限流电路和分压电路
限流电路和分压电路
1. 限流和分压接法的比较
(1)限流电路:如图2所示,实际上滑动变阻器的右边部分并没
有电流流过。该电路的特点是:在电源电压不变的情况下,R用两端的
电压调节范围:U≥U用≥UR用/(R0+R用),电流调节范围:U/R用≥I用
≥U/(R0+R用 )。即电压和电流不能调至零,因此调节范围较小。要使
限流电路的电压和电流调节范围变大,可适当增大R0。另外,使用该电
路时,在接通电前,R0 应调到最大。
(2)分压电路:如图3所示,实质上滑动变阻器的左边部分与R用图2 并联后再与滑动变阻器的右边串联。注意滑动变阻器的两端都有电流流
过,且不相同。该电路的特点是:在电源电压不变的情况下,R用两端
的电压调节范围为U≥U用≥0,即电压可调到零,电压调节范围大。电
流调节范围为E/R用≥I用≥0。
使用分压电路,在当R0
于A端,使U用 =0。
2两种用法的选择
A优先选用限流式,从电能损耗方面分析消耗电能少。用限流式具有电源负担轻,电路连接简便等优点。
B如果滑动变阻器的额定电流够用,在下列三种情况下必须采用分压接法:
① 用电器的电压或电流要求从零开始连续可调。
例1、1993年全国高考题)将量程为100μA的电流表改装成量程为1 mA的电流表,并用一标准电流表与改装后的电流表串联,对它进行校准.校准时要求通过电流表的电流能从零连续调到1 mA,试按实验要求画出电路图.
例2、(1999广东卷)用图3中所给的实验器材测量一
个“12V,5W”的小灯泡在不同电压下的功率,其中电
流表有3A、0.6A两档,内阻可忽略,电压表有15V、
3V两档,内阻很大。测量时要求加在灯泡两端的电压
可连续地从0V调到12V。
⑴按要求在实物图上连线(其中部分线路已连好)。
⑵其次测量时电流表的指针位置如下图(b)所示,其
读数为 A
图3
②要求电器的电压或电流变化范围大,负载电阻的阻值远大于变阻器的总电阻,须用分压式电
路。若接成限流式,当改变滑动变阻器的阻值时,电路中电流变化不明显,测得的电压和电流取值范围小。
例3、为了测定一个“6.3V、1W”的小电珠在额定电压下较准确的电阻值,可供选择的器材有:
A.电流表(0~3A,内阻约0.04Ω)B.毫安表(0~300mA,内阻约4Ω)C.电压表(0~10V,内阻10KΩ)D.电压表(0~3V,内阻10KΩ)E.电源(额定电压6V,最大允许电流2A)F.电源(额定电压9V,最大允许电流1A)G.可变电阻(阻值范围0~10Ω,额定电流1A)H.可变电阻(阻值范围0~50Ω,额定功率0.5W)I.导线若干根,电键一个。
⑴为使测量安全和尽可能准确,应选用的器材是
(用字母代号填写)
⑵在右边虚线框内画出电路图,并把图6所示实物图用线连接起来。
分析:①表及内外解法的选取
小电珠的额定电流I额=P1=A≈0.16A=16mA<300mA,电流表应选B。U额=6.3V<10V,U6.3
U26.32
电压表选C,电源选F。R珠=Ω≈40Ω比10KΩ小得多,仅比毫安表内阻大10倍, P1
故选用安培表外接法。
②滑动变阻器及连接方法的选取
