滑動(dòng)變阻器的選擇和連接（定）

1、滑動(dòng)變阻器的選擇和連接滑動(dòng)變阻器是電路中調(diào)控電流或電壓的重要器材。選擇滑動(dòng)變阻器時(shí)要從三個(gè)方面考慮：第一、電路安全，即要注意電路中各電表的量程及變阻器的額定電流，第二、電路中電流、電壓需要調(diào)控的范圍，第三、實(shí)驗(yàn)中應(yīng)使滑動(dòng)變阻器便于調(diào)節(jié)、電表便于讀取數(shù)據(jù)。前二個(gè)要求如何做到，通過(guò)簡(jiǎn)單的計(jì)算能夠找到答案，后一個(gè)要求往往容易被忽視。實(shí)驗(yàn)中如果變阻器的最大阻值選擇不合適，即使?jié)M足了電路安全要求，理論上也滿足了電流電壓的調(diào)控范圍，但在實(shí)際操作中也將難以順利進(jìn)行。那么究竟應(yīng)如何選擇變阻器的最大阻值呢？下面通過(guò)限流電路和分壓電路分別加以說(shuō)明。1. 限流接法中滑動(dòng)變阻器的電壓調(diào)控分析PabR0RxSE圖一圖一

2、的電路為滑動(dòng)變阻器的限流式接法，電源電動(dòng)勢(shì)為，滑動(dòng)變阻器的最大阻值為接入電路中的電阻為，被調(diào)控電阻的阻值為，為使問(wèn)題簡(jiǎn)化電源內(nèi)阻不計(jì)。電鍵閉合后，兩端的電壓為，若令（顯然），則有，其可調(diào)范圍是。當(dāng)k分別取0.05、0.2、0.5、1.0、2.0、10時(shí)，則有兩端的電壓分別為、?，F(xiàn)在我們可以利用幾何畫(huà)板分別畫(huà)出各k值對(duì)應(yīng)的圖象，如圖二所示，我們稱(chēng)這些圖線為限流接法的輸出特性曲線。對(duì)這些圖線進(jìn)行分析我們有如下結(jié)論。圖 二第一、隨著k值的增大曲線距原點(diǎn)越遠(yuǎn)，線性程度越高，這樣一方面 兩端的電壓隨變阻器滑片的滑動(dòng)變化越來(lái)越均勻，但另一方面電壓調(diào)節(jié)范圍卻變得越來(lái)越小。第二、當(dāng)k很大，即時(shí)，如k=10，由

3、圖二可知，曲線接近直線，兩端的電壓隨變阻器滑片的滑動(dòng)變化最均勻，但電壓的可調(diào)節(jié)范圍最小，這樣將導(dǎo)致滑動(dòng)變阻器有明顯滑動(dòng)，也就是有明顯變化時(shí)，而卻無(wú)顯著變化，這時(shí)滑動(dòng)變阻器對(duì)電壓的調(diào)控作用不大，不便從電表上讀取數(shù)據(jù)，我們稱(chēng)此時(shí)的滑動(dòng)為無(wú)效滑動(dòng)。第三、當(dāng)k很小，即 時(shí)，如k=0.05，由圖二可知，曲線非常彎曲，當(dāng)接近0時(shí)的電壓變化很大, 細(xì)調(diào)程度較差，電壓調(diào)節(jié)困難。而當(dāng)在接近1的大部分區(qū)域內(nèi)變化時(shí),兩端的電壓卻在一個(gè)很小的范圍內(nèi)變化，滑動(dòng)變阻器實(shí)際上對(duì)電壓的調(diào)節(jié)作用不大，這時(shí)的滑動(dòng)屬無(wú)效滑動(dòng)。第四、不論大小如何，負(fù)載上通過(guò)的電流都不可能為零。第五、當(dāng)k在之間，即與比較接近時(shí)，如圖二所示，避開(kāi)了電壓

4、調(diào)節(jié)范圍過(guò)小和調(diào)節(jié)精度過(guò)低的兩種缺陷，故較為合適，這時(shí)滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)稱(chēng)為有效滑動(dòng)。所以，若控制電路采用限流式接法，在選擇滑動(dòng)變阻器時(shí)要求滑動(dòng)變阻器的最大阻值與被控電阻的阻值接近，一般選取較為合適。aPbR0RxSE圖三2、 分壓接法中滑動(dòng)變阻器的電壓調(diào)控分析圖三的電路為滑動(dòng)變阻器分壓式接法，電源電動(dòng)勢(shì)為，被控電阻的阻值為，滑動(dòng)變阻器的最大阻值為，與被控電阻并聯(lián)部分電阻為，為使問(wèn)題簡(jiǎn)化電源內(nèi)阻不計(jì)，此電路實(shí)際上是與并聯(lián)后再與串聯(lián)分壓。當(dāng)電鍵閉合后，兩端的電壓為：若令（顯然），則有，其可調(diào)范圍是。當(dāng)k分別取0.05、0.2、0.5、1.0、2.0、10時(shí)，則有兩端的電壓分別為、?，F(xiàn)在我們可以利用

