翟孝影

(江蘇省徐州市侯集高級中學,江蘇徐州 221121)

電學實驗的調壓電路有如圖1、圖2所示的兩種電路結構,分別叫分壓電路和限流電路,兩種電路結構分別具有如表1所列舉的特點,這些特點為學生熟知,常被用作調壓電路選擇的依據(jù).其實,除此之外,待測電阻 Rx和滑動變阻器R的大小關系在不同的電路中,會影響調壓的方便,也是實驗器材選擇和電路選擇的一個必要依據(jù).

圖1 分壓電路

圖2 限流電路

表1

1 分壓電路的Rx與R關系對調壓的影響分析

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

取 E=5 V,滑動變阻器阻值 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

這個圖像也可以通過定性分析獲得:

圖4

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

(2)當待測電阻 Rx阻值減小時,Rx與滑動變阻器R觸頭左側電阻并聯(lián)整體的阻值也必然減小,根據(jù)串聯(lián)分壓的特點,對應的URx也必然減小(如滑動變阻器阻值取 x1時,并聯(lián)整體的分壓由 U1減小,如取 U2);而滑動變阻器R觸頭左側電阻取零時,URx=0,滑動變阻器 R觸頭左側電阻取全電阻R時,URx=E卻都保持不變,根據(jù)這些特點可得,當Rx取一較小數(shù)值時,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對應的URx的圖像可見,Rx越大,URx與滑動變阻器并聯(lián)阻值越接近線性關系,在實驗操作中越接近均勻變化.當Rx值比滑動變阻器全值小得多時,在滑動變阻器并聯(lián)阻值較小時,URx幾乎不隨滑動變阻器并聯(lián)阻值改變;在滑動變阻器并聯(lián)阻值較大時,URx隨滑動變阻器并聯(lián)阻值改變太過迅速,這是很不便于實驗操作的.因此從分壓電路調壓方便的角度考慮,分壓電路中待測電阻阻值Rx應比滑動變阻器阻值大,當待測電阻阻值Rx小于滑動變阻器全值的時,就不宜接成分壓電路了.

2 限流電路的Rx與R關系對調壓的影響分析

限流電路中Rx與滑動變阻器觸頭右側電阻成串聯(lián)關系,設滑動變阻器觸頭右側電阻阻值為 Rx,根據(jù)串聯(lián)分壓的特點,Rx的端電壓取 E=5 V,滑動變阻器阻值 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 Rx?R(如 Rx=100 Ω圖線)時,待測電阻的端電壓隨滑動變阻器線性變化,但是電壓變化范圍太小.

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