将可变电阻H接到电源两端,其上电流大若致为I=9A=0.18A,而H的50
额定电流IH=0.5=0.1A<0.18A,而G的额定电流为1A,故从安全性50
上考虑不宜选用H。由于40Ω是可变电阻G的中值的8倍,故选用分压式连接方式。若使用限流式,则在灯泡额定电压下,I额=10A,具体操作63
时I额≈0.16A应体现在安培表上,故滑动变阻器此时
大约分压为U滑=9V-6.3V=2.7V。故此时滑动变阻器
调节的阻值R=2.7
10
63≈17Ω>10Ω,因此G不可能用
限流法,必须使用分压式。
图
8 答案:⑴BCFGI;⑵电路图如图7所示,实物连接如图8所示
本题的关键是在“额定电压下”较准确测量这一要求使得变阻器G无法使用限流式,一般来说,若待测电阻比滑动变阻器阻值大得多时,一般采用分压式。
例4、(97年高考)某电压表的内阻在20KΩ--50 KΩ之间,现要测量其内阻,实验室提供下列
可选用的器材:
A、待测电压表V(量程3V);B、电流表D、电流表(量程(量程);C、电流表(量程); )E、滑动变阻器R(最大阻值);F、电源(电动势4V); G、电键K。
(1)所提供的电流表中,应选用____________。
(2)为了尽量减小误差,要求测多组数据。试画出符合要求的实验电路图。
分析:将电流表、电压表串联,只要读出两表读数,即可用公式I=U/R求得电压表的内阻。通过电压表的最大电流值
故电流表应选A1。
由于变阻器的阻值远小于电压表的内阻,且要求测多组数据,故变阻器图3 用分压式连接,如图3所示。
例5. 已知某电阻丝的电阻约为10Ω,现有下列器材供测量该电阻丝的电阻时使用;
A. 量程为0.6A,内阻是0.5Ω的电流表。B. 量程为3V,内阻是6KΩ的电压表。
C. 阻值是0--20Ω,额定电流为2A的滑动变阻器。D. 蓄电池(6V)。E. 开关一个,导线若干。 要求:画出用伏安法测上述电阻丝的电阻的电路图,测量数据要尽量
多。
分析:若采用限流式接法,由于电阻丝阻值为10Ω,在3V电压(电
压表的量程)下工作,则流过它的最大电流为,改变滑动变阻器
的阻值(0~20Ω),电路中电流变化范围约为,电流取
值范围比较小,故采用分压式接法比较好。电路图如图4所示。
③采用限流接法时限制不住,电表总超量程,用电器总超额定值。 图4
在安全(I滑额够大,仪表不超量程,用电器上的电流、电压不超
额定值,电源不过载)、有效(调节范围够用)的前题下,若R用>R0,则只能采用分压电路. 例6、用伏安法测量一个定值电阻的器材规格如下:待测电阻Rx(约100 Ω);直流电流表(量程0~10 mA、内阻50 Ω);直流电压表(量程0~3 V、内阻5 kΩ);直流电源(输出电压4 V、内阻不计);滑动变阻器(0~15 Ω、允许最大电流1 A);开关1个,导线若干.根据器材的规格和实验要求画出实验电路图
.
用伏安法测量电阻有两种连接方式,即电流表的内接法和外接法,由于Rx<,故电流表应采用外接法.在控制电路中,若采用变阻器的限流接法,当滑动变阻器阻值调至最大,通过负载的电流最小,Imin=
滑动变阻器必须采用分压接法.
