分壓式控制電路的特性及其應(yīng)用

測(cè)量電學(xué)量時(shí)，必然要用電源供電，為了減小偶然誤差，還需通過(guò)改變電源的輸出電壓和電流來(lái)進(jìn)行多次測(cè)量，這就要求供電電路中有可調(diào)節(jié)的元件，滑動(dòng)變阻器就是根據(jù)這種需要而發(fā)明的一種電學(xué)元件。滑動(dòng)變阻器作為調(diào)節(jié)元件的典型接法有兩種，分別稱分壓式控制電路和限流式控制電路。本文將對(duì)兩種控制電路的調(diào)節(jié)特性作較詳細(xì)的分析，并就分壓式控制電路在電學(xué)實(shí)驗(yàn)的應(yīng)用作簡(jiǎn)單的介紹和分析。

1兩種控制電路的調(diào)節(jié)特性

如圖1中a圖是分壓式控制電路，b圖是限流式控制電路，圖中RL表示被控制的負(fù)載，R0表示滑動(dòng)變阻器的總電阻，U表示控制器的輸出電壓，即負(fù)載電壓，ε表示電源的電動(dòng)勢(shì)，內(nèi)阻為r 。

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1.1分壓控制電路的調(diào)節(jié)特性

對(duì)于分壓電路，設(shè)圖1a中滑動(dòng)觸頭左側(cè)部分的電阻阻值為Rx。在分壓式控制電路a中，負(fù)載電阻RL與Rx并聯(lián)后再與變阻器右側(cè)部分（R0-Rx）串聯(lián)，RL兩端的電壓就是RL與Rx并聯(lián)電阻兩端的電壓，故：

這是一個(gè)復(fù)雜的函數(shù)，顯然0≤x<1，為直觀地顯示U隨x的變化規(guī)律，用描點(diǎn)法作出不同值時(shí)U（x）的函數(shù)圖象，如圖2所示。



從圖可見(jiàn)輸出電壓有如下特性：

（1）輸出電壓的調(diào)節(jié)范圍為0～ε。

（2）輸出電壓隨Rx的增大而非線性單調(diào)增大。

（3）k值越大，即負(fù)載電阻RL比R0大得多，輸出電壓變化的線性程度越好。

若負(fù)載電阻RL比R0大得多，即RLR0=k1，則：

即在RLR01條件下，U與x近似為線性關(guān)系，這樣實(shí)驗(yàn)操作中，調(diào)節(jié)電壓就很方便。因而在滑動(dòng)變阻器阻值較小，RLR0值在1～10之間，用分式式控制電路較為理想。

1.2限流式控制電路的調(diào)節(jié)特性

對(duì)于限流電路，RL兩端的電壓：

U=RLRL+Rxε=RLR0RLR0+RxR0ε=kk+xε。

其中k、x的意義同上。

可見(jiàn)U隨x的增大而減小，它所對(duì)應(yīng)的函數(shù)圖象是雙曲線的一部分。同樣用描點(diǎn)法可作出不同k值的函數(shù)圖象，見(jiàn)圖3。



由圖可見(jiàn)，其輸出電壓U有如下特性：

（1）輸出電壓的調(diào)節(jié)范圍RLRL+Rxε≤U≤ε。

（2）輸出電壓隨Rx的增大而非線性單調(diào)減小。

（3）k值越大，即負(fù)載電阻RL比R0大得多，輸出電壓的變化線性程度越好，但調(diào)節(jié)范圍減小。從圖線可知，RLR0值在0.1～1之間，用限流式控制電路較為理想。

2分壓式控制電路在電學(xué)實(shí)驗(yàn)的應(yīng)用

由于分壓式控制電路有電壓調(diào)節(jié)范圍大，在RLR0值在1～10之間時(shí)，具有輸出電壓隨Rx變化的線性程度好，調(diào)節(jié)方便的特點(diǎn)，因而在電學(xué)實(shí)驗(yàn)中得到了廣泛的應(yīng)用。

2.1電阻測(cè)量中的應(yīng)用

高中物理實(shí)驗(yàn)中伏安法測(cè)量電阻是最基本的測(cè)量方法，當(dāng)滑動(dòng)變阻器的阻值較小時(shí)（實(shí)際的滑動(dòng)變阻器的阻值都不大），電源控制電路就得用分壓式接法，如圖4所示。用半偏法測(cè)量電壓表內(nèi)阻時(shí)，電源控制電路也要用分壓式接法，如圖5所示，先把電阻箱R′的阻值調(diào)到0，閉合開(kāi)關(guān)，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器R0，使電壓表滿偏，接著在不變動(dòng)變阻器的滑動(dòng)觸頭的情況下，調(diào)節(jié)電阻箱R′，使電壓表半偏，讀出電阻箱R′的值，即為電壓表內(nèi)阻的測(cè)量值。

2.2測(cè)定小燈泡、二極管的伏安特性曲線時(shí)的應(yīng)用

要測(cè)定電器或元件的伏安特性曲線時(shí)，由于電壓的變化范圍要求從0開(kāi)始，因而電源控制電路必須是分壓式控制電路。

2.3補(bǔ)償法測(cè)定電源電動(dòng)勢(shì)時(shí)的應(yīng)用

用伏安法測(cè)電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻的實(shí)驗(yàn)中，安培表和伏特表的內(nèi)阻影響，將對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生較大的誤差，若用補(bǔ)償法將大大提高實(shí)驗(yàn)的精度。測(cè)量電路如圖8所示，這里滑線式變阻器采用分壓式接法，實(shí)驗(yàn)時(shí)，先把滑動(dòng)觸頭打到適當(dāng)?shù)奈恢茫]合k1，把k2打到1，調(diào)節(jié)滑動(dòng)觸頭P，使電流表G的示數(shù)為零，記錄A到P的距離l1，再把k2打到2，重新調(diào)節(jié)滑動(dòng)觸頭P，使電流表G的讀數(shù)再次為零，記錄A到P的距離l2，則可以測(cè)出電動(dòng)勢(shì)為εx=l1l2ε0。

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2.4校正改裝后電壓表時(shí)的應(yīng)用

電壓表改裝后要進(jìn)行校對(duì)，校對(duì)時(shí)要求對(duì)每一條刻度線都進(jìn)行校對(duì)，這就需要電壓從零開(kāi)始校對(duì)，因而電源控制電路必須接成分壓式控制電路。電路如圖9所示。

（欄目編輯 羅琬華）

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