5、幾何畫(huà)板分別畫(huà)出各k值對(duì)應(yīng)的函數(shù)圖象，如圖四所示，我們稱(chēng)這些圖線為分壓接法的輸出特性曲線。對(duì)這些圖線進(jìn)行分析我們有如下結(jié)論。圖 四第一、無(wú)論k取何值，負(fù)載上的電壓一定在之間變化，隨著k值的增大，圖線的線性程度越高，當(dāng),即時(shí)，如k=10,由于， 有極大值0.25, 因此我們可以近似略去項(xiàng)，關(guān)系為，如圖四所示圖象接近一次函數(shù)，這時(shí)的電壓隨變阻器滑片的滑動(dòng)變化的均勻程度越來(lái)越高，電壓容易調(diào)控，調(diào)節(jié)精度高。第二、當(dāng)k很小，即時(shí)，如k=0.05，由圖四可知，曲線非常彎曲，當(dāng)接近1時(shí)的電壓迅速增加，說(shuō)明此時(shí)調(diào)節(jié)電壓困難， 這時(shí)的滑動(dòng)變阻器不易控制，滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)當(dāng)然是無(wú)效滑動(dòng)，而當(dāng)在接近零的大部分區(qū)域內(nèi)

6、變化時(shí),兩端的電壓卻在一個(gè)很小的范圍內(nèi)變化，滑動(dòng)變阻器實(shí)際上對(duì)電壓的調(diào)節(jié)作用不大，不便從電表上讀取數(shù)據(jù)，這時(shí)的滑動(dòng)同樣是無(wú)效滑動(dòng)。所以，當(dāng)控制電路采用分壓式接法時(shí)，從調(diào)節(jié)的均勻度考慮，滑動(dòng)變阻器的最大阻值最好小于被控電阻的阻值，但并不是越小越好,因?yàn)楫?dāng)很小時(shí), 上的功耗也將變大，因此還要考慮到功耗不能太大，則不宜取得過(guò)小。與此同時(shí)應(yīng)注意流過(guò)變阻器的總電流不能超過(guò)它的額定值。因此，從圖四可以看出,當(dāng)k=10時(shí)輸出圖線的線性程度已經(jīng)相當(dāng)不錯(cuò),變阻器調(diào)控電壓的能力已經(jīng)足夠使人滿意了,完全沒(méi)有再提高k值的必要了,在實(shí)際中從輸出特性圖可以看出k在之間較為合適。3、分壓接法和限流接法的比較滑動(dòng)變阻器接入電

7、路后，它本身也要消耗電能，不同的接法造成的功率消耗是不一樣的。當(dāng)負(fù)載R x通過(guò)相同的電流Ix時(shí)，分壓電路接法中的總電流I=Ix+IaP；在限流接法電路中的總電I=Ix。故分壓式接法時(shí)電路總電流大，電源的輸出功率（P=IUo）較大，也就是說(shuō)電路消耗的額外功率大。結(jié)合上述分析滑動(dòng)變阻器的分壓接法和限流接法對(duì)電壓、電流等的控制作用見(jiàn)下表：負(fù)載R上電壓U調(diào)節(jié)范圍負(fù)載R上電流調(diào)節(jié)范圍閉合電鍵前觸頭處位置相同條件下電路消耗的總功率分壓接法UEIxaEIx限流接法0UE0IxaE(Ix+IaP)比較分壓電路調(diào)節(jié)范圍大分壓電路調(diào)節(jié)范圍大都為了保護(hù)電路限流電路能耗較小三、滑動(dòng)變阻器分壓接法和限流接法的選擇變阻器是輔助器材，根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求，一是要考慮保護(hù)電路中所有器材安全；二是要考慮測(cè)量范圍；三是數(shù)據(jù)要精確，在改變電阻而測(cè)得的電壓和電流，一般要求各表的實(shí)際讀數(shù)不小于量程的1/3，目的是減小偶然誤差；四是操作盡量簡(jiǎn)便，被測(cè)電壓（流）隨變阻器觸頭滑動(dòng)而均勻改變?yōu)榧??；瑒?dòng)變阻器分壓接法和限流接法都能調(diào)節(jié)負(fù)載的電流（電壓），但在相同條件下的調(diào)節(jié)效果不同，實(shí)際應(yīng)用要根據(jù)情況恰當(dāng)?shù)剡x擇適當(dāng)?shù)姆椒?。通常情況下(滿足安全條