制流电路与分压电路、伏安法测电阻二、实验仪器YJ-DZT-I电磁学综合实验平台、伏安特性实验模板、导线1. 伏安特性实验模板如图l所示图l三、实验原理电路可以千变万化，但一个电路一般可以分为电源、控制和测量三个部分测量电路是先根据实验要求而确定好的，例如要校准某一电压表，需选一个标准的电压表和它关联，这就是测量线路，它可以等效于一个负载，这上负载可能是容性的、感性的或简单的电阻，以RZ表示其负载根据测量的要求，负载电流值I和电压U在一定的范围内变化，这就要求有一个合适的电源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或分压电路控制元件主要使用变阻器或电阻箱1、制流电路电路如图2所示，图中E为直流电源；R0为变阻器，为电流表，RZ为负载，K为电源开关它是将变阻器的滑动头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，图2制流电路图AKABCRZER0图2 （1）当C滑至A点RAC＝0 ，,负载处Umax=E；当C滑到B点RAC＝R0 , , 电压调节范围： E 相应的电流变化为： 一般情况下负载RZ中的电流为 (2) 式中 ,。
图3表示不同K值的制流特性曲线图3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0时电流变化很大，细调程度较差；（4） 不论R0大小如何，负载Rz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变阻器滑动端位置移动来改变的，最少位移动是一圈，因此一圈电阻△R0的大小就决定了电流的最小改变量2.分压电路分压电路如图4所示，变阻器两个固定端A、B与电源E相接，负载Rz接变阻器滑动端KABCRZER0图4 分压电路VC和固定端A（或B）上，当滑动头C由A端滑至B端，上电压由0变到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 （3）式中，由实验可得不同K值的分压特性曲线，如图5所示图5分压特性曲线从曲线可以清楚看出分压电路有以下特点：（1）不论R0的大小，负载Rz的电压调节范围均可以从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，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那条曲线可近似作为直线，故取R0≤RZ/2即可认为电压调节已达到一般均匀的要求了。
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，可以从0―E；而制流电路电压调节范围较小，只能从―E2） 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的要求，则可采用二级制流（或二段分压）的方法以满足细调要求4. 伏安法测电阻如图6、图7所示,测出通过电阻R的电流I及电阻R两端的电压U,则根据欧姆定律,可知VAKRE图6VAREKR = U/I伏安法有两种联线方法，外接法（如图6）----电流表在电压表的外侧，内接法（如图7）----电流表在电压表的里侧,两种联线方法引入的误差 (1) 内接法引入的误差设电流表的内阻为RA,回路电流为I,则电压表测出的电压值U =IR+ IRA =I (R+RA) 即电阻的测量值RX 是RX =R+ RA 可见测量值大于实际值,测量的绝对误差为RA,当RA<
2）外接法引入的误差设电阻R 中的电流为IR,又设伏特计中流过电流为IV伏特计内阻为RV,则电流计中电流因此电阻R 的测量值RX 是由于RV<(R+ RV),所以测量值RX 小于实际值R,测量的相对误差式中负号是由于绝对误差是负值,只有当RV>>R 时才可以用外接法四、实验内容与步骤1．制流电路特性的研究按下图电路进行实验，AKABCRZER0图8根据选择不同的RZ(R1或R2)和不同的R0，如图8联结电路（注意电源电压及取值，取最大值），复查一次电路无误后，闭合电源开关K（如果发现电流过大要立即切断电源！），旋动电位器观察电流值的变化是否符合设计要求旋动电位器,在电流从最小到最大的过程中，测量8—10次电流值及相应的R0阻值(用数字万用表测量), 以R0为横坐标，电流为纵坐标作图 注意，电流最大时R0为测量R0的零点2. 分压电路特性的研究KABCRZR0VR按下图电路进行实验，E图9分压电路根据选择不同的RZ(R1或R2)和不同的R0, R为保护电阻(可以是R1或R2)要注意变阻器BC段的电流是和之和，确定E值时，特别注意BC段的电流是否大于额定电流旋动电位器，使加到负载上的电压从最小变到最大，在此过程中，测量8—10次电压值U及相应的R0阻值(用数字万用表测量), 以R0为横坐标，U为纵坐标作图。
3．伏安法测电阻如图10、图11所示,测出通过电阻R(R1或R2)的电流I及电阻R两端的电压U,则根据欧姆定律,可知 R = U/IAKRE图10VAKRE图11V伏安法测电阻 【实验目的】 1．练习连接电路，学习按回路接线的方法，熟悉滑线变阻器的两种连接方法； 2．学会几种常用电学仪器和电表的使用； 3.掌握测量伏安特性的基本方法、线路特点及伏安法测电阻的误差估算； 4.掌握电学测量的有效数字选取，学习用图解法处理数据； 【实验仪器】 输出电压可调的直流稳压电源一台，滑线变阻器一个．多量程电流表一块，多量程电压表一块，待测电阻二只，开关一只 【实验原理】 按照一段电路的欧姆定律，如果测得电阻两端的电压为V,流过电阻的电流为I，则这个电阻的阻值为 R=V/I 用伏安法测电阻的实验线路有电流表外接和电流表内接，电流表的不同接法会引入不同的可定系统误差，因此，在实验结果中对可定系统误差进行修正，是本实验的基本要求之一滑线变阻器的连接有限流接法和分压接法，学会应用滑线变阻器的两种不同的接法，在电路连接中也是非常重要的 通过分祈(同学自己完成)可以知道：在被测电阻的阻值比滑线变阻器的阻值小很多时(一般Rx＝(1/10～1/2)R)，可以采用限流电路；在被测电阻的阻值比滑线变阻器的阻值大很多时(一般Rx＝(2～10)R)，可以采用分压电路；如果Rx与R阻值相差不多，则可任选其中一种电路。
【实验步骤】 1.根据待测电阻的大致阻值及滑线变阻器的阻值，判断测量时滑线变阻器的接法 2．根据滑线变阻器及待测电阻的额定功率值，确定电源的最大工作电压 3.根据待测电阻的大致阻值及额定功率，选择电表的合适量程在测电阻不同测试点的伏安值时，要求不改变量程，选择量程的原则是： (1)电流表量程值Im与电压表量程值Vm的乘积尽量接近(并小于)被测电阻的额定功率； (2)为了尽量利用同一量程电表的刻度值，要求电流表和电压表指针的摆角大致一致 4．记录实验数据 根据待测电阻的大约值确定滑线变阻器采用限流接法或分压接法，电流表采用内接法或外接法，调节滑线变阻器，读出七组不同的电流I和电压V，填入表格中 【数据处理】 在坐标纸上分别画出表中测试数据的伏安特性曲线，并由曲线斜率求出待测电阻Rx的值欧姆表测电阻 (1)电路组成 (2)测量原理 两表笔短接后,调节Ro使电表指针满偏，得 Ig＝E/(r+Rg+Ro) 接入被测电阻Rx后通过电表的电流为 Ix＝E/(r+Rg+Ro+Rx)＝E/(R中+Rx) 由于Ix与Rx对应，因此可指示被测电阻大小 (3)使用方法:机械调零、选择量程、欧姆调零、测量读数｛注意挡位(倍率)｝、拨off挡。
(4)注意:测量电阻时，要与原电路断开,选择量程使指针在中央附近,每次换挡要重新短接欧姆调零 伏安法测电阻用内接法时，电流表示数准确，电压表示数偏大，电阻偏大，即测量值大于真实值用外接法时，电压表示数准确，电流表示数偏大，电阻偏小，即测量值小于真实值用欧姆表测电阻时，只能粗略地测量出电阻的大约值8。