制流电路与分压电路示波器等

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1、实验一 制流电路与分压电路电路可以千变万化,但一个电路一般可以分为电源、控制和测量三个部分.电路中的负载可能是容性的、感性的或简单的电阻.根据测量的要求,负载的电流值 和电压值 要在IU一定的范围内变化,这就要求有一个合适的电源.测量电路是根据实验要求确定好的,如电流表与负载串联测负载中通过的电流,电压表与负载并联测负载两端的电压.制流电路和分压电路是用来控制负载的电流和电压,使其变化范围达到预定的要求,控制元件主要使用滑线变阻器或电阻箱.为了更好的控制负载的电流和电压,必须了解制流电路和分压电路的特点.实验目的1.了解电磁学实验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连结方法、

2、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.实验仪器直流稳压电源,电压表,电流表,万用电表,滑线变阻器,电阻箱 2 个,开关,导线.实验原理 1.制流电路制流电路如图 2-1-1 所示,图中 为直流电源; 为E0R滑线变阻器; 为电流表; 为负载; 为电源开关.它是将AZRK滑线变阻器的滑动头 和任一固定端(如 端)串联在电路CA中,作为一个可变电阻,移动滑动头的位置可以连续改变之间的电阻 ,从而改变整个电路的电流 .CACI(1)调节范围由： 图 2-1-1 制流电路图AKEBCR0ARz (2-1-ACZREI1)当 滑至 点 , ,负载处 ; CA0C

3、RZImaxEUmax当 滑至 点 ， ,B0A0inRIZZR0in电压调节范围： ERZ0相应的电流变化为 ： Z0(2)制流特性曲线一般情况下负载 中的电流为ZR(2-1-XKIREIACZACZ max02)式中 ， .0RKz0XAC图 2-1-2 表示不同 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： 越大电流调节范围越小; l 时调节的线性较好;K 较小时(即 ), 接近 0 时电流变化ZR0X很大,细调程度较差;不论 大小如何,负载 上通过的电流都不可能0RZ为零.(3)细调范围的确定 0.510ImaxXK=102图 2-1-2 图 2-1-2图 6图 5图

4、 4 (mV)V4321H4321H图 2 霍尔效应原理图xyINEyIzBvfHfEUH-+图 1 霍尔效应测试仪面板图IMIS测量选择IM调节IS调节调 零VH V0 输出IM输出IS输出图 1图 2 箱式惠斯通电桥图 1Rx水容器水银温度计电热丝惠斯通电桥图 3-2 制流特性曲线图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.0R因为 ZACREI对 微分 ACRACZAACRI 2(2-1-NREII002min3)式中 为变阻器总圈数.从上式可见,当电路中的 、 、 确定后, 与 成正NZ0I2比,故电流越大,则细调越

5、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 变小,而 不能太小,否则会影响电流的调节范围,所以只能使maxI0R变大 ,由于 大而使变阻器体积变得很大,故 又不能增得太多,因此经常再串一变阻器,采N用二级制流,如图 2-1-3 所示,其中 阻值大,作粗调用, 阻值小作细调用,一般 取1020R20R,但 、 的额定电流必须大于电路中的最大电流 .10/R120RmaxI2. 分压电路(1) 调节范围分压电路如图 2-1-4 所示,滑线变阻器两个固定端 、 与电源 相接,负载 接滑ABEZR动端 和固定端 (或 )上,当滑动头 由 端滑至 端,负载上电压由 0

6、变至 ,调节CABC的范围与变阻器的阻值无关.图 2-1-3 二级制流电路图AKER10 R20 RZ图 2-1-4 分压电路图V KERZA R0C B 当滑动头 在任一位置时, 两端的分压值 为CACUBCABCAZZACZBZBCAZ RRERERREU )()(1(2-1-BCAZE0 XEKRBCZABCAZ04) 式中 , , BCAR00KZ0XAC(2)分压特性曲线由实验可得不同 值的分压特性曲线,如图 2-1-5所示. 从曲线可以清楚看出分压电路有如下几个特点：不论 的大小,负载 的电压调节范围均0RZ可从 0 ;E 越小电压调节越不均匀;K 越大电压调节越均匀,因此要电压

7、在 0U到 整个范围内均匀变化,则取 比较合适,实际 那条线可近似作为直线，故maxU1K2K取 即可认为电压调节已达到一般均匀的要求了.0R2Z(3)细调范围的确定当 时(即 )，略去式(2-1-4)分母项中的 ,近似有1K0RZZREUBCZ经微分可得 BCZBCZRER22)(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K=10K=2K=1 K=0.1K=0.50 0.5 1.0UUmaxX图 2-1-5 分压特性曲线 (2-1-NREURUZZ0202min5)式中 为变阻器总圈数, 越小调节越不均匀.NZ当 时(即 ),略去式(2-1-4)中的 近似有1KR0 XRBCEUA

8、0对上式微分得 ,细调最小的分压值莫过于一圈对应的分压值,所以ACREU0(2-1-NE0min)(6)从上式可知,当变阻器选定后 、 、 均为定值,故当 时 为一个常0R1Kmin)(U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, 越小越好,0R但 上的功耗也将变大.因此还要考虑到功耗不能太大,则 不宜取得过小.取0R 0R即可兼顾两者的要求.与此同时应注意流过变阻器20Z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 2-1-6 将两个电阻 和 串联进行分压,其中大电10R2阻用作粗调,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

