翟孝影

(江蘇省徐州市侯集高級(jí)中學(xué),江蘇徐州 221121)

電學(xué)實(shí)驗(yàn)的調(diào)壓電路有如圖1、圖2所示的兩種電路結(jié)構(gòu),分別叫分壓電路和限流電路,兩種電路結(jié)構(gòu)分別具有如表1所列舉的特點(diǎn),這些特點(diǎn)為學(xué)生熟知,常被用作調(diào)壓電路選擇的依據(jù).其實(shí),除此之外,待測(cè)電阻 Rx和滑動(dòng)變阻器R的大小關(guān)系在不同的電路中,會(huì)影響調(diào)壓的方便,也是實(shí)驗(yàn)器材選擇和電路選擇的一個(gè)必要依據(jù).

圖1 分壓電路

圖2 限流電路

表1

1 分壓電路的Rx與R關(guān)系對(duì)調(diào)壓的影響分析

分壓電路中Rx的端電壓其實(shí)是Rx與滑動(dòng)變阻器R觸頭左側(cè)電阻并聯(lián)成整體從電源分得的電壓,設(shè)滑動(dòng)變阻器R觸頭左側(cè)電阻阻值為x,根據(jù)串聯(lián)分壓的特點(diǎn),有

取 E=5 V,滑動(dòng)變阻器阻值 R=20 Ω,Rx分別為4 Ω、20 Ω、100 Ω的函數(shù)圖像如圖 3 所示.

圖3

這個(gè)圖像也可以通過(guò)定性分析獲得:

圖4

(1)在圖1所示的電路中,設(shè) Rx=∞(即斷路),此時(shí) Rx的端電壓就是滑動(dòng)變阻器觸頭左側(cè)電阻上分得的電壓,顯然這個(gè)電壓與滑動(dòng)變阻器觸頭左側(cè)電阻(x)成正比,即圖像如圖4實(shí)線所示,當(dāng) x=R時(shí),URx取到最大值E;當(dāng) x取任意值x1時(shí),由圖像可得 URx=U1.

(2)當(dāng)待測(cè)電阻 Rx阻值減小時(shí),Rx與滑動(dòng)變阻器R觸頭左側(cè)電阻并聯(lián)整體的阻值也必然減小,根據(jù)串聯(lián)分壓的特點(diǎn),對(duì)應(yīng)的URx也必然減小(如滑動(dòng)變阻器阻值取 x1時(shí),并聯(lián)整體的分壓由 U1減小,如取 U2);而滑動(dòng)變阻器R觸頭左側(cè)電阻取零時(shí),URx=0,滑動(dòng)變阻器 R觸頭左側(cè)電阻取全電阻R時(shí),URx=E卻都保持不變,根據(jù)這些特點(diǎn)可得,當(dāng)Rx取一較小數(shù)值時(shí),URx-R的圖線如圖4虛線所示,且 Rx取值越小,圖線越彎.

從不同 Rx、R對(duì)應(yīng)的URx的圖像可見(jiàn),Rx越大,URx與滑動(dòng)變阻器并聯(lián)阻值越接近線性關(guān)系,在實(shí)驗(yàn)操作中越接近均勻變化.當(dāng)Rx值比滑動(dòng)變阻器全值小得多時(shí),在滑動(dòng)變阻器并聯(lián)阻值較小時(shí),URx幾乎不隨滑動(dòng)變阻器并聯(lián)阻值改變;在滑動(dòng)變阻器并聯(lián)阻值較大時(shí),URx隨滑動(dòng)變阻器并聯(lián)阻值改變太過(guò)迅速,這是很不便于實(shí)驗(yàn)操作的.因此從分壓電路調(diào)壓方便的角度考慮,分壓電路中待測(cè)電阻阻值Rx應(yīng)比滑動(dòng)變阻器阻值大,當(dāng)待測(cè)電阻阻值Rx小于滑動(dòng)變阻器全值的時(shí),就不宜接成分壓電路了.

2 限流電路的Rx與R關(guān)系對(duì)調(diào)壓的影響分析

限流電路中Rx與滑動(dòng)變阻器觸頭右側(cè)電阻成串聯(lián)關(guān)系,設(shè)滑動(dòng)變阻器觸頭右側(cè)電阻阻值為 Rx,根據(jù)串聯(lián)分壓的特點(diǎn),Rx的端電壓取 E=5 V,滑動(dòng)變阻器阻值 R=20 Ω,Rx分別為 4 Ω、20 Ω、100 Ω的函數(shù) 圖像如圖5所示.

圖5

顯然,當(dāng) Rx?R(如 Rx=100 Ω圖線)時(shí),待測(cè)電阻的端電壓隨滑動(dòng)變阻器線性變化,但是電壓變化范圍太小.

當(dāng) Rx?R(如 Rx=4 Ω圖線)時(shí),在滑動(dòng)變阻器接入阻值較小時(shí),待測(cè)電阻的端電壓URx隨滑動(dòng)變阻器接入電阻的增大而迅速減小,造成調(diào)節(jié)困難;在滑動(dòng)變阻器接入阻值較大時(shí),待測(cè)電阻的端電壓URx幾乎不隨滑動(dòng)變阻器接入電阻的增大而迅速減小,同樣造成調(diào)節(jié)困難.