分压式控制电路的特性及其应用

测量电学量时，必然要用电源供电，为了减小偶然误差，还需通过改变电源的输出电压和电流来进行多次测量，这就要求供电电路中有可调节的元件，滑动变阻器就是根据这种需要而发明的一种电学元件。滑动变阻器作为调节元件的典型接法有两种，分别称分压式控制电路和限流式控制电路。本文将对两种控制电路的调节特性作较详细的分析，并就分压式控制电路在电学实验的应用作简单的介绍和分析。

1两种控制电路的调节特性

如图1中a图是分压式控制电路，b图是限流式控制电路，图中RL表示被控制的负载，R0表示滑动变阻器的总电阻，U表示控制器的输出电压，即负载电压，ε表示电源的电动势，内阻为r 。

1.1分压控制电路的调节特性

对于分压电路，设图1a中滑动触头左侧部分的电阻阻值为Rx。在分压式控制电路a中，负载电阻RL与Rx并联后再与变阻器右侧部分（R0-Rx）串联，RL两端的电压就是RL与Rx并联电阻两端的电压，故：

这是一个复杂的函数，显然0≤x

从图可见输出电压有如下特性：

（1）输出电压的调节范围为0～ε。

（2）输出电压随Rx的增大而非线性单调增大。

（3）k值越大，即负载电阻RL比R0大得多，输出电压变化的线性程度越好。

若负载电阻RL比R0大得多，即RLR0=k1，则：

即在RLR01条件下，U与x近似为线性关系，这样实验操作中，调节电压就很方便。因而在滑动变阻器阻值较小，RLR0值在1～10之间，用分式式控制电路较为理想。

1.2限流式控制电路的调节特性

对于限流电路，RL两端的电压：

U=RLRL+Rxε=RLR0RLR0+RxR0ε=kk+xε。

其中k、x的意义同上。

可见U随x的增大而减小，它所对应的函数图象是双曲线的一部分。同样用描点法可作出不同k值的函数图象，见图3。

由图可见，其输出电压U有如下特性：

（1）输出电压的调节范围RLRL+Rxε≤U≤ε。

（2）输出电压随Rx的增大而非线性单调减小。

（3）k值越大，即负载电阻RL比R0大得多，输出电压的变化线性程度越好，但调节范围减小。从图线可知，RLR0值在0.1～1之间，用限流式控制电路较为理想。

2分压式控制电路在电学实验的应用

由于分压式控制电路有电压调节范围大，在RLR0值在1～10之间时，具有输出电压随Rx变化的线性程度好，调节方便的特点，因而在电学实验中得到了广泛的应用。

2.1电阻测量中的应用

高中物理实验中伏安法测量电阻是最基本的测量方法，当滑动变阻器的阻值较小时（实际的滑动变阻器的阻值都不大），电源控制电路就得用分压式接法，如图4所示。用半偏法测量电压表内阻时，电源控制电路也要用分压式接法，如图5所示，先把电阻箱R′的阻值调到0，闭合开关，调节滑动变阻器R0，使电压表满偏，接着在不变动变阻器的滑动触头的情况下，调节电阻箱R′，使电压表半偏，读出电阻箱R′的值，即为电压表内阻的测量值。

2.2测定小灯泡、二极管的伏安特性曲线时的应用

要测定电器或元件的伏安特性曲线时，由于电压的变化范围要求从0开始，因而电源控制电路必须是分压式控制电路。

2.3补偿法测定电源电动势时的应用

用伏安法测电源电动势和内阻的实验中，安培表和伏特表的内阻影响，将对实验结果产生较大的误差，若用补偿法将大大提高实验的精度。测量电路如图8所示，这里滑线式变阻器采用分压式接法，实验时，先把滑动触头打到适当的位置，闭合k1，把k2打到1，调节滑动触头P，使电流表G的示数为零，记录A到P的距离l1，再把k2打到2，重新调节滑动触头P，使电流表G的读数再次为零，记录A到P的距离l2，则可以测出电动势为εx=l1l2ε0。

2.4校正改装后电压表时的应用

电压表改装后要进行校对，校对时要求对每一条刻度线都进行校对，这就需要电压从零开始校对，因而电源控制电路必须接成分压式控制电路。电路如图9所示。

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