分压器

零件和材料

• 计算器（或用于算术的铅笔和纸）
• 6 伏电池
• 各种电阻值介于 1 KΩ 和 100 kΩ 之间

为了用您的仪表获得准确的电压和电流读数，我特意将电阻值限制在 1 kΩ 和 100 kΩ 之间。

由于电阻值很低，电流表的内阻对测量精度有很大影响。

非常高的电阻值可能会导致电压测量出现问题，电压表的内阻在与高值电阻并联时会显着改变电路电阻。

交叉引用

电路课程 ，第 1 卷，第 6 章：“分压电路和基尔霍夫定律”

学习目标

• 电压表的使用
• 电流表使用
• 欧姆表的使用
• 欧姆定律的使用
• 基尔霍夫电压定律（“KVL”）的使用
• 分压器设计

原理图

插图

说明

这里展示了三种不同的电路构造方法：在面包板上、在端子条上和“自由形式”。

尝试以每种方式构建相同的电路，以熟悉不同的构建技术及其各自的优点。

“自由形式”方法——所有组件都用“鳄鱼”式跳线连接在一起——最不专业，但适合这样的简单实验。

面包板结构用途广泛，可实现高组件密度（小空间内有多个部件），但只是临时性的。

端子排以低组件密度为代价提供了一种更持久的结构形式。

从您的电阻器分类中选择三个电阻器，并用欧姆表测量每个电阻器的电阻。

用笔和纸记下这些电阻值，以供您在电路计算中参考。

将三个电阻串联，然后连接到 6 伏电池，如图所示。

接上电阻后，用电压表测量电池电压，并在纸上记下这个电压图。

建议在为电阻电路供电的同时测量电池电压，因为该电压可能与空载条件略有不同。

我们在“并联电池”实验中看到这种效应被夸大了，同时为大功率灯供电：电池电压在负载下趋于“下降”或“下降”。

虽然这个三电阻电路不应该出现足够大的负载（没有足够的电流消耗）来导致显着的电压“下降”，但测量负载下的电池电压是一个很好的科学实践，因为它提供了更真实的数据。

使用欧姆定律 (I=E/R) 计算电路电流，然后通过用这样的电流表测量电流来验证该计算值（电路的“端子板”版本显示为构造方法中的任意选择）：

如果您的电阻值确实在 1 kΩ 和 100 kΩ 之间，并且电池电压大约为 6 伏，则电流应该是一个非常小的值，在毫安 (mA) 或微安 (µA) 范围内。

当您使用数字仪表测量电流时，仪表可能会在显示屏的某个角落显示相应的公制前缀符号（m 或 µ）。

在读取数字仪表的显示时，这些公制前缀指示符很容易被忽略，因此请密切注意！

电流的测量值应与您的欧姆定律计算非常吻合。

现在，将计算出的电流值乘以每个电阻器的相应电阻值，以预测它们的电压降 (E=IR)。

将万用表切换到“电压”模式并测量每个电阻上的电压降，验证预测的准确性。

同样，计算出的电压值和实测电压值之间应该非常吻合。

每个电阻压降将是总电压的一部分或百分比，因此得名分压器 给这个电路。

该分数值由特定电阻器的电阻值和总电阻值决定。

如果一个电阻在分压器电路中降低了电池总电压的 50%，那么只要电阻值不改变，50% 的比例将保持不变。

因此，如果总电压为 6 伏，则该电阻器上的电压将为 6 的 50%，即 3 伏。如果总电压为 20 伏，该电阻将下降 10 伏，或 20 伏的 50%。

本实验的下一部分是对基尔霍夫电压定律的验证。

为此，您需要用数字标识电路中的每个唯一点。

电气公共点（直接相互连接，之间的电阻无关紧要）必须具有相同的编号。

此处以说明和示意图形式显示了使用数字 0 到 3 的示例。

在插图中，我展示了如何用小块胶带标记电路中的点，胶带上写有数字：

使用数字 电压表（这很重要！），测量0-1-2-3-0点形成的回路周围的电压降。

将这些电压中的每一个都写在纸上，以及仪表指示的相应符号。

换句话说，如果电压表记录到负电压，例如 -1.325 伏，您应该将该数字写为负数。

不要不要 将仪表探头与电路的连接反向，使数字读数“正确”。

在这个实验阶段，数学符号非常重要！以下是一系列插图，展示了如何“绕过”电路循环，从 0 点开始和结束：

使用电压表以这种方式“步进”电路会产生三个正电压数字和一个负电压：

这些数字，代数相加（“代数”=尊重数字的符号），应该等于零。

这就是基尔霍夫电压定律的基本原理：“回路”中所有电压降的代数和都加为零。

重要的是要认识到，迂回的“回路”不一定与电流在电路中的路径相同，甚至根本不是合法的电流路径。

我们计算电压降的循环可以是点的任何集合 ，只要它以相同的点开始和结束。

例如，我们可以测量并添加回路 1-2-3-1 中的电压，它们也会形成零之和：

尝试以任何顺序在电路周围的任何一组点之间步进，并亲自查看代数和始终为零。

无论电路的配置如何：串联、并联、串并联，甚至是不可约网络，这条定律都适用。

基尔霍夫电压定律是一个强大的概念，它使我们能够根据回路中所有电压加起来为零的真值开发数学方程进行分析，从而预测电路中电压的幅度和极性。

本实验旨在为基尔霍夫电压定律作为一般原理提供经验证据和深入理解。

计算机模拟

网表（制作一个包含以下文本的文本文件，逐字逐句）：

分压器 v1 3 0 r1 3 2 5k r2 2 1 3k r3 1 0 2k .dc v1 6 6 1 * 0-1-2-3-0 循环附近的电压代数加为零： .print dc v(1,0) v(2,1) v(3,2) v(0,3) * 1-2-3-1 循环周围的电压以代数方式加到零： .print dc v(2,1) v(3,2) v(1,3) 。结尾 

此计算机模拟基于之前用于说明基尔霍夫电压定律的图表中显示的点数（点 0 到点 3）。

选择电阻值以分别提供 R1、R2 和 R3 上总电压的 50%、30% 和 20% 比例。随意修改电压源值（在“.dc ”线，此处显示为 6 伏）和/或电阻值。

运行时，SPICE 将打印一行包含四个电压数字的文本，然后打印另一行包含三个电压数字的文本，以及许多其他描述分析过程的文本行。将每行中的电压数字相加，可以看到总和为零。

相关工作表：

分压电路工作表