9、范围分压电路的电压调节范围大，而制流电路电压调节范围较小.(2) 细调程度当 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0R2Z压值小,能调得较精细,而电压值大时调节变得很粗.(3) 功率损耗图 2-1-6 二段分压电路图RZR10 R20EK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.仔细观察各仪表,说明各符号的意义,记录各仪表的等级.2.用万

10、用电表测试电路是否正常？3.制流电路特性的研究按图 2-1-1 电路进行实验,用电阻箱为负载 ,取 (即 )为 0.1,确定 =？根据ZRK0ZZR所用的安培表的量限和 的最大容许电流,确定实验时的最大电流 及电源电压 值.ZRmaxIE注意, 值应小于 最大容许电流.maxI联结电路(注意电源电压及 取值, 取最大值),复查电路无误后,闭合电源开关 ,移ZACRK动 点观察电流值的变化是否符合设计要求.C移动变阻器滑动头 ,在电流从最小到最大过程中,测量 810 次电流值及相应 在标C C尺上的位置 ,并记下变阻器绕线部分的长度 ,以 (即 )为横坐标,电流 为纵坐标l 0l0RBCI作图.

11、注意,电流最小时 的标尺读数为测量 的零点.Cl其次,测一下在 最小和最大时, 移动一小格时I电流值的变化 .取 ,重复上述测量并绘图.1K4.分压电路特性的研究按图 2-1-4 电路进行实验,用电阻箱当负载 ,ZR取 确定 值,参照变阻器的额定电流和 的容许电流,确定电源电压 之值. 2ZR E要注意如图 2-1-7 所示,变阻器 段的电流是 和 之和,确定 值时,特别要注BCZICAZVIAICBK图 2-1-7 分压电路图意 段的电流是否大于额定电流. BC移动变阻器滑动头 ,使加到负载 上的电压从最小变到最大,在此过程中,测量CZR810 次电压值 及 点在标尺上的位置 ,用 为横坐标

12、 , 为纵坐标作图.U0lU其次,测一下当电压值最小和最大时, 移动一小格时电压值的变化 .取 ,1.0K重复上述测量并绘图.数据记录 表 2-1-1 制流电路的测量表格表 2-1-2 分压电路的测量表格思考题1. 型电阻箱的准确度为 0.1 级,若示值为 9563.5 ,试计算它的允许基本误差,21ZX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.2.“制流电路是用来控制电路的电流,分压电路是用来控制电路的电压”这种想法对吗？3.从制流电路和分压电路特性曲线求出电流值（或电压值）近似为线性变化时,滑线变阻器的阻值.测量次数物理量1 2 3 4 5 6 7 8 9 10.0KA

13、I0l测量次数物理量1 2 3 4 5 6 7 8 9 10.0KVU20l实验二 示波器的使用实验目的1了解示波器显示电信号波形的原理2学会用示波器观察正弦电信号的波形3学会用示波器测量交流电压峰-峰值及周期4学会用示波器观察李萨如图形实验仪器示波器，函数信号发生器实验原理示波器用途极广泛，它的最大特点是能把看不见的电信号变换成可见的图像，如电流、电压波形等，还能测量相位、频率，是工程技术上常用的电子仪器最简单的示波器应包括以下五个部分：示波管、扫描发生器、同步电路、水平X轴和垂直Y轴放大器、电源供给由于示波管本身的X及Y轴偏转板的灵敏度不高，当加于偏转板的信号电压较小时，电子束不能发生足够

14、的偏转，以致屏上光点位移过小，不便观测这就需要预先把小的信号电压加以放大再加到偏转板上为此，设置X轴及Y轴电压放大器用方框图表示于图2-7-1图 2-7-1 示波器基本结构所示从“Y轴输入” 与“ 地”两端接入的输入电压U in，经“衰减器”衰减为（R+9R）U in/(R+9R+90R)=Uin/10后，作用于“Y轴电压放大器”经放大器放大G倍后，为GU in/10，作用于Y 1-Y2两偏转板，能使示波管屏上光点位移增大调节“Y轴增幅”旋钮，即调整放大倍数G，可连续地改变屏上光点位移的大小“衰减器”的作用是使过大的输入电压变小，以适应“ Y轴电压放大器”的要求，否则放大器不能正常工作，甚至受

15、损衰减率通常分为三档：1、1/10、1/100X轴有同样作用的衰减器与电压放大器.若要在屏上观测一个从Y轴输入的周期性信号电压的波形，则必须使一个（或几个）周期内的信号电压随时间变化的细节稳定地出现在荧光屏上，以利观测例如，交流电压UyU msint是时间的函数，它的正弦波形是熟知的但把U yU msint电压（通过放大器）加到两个Y轴偏转板时，荧光屏上的光点只是作上下方向的正弦振动，振动的频率较快时，看起来是一条垂直线如果屏上的光点同时沿X轴正方向作匀速运动，我们就能看到光点描出了时间函数的一段正弦曲线如果光点沿X轴正向匀速地移动了U y的一个周期之后，迅速反跳到原来开始的位置上，再重复X轴正向的匀速运动，则光点的正弦运动轨迹就和前一次的运动轨迹重合起来了每个周期都重复