实验一 制流电路与分压电路
【目的与任务】
1、学习和掌握万用电表的操作规则及具体使用方法；
2、完成制流与分压电路的联结和电路中的电流和电压的测量；
3、总结制流与分压电路各自的特点及其应用。
【仪器与设备】
万用电表（指针式、数字式各一块），低压电源（直流型、交流型各一台），滑线变阻器，电阻箱，导线。
1、万用电表的原理和结构
万用电表是实验室常用的一种仪表，可用来测量直流电压、电流，交流电压及电流，电阻等，还可用以检查电路和排除电路故障。
万用电表主要由磁电型测量机构(亦称表头)和转换开关控制的测量电路组成。实际上它是根据改装电表的原理，将一个表头分别连接各种测量电路而改成多量程的电流表、电压表及欧姆表，是既能测量直流又能测量交流的复合表，如图1所示。它们合用一个表头，表盘上有相应于测量各种量的几条标度尺。表头用来指示被测量的数值，测量线路的作用是将各种被测量转换到适合表头测量的直流微小电流，转换开关实现对不同测量线路的选择，以适应各种测量的要求。电表的表盘上按表的功能有各种不同的刻度，以指示相应的值，如：电流值，电压值(有交、直流之分)及电阻值等。对于某一测量的内容一般分成大小不同的几档，测量电阻时每档标明的是不同的倍率；测量电流、电压时每档标明的是它相应的量限（即使用该档测量时所允许的最大值），而各种量、各种不同的量限所对应的测量电路均通过转换开关实现和表头的连接。
欧姆表测量电阻的简单原理如图2所示。
表头（其内阻Rz）、干电池E、可变电阻R0及待测电阻Rx串联构成回路，电流I通过表头即可使表头指针偏转，其值为
由上式可知在电池电压一定的条件下，指针偏转和回路的总电阻成反比。当被测电阻Rx改变时，电流I就随着变化，表头的指针位置也有相应的变化，可见表头的指针位置与被测电阻的大小是一一对应的，如果表头的标度尺按电阻刻度，这样就可以直接用来测量电阻了。被测电阻Rx越大，则回路电流I越小，指针的偏转越小，当Rx为无穷大时(即表棒两端开路)，则I=0，表头指针为零，因此欧姆表的标尺刻度与电流表、电压表的标尺刻度方向相反。由于工作电流I与被测电阻Rx不成正比关系，所以电阻的标度尺的分度是不均匀的。
由于电池的电动势会渐渐下降，这将会造成较大的测量误差，故该结构形式的欧姆表都设有“
零欧姆”调整电路，使用时先将表棒二端短路(即Rx=0)，调节“零欧姆”旋钮，使指针指向满度，即指针指向0Ω处。每当改变欧姆表的量程后，都必须重新调节“零欧姆”旋钮。
2、万用电表的操作规程
(1) 使用指针式万用电表前必须认清两极和刻度盘，熟悉转换开关的作用和用法，据待测量的种类和大小(交流和直流电压、电流、电阻)，将转换开关转到适当位置并接好表笔。
(2) 被测量不能确定其大概值时，应将转换开关旋到最大量程处。
(3) 使用前，若指针不在零位，首先调零；读数时，视线正对着指针。有反射镜的应使指针与像重合。
(4) 测量电流时，将万用表串联在被测电路中；测量电压时，将万用表并联在被测电路两端(红表笔代表“＋”，黑表笔代表“－”)。
(5) 测试时，不能旋转转换开关。
(6) 测量电流、电压时，先用跃接法试探大小，再用稳接法测量。
(7) 测量电路中电阻时，应将电路中的电源和有关电阻断开，不能带电测电阻。
(8) 每次更换电阻档后，都要调节“零欧姆”旋钮，使指针指向满度，若调不到零点，须更换电池。测试电阻时，不得用双手同时接触两表笔的金属部分。
(9) 测量完毕，务必将转换开关旋至空档或最大交流电压档。
(10)数字万用表使用完毕必须关闭电源。当屏幕出现＋、－号时，必须更换电池。
【原理与方法】
万用表电路一般可分为电源、控制和测量三部分。测量电路是先根据实验要求而确定好的，例如要校准某一电压表，需选一标准的电压表和它并联，这就是测量线路，它可等效于一个负载（R2），这个负载可能是容性的、感性的或简单的电阻。根据测量的要求，负载的电流值I和电压值U在一定的范围内变化，这就要求有一个合适的电源。控制电路的任务就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。常用的是制流电路和分压电路，控制元件主要使用滑线变阻器或电阻箱。