④当负载电阻的阻值小于变阻器总电阻R或相差不多时,若两种电路都可以对负载的电流和电压有明显的调节,或两种电路都满足实验要求,且电压、电流变化不要求从零调起,则多采用限流式接法,这样的接法电源负担轻,能耗小。
例4. 在一次实验中需要较准确地测量某一个金属丝的电阻,已知金属丝的电阻,
约为;电流表量程3A
,内电阻约;电压表量程3V,内电阻约;电源电动势6V;滑动变阻器R的总电阻,额定电流。试画出测量金属丝电阻的电路图。
分析:电源电动势为
流过金属丝的电流约 , =24 mA>10 mA,此时电流仍超过电流表的量程,故
可采用限流接法,电路如图6所示。
图6
组成可调分压电路
[目的]
1.掌握将滑动变阻器接成分压电路的方法,认识其原理和用途。
2.学习使用多用电表的直流电压档。
[器材]
滑动变阻器(标称规格(50Ω,1.5A)、小灯泡(标称规格6.3V0.15A)、多用电表、电池组(电压约6伏)、开关、导线。
[原理和方法]
如图6所示,将电阻R1与R2串联后接到电压为U的电源上,就构
成一个固定分压电路。由于P、b两点间的电压
U2=R2U,因此,若U和R1都保持不变,则U2随R2的R2+R1
变小而变小。若用另一个电阻Rf作为负载(用电器)并联接在P、b两点,那么加在
负载Rf上的电压也将随R2的减小而减小。根据欧姆定律,由于Rf的并入使P、b间原
有电阻R2变小,因此用上式计算U2时,应将式中的R2用Rf与R2并联的等效电阻代替,
得到的U2叫做分压电路的输出电压。在实际应用中,若用更换电阻R2来改变输出电压
很不方便,于是用一个滑动变阻器代替R1和R2,如图6所示。滑动点P将变阻器R分
为R1和R2两部分,负载Rf与P、b间这部分电阻R2并联。如上所述,在U不变时,当
P由a端向b端滑动时,输出电压就逐渐减小,反之,输出电压就增大,这样,变阻器就作为一个可调分压器。
本实验学习用多用电表测电压。J0411型多用电表的正面如图7所示,当选择开关指向写有符号“V”的各档位时,它就是一个直流电压表,字母下的小横线表示直流,
有些多用电表上用“DC”表示。红黑两色表笔要分别接在标有“+”“ ”的插口中,测量直流电压时应让红笔与电位高的一点接触,黑笔与电位低的一点接触。本实验将选择开关旋到直流10伏档,读数时应从盘上第二排刻度线(它有50个分度,分度值为0.2伏,最右端为10伏)中读出,本实验不做精密测量,估读1/2分度即可,如指针在图示位置读数为3.l伏。
实验电路如图8所示。实物接线如图9所示,注意,变阻器采用三端接法(即三个接线柱均要用上)。此电路的规范接线顺序是:先用导线1、2、3把变阻器上的两端(即固定端)接线柱a、b分别连接电源两极,其中a端是通过开关S接正极的。再用导线4、5把一个固定端b和滑动端P连接负载(小灯泡H)的两端。注意,此时导线5不要接到P上而应与接线柱c和d连接。b端既接电源又接负载,叫做公共端,习惯上公共端接电源负极。最后用导线6、7将电压表与负载并联。
通电(即合开关S)前,必须将滑动片P预置在靠近公共端b的地方,使分压器输出的电压很小,起保护负载的作用。通电后,将P向a端缓慢滑动,观察灯的亮度和电压表的示值各怎样变化,P到a端时输出电压是否最大。再将P向b端滑动,看又如何变化,P到b端时输出电压是否为零。从而认清这种分压电路的特点是,输出电压能在零和电源电压值之间做大范围的变化。今后许多实验中都要用这种方法对电路实行调控。
图10所示的电路中,变阻器采用两端接法,只从a、P接出导线,b端“悬空”,负载(灯H)与P、a间这部分电阻”串联,这种电路叫制流电路。当P向b端滑动时,负载中通过的电流减小,但不能减至零。你可以用所给器材按图10连接电路做实验,与分压电路对比。
想一想:“分压电路是将负载与滑动变阻器并联”这种说法对吗?为什么?
注意,做电学实验时,要遵守电学实验的基本操作规则:一、使用前先检查电表的指针是否对准刻度的零点,若未对准,则用螺丝刀旋动“机械零点调节螺丝”来校正。二、接线时,开关S要断开。三、接线时,按回路连线。四、电路接好后,应点接一下电源开关,短暂地试通电,看到没有不正常的现象发生,才可以持续通电进行观测。