[J].大學物理實驗，2004，（1）.

[2]楊述武，趙立竹.普通物理實驗、電磁學部分[M].高等教育出版社，2007.12.