1、制流电路
制流电路如图3所示，图中E为直流（或交流）电源；R1为滑线变阻器，A为电流表；R2为负载（本实验采用电阻）；K为电源开关。它是将滑线变阻器的滑动头C和任一固定端（如A端）串联在电路中，作为一个可变电阻，移动滑动头的位置可以连续改变AC之间的电阻RAC，从而改变整个电路的电流I。
（a） （b）
图3 制流电路
2、分压电路
分压电路如图4所示，图中E为直流（或交流）电源，滑线变阻器两个固定端A、B与电源E相接，负载R2接滑动端C和固定端A（或B）上，当滑动头C由A端滑至B端，负载上电压由0变至E，调节的范围与变阻器的阻值无关。
（a） （b）
图4 分压电路
3、制流电路与分压电路的差别与选择
(1) 调节范围
分压电路的电压调节范围大，可从；而制流电路电压调节范围小，只能从
。
(2) 细调程度
当时，在整个调节范围内调节基本均匀，但制流电路可调范围小；负载上的电压值小，能调得较精细，而电压值大时调节变得很粗。
(3) 功率损耗
使用同一变阻器，分压电路消耗电能比制流电路要大。基于两电路的差别，当负载电阻较大，调节范围较宽时选分压电路；反之，当负载电阻较小，功耗较大，调节范围不太大的情况下则选用制流电路。若一级电路不能达到细调要求，则可采用二级制流（或二段分压）的方法以满足细调要求。
【指导与要求】
一、实验步骤
l、用万用电表电阻档，测量导线、电阻器的阻值。
2、将交流电源的输出电压调至5V（若电源上没有电压表，则用指针式万用表的交流电压挡测量）。断电后按图3(b)连好电路，检查无误后通电，将数字万用表转换开关旋至交流电流
的合适档（按欧姆定律估算出I），将表笔串入电路，分别测定C端位于A、B及中点时的电流Ii，用指针式万用表测量R2上电压UR2。注意用万用电表交流档测电压、电流的读数均为有效值。
3、将直流电源的输出电压调到10V（若电源没有电表显示，则用指针式万用表测量）。断电后按图4(a)连好电路，检查无误后通电，将数字万用表转换开关旋至直流电压的合适档，将表笔并接在电源两端，测输出电压UAB，并调至10.0伏后，测UAC（UR2）、UCB。
4、将指针式万用表转换开关旋至直流电流的合适档（先估算），分别断开电阻器上的3个节点的导线，将表笔串接在回路中，测量I、I1、I2 。
5、分别使C端位于R1的两端A、B，测定UAC、UCB及I、I1、I2。
6、用现有的仪器，设计两种实验方案，实现对某一交流信号源的输出电压及电流的测量，并对两种方案测量情况进行对比分析。（提示：用信号源接上一负载R，且要满足R值远远大于信号源的内阻（约几十欧），用电表测量电流，电压。）
二、数据记录及处理
1、列表记录数据
表1 制流电路的测量 （交流） 单位：Ω、V、A
在中点 | 在A端 | 在B端 | |
I | |||
UR2 | |||
仪器参数 | E＝ R1＝ R 2＝ | ||
表2 分压电路的Ui ，Ii测量（直流）单位：Ω、V、mA
UAB | UAC | UCB | I | I 1 | I 2 | |
C在中点 | ||||||
C在A端 | ||||||
C在B端 | ||||||
仪器参数 | R1＝ | R2＝ | ||||
表3 （交流信号源的输出Ui ，Ii测量） 单位：Ω、V、A
仪器参数 | ||||||
2、数据处理
由表万用表测交流电流1测量数据求制流电路的负载R2上电流变化范围及电压变化范围。
由表2数据求分压电路的负载R2上的电压变化范围及最大电压与电源电压。
【思考与练习】
1、以下电路能够制流或分压吗？若有错误请说明原因，并改正之。
2.举例说明分压电路和制流电路的应用。
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