# 实验一 分压器为什么一接负载就变了

先修：第 00～06 课。预计 45～60 分钟，可拆为计算与实测两次。目标：用同一电路对比空载与加载，证明连接变化会改变输出。

## 材料与原理图

两节 AA 电池及带开关电池盒、面包板、跳线、三只 10 kΩ 电阻、万用表。电阻选 0.25 W，记录其标称公差。有实验电源时可用 3.0 V、10 mA 限流；不会设置限流时先查设备说明书。

![空载和加载的分压器](../assets/divider.svg)

图用 5 V 演示原理，本实物实验使用约 3 V；连接完全相同，所有预测改用实际 Vin。R1 接 Vin 与 Vout，R2 接 Vout 与 GND，RL 在加载步骤才接入。GND 必须连回电源负极。

## 先算再接

理想 Vin = 3.0 V，R1 = R2 = RL = 10 kΩ：空载输出 1.5 V，总电流 0.15 mA；加载后输出 1.0 V，总电流 0.20 mA，两个下支路各 0.10 mA。最大电阻耗散只有约 0.4 mW，远小于 0.25 W。电池电压并非始终等于 3.0 V，后面要用实测输入重算。

## 接线与测量步骤

1. 断开电池盒，确认表笔和档位。把三只电阻独立测量，记录 R1、R2、RL 的实际阻值。
2. 断电确认面包板连通情况。R1 跨 E5 与 E10，R2 跨 D10 与 D15；电源正接 A5，负接 A15。两个电阻引脚都不能落在同一组五孔内。
3. 检查节点：第 5 行 A～E 是 Vin，第 10 行 A～E 是 Vout，第 15 行 A～E 是 GND。暂不装 RL。
4. 万用表切回直流电压档，黑笔 COM、红笔 V/Ω。接通电源，先测 Vin，再测 Vout；黑笔始终接 GND。
5. 测 R1 压降：红笔接 Vin，黑笔接 Vout。将测得的 VR1 除以实际 R1，得到电流估计。这里不用电流档。
6. 断电，将 RL 接在 C10 与 C15，它就与 R2 并联。检查无误后再次上电，重复测 Vin、Vout 和 R1 压降。
7. 断电，收好表笔，整理下表。不要用表的电流档直接跨接电源，也不要带电切换到电阻档。

测量方法参考 [Fluke 直流电压测量](https://www.fluke.com/en-us/learn/blog/digital-multimeters/how-to-measure-dc-voltage-with-a-digital-multimeter)；连接与计算是本课程的小功率教学设计。

## 记录表

| 状态 | 实测 Vin | 用实测阻值重算 Vout | 实测 Vout | 差异与原因 |
| --- | --- | --- | --- | --- |
| 空载 | 留待实测 | 留待计算 | 留待实测 | 留待分析 |
| 接 RL | 留待实测 | 留待计算 | 留待实测 | 留待分析 |

空载预测用 Vin × R2/(R1 + R2)；加载时先算 R下 = R2 × RL/(R2 + RL)，再算 Vin × R下/(R1 + R下)。若需要考虑表的负载，把仪表输入电阻也并入下臂。差异可用 `(实测 − 预测)/预测 × 100%` 表示，保留正负号；预测为零时用绝对差值。

没有设备时，在记录表前写“纸面预习”，只完成名义值计算和节点图，实测保持空白。

## 读数异常怎样排查

Vout 接近零：先测 Vin，断电后检查 R1 是否接触、Vout 是否误接 GND。Vout 接近 Vin：断电检查 R2 和负极回路。加载几乎不变：检查 RL 两脚是否真的跨在 Vout 与 GND，而不是插在同一个节点。发生发热、异味或电源持续限流时立即断电，先排接线问题。

## 验收与复盘

能说明加载后为什么下降，并把连接、预测、实际和解释放在一页报告中。差异超过 5% 时，依次检查实际 Vin、阻值、节点、量程和仪表输入电阻；5% 是本练习的排查触发线，不是通用产品验收标准。没有实物只标记理论通过。

思考：把 RL 改为 100 kΩ，3.0 V 理想供电时输出多少？

<details><summary>查看复盘答案</summary>

R2 ∥ RL ≈ 9.091 kΩ，Vout ≈ 1.4286 V，比接 10 kΩ 时更接近空载的 1.5 V。负载阻值越大，取走的电流越少。

</details>

下一实验：[LED 限流与调试](12-lab-led.md)。