变阻器的使用与控制.doc

变阻器使用与电路控制 实验目的 1、 掌握制流电路的连接方法，性能和特点。 2 、学习控制电路中变阻器选择的方法。 实验原理 测量电路一般由电源、控制电路和测量电路三部分组成，其中控制电路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。常用的控制电路是制流与分压电路，其控制的元件主要是变阻器和电阻箱。 本实验要求利用变阻器对电路进行电流控制 一、制流电路 1. 调节电压电流范围 如图a所示为制流电路图，R为负载，R0为滑动变阻器。改变触点C的位置，即可改变整个回路的电阻，从而改变回路的电流I和电压U（R两端电压）。在不考虑电源内阻及毫伏表内阻时，则 ……………① （ R0为滑动变阻器的最大阻值） 两端电压 ② 式中 ， 而，所以通过R的电流和两端电压的调节范围为 或 显然，电流和电压的调节范围决定于K值的大小，K越小，调节范围越大。 2、调节的线性度 控制电路还应该具有较好的调节线性度，即要求在整个调节范围内尽可能是均匀的，对①式两边微分得： 当 或 时，上式可变为： …… ……. 即电流的变化与X 的变化 成正比，而与X值（即C的位置）无关。 3、调节细调程度 对于控制电路,要求电压(或电流)值满足一定的调节范围，还要求比较容易地调到准确的指定值，即要求达到一定的细调程度。 负载上的电流和电压是靠滑动变阻器触点的移动来改变的，最小位移是一圈，因此，一圈的电阻△R0的大小就决定了电压和电流的最小改变量。分别对①②两式微分得： 故 … ③ （线圈的匝数 N=R0/△R0） 由③式可知，当电路的所有元件都确定后（E、R、△R0都一定），△I与I2成正比， △U与U2 成正比，故电流（电压）越大，则细调就越困难。如果负载的电流在最大时能满足细调要求，在小电流时也满足要求，必须使变小。而 R0不能太小，否则会影响调节范围，所以只能靠增大线圈匝数N来减小 ，N也不能太大，否则会使变阻器的体积变大。因此，一般采用二级制流电路来解决这一矛盾。 如图b所示，其中R10阻值大，作粗调用，R20阻值较小作细调用，R20一般取 。二级制流中，由于，阻值较大，使之具有较大的调节范围，另外R20较小，从而较小，具有较好的细调程度。 二、基本电学仪器 1、电阻箱 电阻箱的主要规格是其总电阻、额定电流和准确度等级。 使用电阻箱不允许超过其额定电流。有些电阻箱只标明了额定功率Ｐ，额定电流可利用公式Ｉ＝√P/R算出。例如，电阻箱额定功率为0.25Ｗ，对于步进电阻为×0.1Ω的挡，其额定电流为√0.25/0.1=1.5A。注意电阻箱各挡的额定电流是不同的，但均可照此例计算。 电阻箱的准确度等级由基本误差和影响量（环境温度、相对湿度等）引起的变差来确定。 估算示值误差限： ΔR＝a％R＋0.005m 式中：R为电阻箱示值；a为等级指数；m为所使用的步进盘的个数。 2、滑线变阻器 滑线变阻器的主要技术指标为全电阻和额定电流（功率）。 3、直流电表 实验室常用的直流电表大多为磁电式电表，主要技术指标是量程、内阻和准确度等级。 电表准确度等级指数的确定取决于电表的误差，包括基本误差和附加误差两部分。国家标准规定，电表的准确度等级共分为0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5、5.0七个级别。如果以a表示等级指数，Am表示量程，ΔA表示示值误差（ΔA＝示值－实际值），则ΔA应满足 ｜ΔA｜≤Ama％＝ΔＡ（P≥９５％）（２．３—４） 由上式可见，ΔＡ＝Ama％对于确定的电表来说是个常量，它表示电表基本允许误差极限。实际上，人们很难确知示值误差ΔA的大小和正负，而只能依据电表量程和等级指数估算其示值误差限。电表示值相对误差限表示为 式中：A为电表示值。显然当显示值A=Am时，Er=a%。 实验内容 1、实验室提供滑线变阻器R0=200Ω；R由变阻器提供。变阻箱额定功率0.25W，分别计算K=0.1和K=1时变阻器的取值。并由此分别计算出两种K值时所需电流电压值。 2、按计算值要求连接并调节电路，分别测出K=0.1和K=1时，X第变化10cm时对应的电流值。 3、分别做出K=0.1和K=1两种情况时的I-X曲线，说明K值对电流调节的影响，对电流变化过快（不容易控制）的部分提出解决方案。