本专栏是笔者主编教材（图0所示）的电子版，依托简易的元器件和仪表安排了30多个实验，主要面向经费不太充足的中高职院校。每个实验都安排了必不可少的【预习知识】，精心设计的【实验步骤】，全面丰富的【思考习题】。因此，对于开展电子技术教学犯愁的师生，本专栏应该能够帮到你们。

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实验08  串联电阻分压

【实验目的】

1. 掌握串联电阻对电压分配的规律。
2. 学会设计并实现一个分压电路以满足特定输出电压需求。
3. 在使用可变电阻做分压器时，能够确定电压的变化范围。

【预习知识】

        分压器由两个或多个电阻串联在电压源上组成，用于从较大的源电压中获得较小的电压。如果两个相等的电阻串联，每个电阻的分得的电压将是源电压的一半。电压就这样在两个电阻上完成了分配，该思想可以推广到具有两个以上阻值不同电阻的电路。

        观察图1所示的串联电路。如果电阻相等， 上的电压就是电源电压的一半。但是如果一个电阻比另一个大怎么办？因为流过串联电阻的电流是相同的，由欧姆定律可知较大的电阻肯定会获得更大的电压。事实上，每个串联电阻上的电压都可以通过该电阻与总电阻的比例来求得。例如，如果一个串联电阻占总电阻的三分之一，那么它两端的电压就是源电压的三分之一。

        由图1可知， 上的电压等于电源电压乘上一个系数，这个系数就是  与总电阻  的比值。其实，图中的分压公式可以推广到任意数量电阻串联的电路，其中某个电阻  上的电压为：

        这是分压器公式的一般形式，它可以表述为：分压器的输出电压等于输入电压乘以输出端子之间的电阻与总电阻之比。当使用多个电阻时，输出通常是相对与分压器的接地基准，如图2所示。在这种情况下，用  和  之和代替  就可以得到输出电压。

        使用电位器可以使分压器获得可变电压。如图3(a)所示，整个输入电压范围在输出端可用。如果想要限制输出电压，可以使用如图3(b)所示的串联固定电阻来实现。

【实验元件与仪器】

1. 330Ω、470Ω、680Ω、1.0kΩ碳膜电阻各1支
2. 1.0kΩ电位器1个
3. 万用表1个
4. 直流稳压电源1个

【操作内容及步骤】

1. 按上述参数准备好4个电阻，用万用表实测一下各阻值，记录在表1中。

2. 将4个电阻串联在电源两端，如图4所示。在断开电源的情况下测量一下总电阻，记录在表1中，看是否符合电阻之和的理论值。

3. 取 ，根据分压公式计算每个电阻上分得电压的理论值，记录在表1的第4列。

4. 接通电源，用万用表实测一下每个电阻上的压降，记录在表1的第5列，看是否符合第4列的理论值。

5. 根据上一步的测量结果，思考一下在电源电压不变的情况下，如果想要获得6.8V的输出电压，利用这几个电阻该如何设计这个分压器？请在图5中画出原理图。

6. 利用 330Ω、680Ω、1.0kΩ 这三个电阻，设计一个分压器，在源电压为 +10V 时输出 +5.0V 的电压，在图6中画出原理图。

7. 将上一步你设计的分压器在面包板上连线，实际测量一下该输出电压，并在你设计的原理图上记下该测量值。

8. 在本实验提供的4个电阻中任选两个，设计一个分压器，从 +10V 的输入电压得到 7.5V 的输出电压，在图7中画出原理图。

9. 观察图3(b)， 使用 1.0kΩ 的电位器， 和 用来限制输出电压范围。假设 ，根据分压公式计算一下输出电压的最小值和最大值： = ______， = ______

10. 将上一步的电路在面包板上连线，如图8所示，实测一下分压的最小值和最大值。

【实验思考与讨论】

1. 如果将图4中的所有阻值都变为原来的 10 倍，每个电阻分得的电压有何变化？这个分压器消耗的功率又有何变化？请解释原因。

2. 对于图3(b)，在  时，如果  断开，输出电压为多少？如果断开的是 ，输出电压又为多少？

3. 如果将图3(b)中 1.0kΩ 的电位器换成 10kΩ 的电位器，那输出电压的范围如何变化？

4. 某电阻分压电路如图9所示，计算每个A、B、C、D每个点的电位。

5. 某电位器分压电路如图10所示，计算输出电压的最小值和最大值。

【实验拓展与延伸】

        本实验中的分压器是空载的，也就是说，它们不需要为负载提供电流。如果在输出端加上一个负载，则负载需要电流，分压器的输出电压将会发生变化。你可以尝试在图4的分压输出端加上负载电阻，观察输出电压的变化。多大的负载电阻会引起输出电压下降 10% 或更少的？分压器中串联电阻的尺寸是否影响结果？为什么要选择这一组电阻而不是另一组？用简练的语言描述你的结论。

（本文完）