从调节方便角度看分压限流电路的选择

翟孝影

(江苏省徐州市侯集高级中学,江苏徐州 221121)

电学实验的调压电路有如图1、图2所示的两种电路结构,分别叫分压电路和限流电路,两种电路结构分别具有如表1所列举的特点,这些特点为学生熟知,常被用作调压电路选择的依据.其实,除此之外,待测电阻 Rx和滑动变阻器R的大小关系在不同的电路中,会影响调压的方便,也是实验器材选择和电路选择的一个必要依据.

图1 分压电路

图2 限流电路

表1

1 分压电路的Rx与R关系对调压的影响分析

分压电路中Rx的端电压其实是Rx与滑动变阻器R触头左侧电阻并联成整体从电源分得的电压,设滑动变阻器R触头左侧电阻阻值为x,根据串联分压的特点,有

取 E=5 V,滑动变阻器阻值 R=20 Ω,Rx分别为4 Ω、20 Ω、100 Ω的函数图像如图 3 所示.

图3

这个图像也可以通过定性分析获得:

图4

(1)在图1所示的电路中,设 Rx=∞(即断路),此时 Rx的端电压就是滑动变阻器触头左侧电阻上分得的电压,显然这个电压与滑动变阻器触头左侧电阻(x)成正比,即图像如图4实线所示,当 x=R时,URx取到最大值E;当 x取任意值x1时,由图像可得 URx=U1.

(2)当待测电阻 Rx阻值减小时,Rx与滑动变阻器R触头左侧电阻并联整体的阻值也必然减小,根据串联分压的特点,对应的URx也必然减小(如滑动变阻器阻值取 x1时,并联整体的分压由 U1减小,如取 U2);而滑动变阻器R触头左侧电阻取零时,URx=0,滑动变阻器 R触头左侧电阻取全电阻R时,URx=E却都保持不变,根据这些特点可得,当Rx取一较小数值时,URx-R的图线如图4虚线所示,且 Rx取值越小,图线越弯.

从不同 Rx、R对应的URx的图像可见,Rx越大,URx与滑动变阻器并联阻值越接近线性关系,在实验操作中越接近均匀变化.当Rx值比滑动变阻器全值小得多时,在滑动变阻器并联阻值较小时,URx几乎不随滑动变阻器并联阻值改变;在滑动变阻器并联阻值较大时,URx随滑动变阻器并联阻值改变太过迅速,这是很不便于实验操作的.因此从分压电路调压方便的角度考虑,分压电路中待测电阻阻值Rx应比滑动变阻器阻值大,当待测电阻阻值Rx小于滑动变阻器全值的时,就不宜接成分压电路了.

2 限流电路的Rx与R关系对调压的影响分析

限流电路中Rx与滑动变阻器触头右侧电阻成串联关系,设滑动变阻器触头右侧电阻阻值为 Rx,根据串联分压的特点,Rx的端电压取 E=5 V,滑动变阻器阻值 R=20 Ω,Rx分别为 4 Ω、20 Ω、100 Ω的函数 图像如图5所示.

图5

显然,当 Rx≫R(如 Rx=100 Ω图线)时,待测电阻的端电压随滑动变阻器线性变化,但是电压变化范围太小.

当 Rx≪R(如 Rx=4 Ω图线)时,在滑动变阻器接入阻值较小时,待测电阻的端电压URx随滑动变阻器接入电阻的增大而迅速减小,造成调节困难;在滑动变阻器接入阻值较大时,待测电阻的端电压URx几乎不随滑动变阻器接入电阻的增大而迅速减小,同样造成调节困难.