实验一　基尔霍夫定律与叠加原理的验证

一、实验目的

1．熟悉实验台上仪表的使用及布局；

2．加深对基尔霍夫定律的理解，体会电压、电流参考方向；

3．验证线性电路叠加定理的正确性，以加深对线性电路叠加性的认识与理解。

二、原理说明

　　基尔霍夫电流定律KCL：对电路中的任意一个节点而言，应有ΣI＝0；

基尔霍夫电压定律KVL：对电路任何一个闭合回路而言，应有ΣU＝0。

基尔霍夫定律是电路的基本定律。测量某电路的各支路电流及每个元件两端的电压，应能分别满足基尔霍夫电流定律（KCL）和电压定律（KVL）。基尔霍夫定律反映了电流的连续性以及电压与电路路径无关的原理。应用于线性及非线性电路。

    叠加原理指出：在有多个独立源共同作用下的线性电路中，通过每一个元件的电流或其两端的电压，可以看成是由每一个独立源单独作用时在该元件上所产生的电流或电压的代数和。叠加原理是线性函数可加性的反映。

线性电路的齐次性是指当激励信号（某独立源的值）增加或减小K 倍时，电路的响应（即在电路中各电阻元件上所建立的电流和电压值）也将增加或减小K倍。

　　运用上述定律时须注意各支路或闭合回路中电流的参考方向，此方向一般预先设定。

三、实验设备

1．直流数字电压表、直流数字毫安表（根据型号的不同，EEL—Ⅰ型为单独的MEL－06组件，其余型号含在主控制屏上）

2．恒压源（EEL—Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ均含在主控制屏上，根据用户的要求，可能有两种配置（1）＋6 V（+5V），＋12V，0～30V可调或（2）双路0～30V可调。）

3．EEL－30组件（含实验电路）或EEL－53组件

四、实验内容

实验线路如图1-1所示，找到实验台上相应模块。

图 1-1

1.       基尔夫定律的验证：

（1）分别将两路直流稳压电源的输出调节为6V和12V，接入电路U₁和U₂处。

即令U1=6V，U2=12V。

  （2）任意设定三条支路和三个闭合回路的电流正方向。图1-1中的I₁、I₂、I₃的方向已设定。三个闭合回路的电流正方向可设为ADEFA、BADCB和FBCEF。

（3）熟悉电流插头的结构，将电流插头的两端接至数字毫安表的“＋、－”两端。

（4）将电流插头分别插入三条支路的电流插座中，读出并记录电流值，填入表1-1中。

（5）用直流数字电压表分别测量两路电源及电阻元件上的电压值，填人表1-1中。

表1-1

 2.       叠加原理的验证：

（1）分别将两路直流稳压电源的输出调节为6V和12V，接入电路U₁和U₂处。即令U1=6V，U2=12V。

（2）令U₁电源单独作用（将开关K₁投向U₁侧，开关K₂投向短路侧）。用直流数字电压表和毫安表（接电流插头）测量各支路电流及各电阻元件两端的电压，数据记入表1-2。

（3）令U₂电源单独作用（将开关K₁投向短路侧，开关K₂投向U₂侧），重复上述的测量和记录，数据记入表1-2。

（4）令U₁和U₂共同作用（开关K₁和K₂分别投向U₁和U₂侧）， 重复上述的测量和记录，数据记入表1-2。

（5）将U₁的数值调至＋12V，重复上述的测量并记录，数据记入表1-2。

表 1-2

 （6）将R₅（330Ω）换成二极管 1N4007（即将开关K₃投向二极管IN4007侧），重复测量过程，数据记入表1-3。

表 1-3

 五、实验注意事项

　　1. 用电流插头测量各支路电流时，或者用电压表测量电压降时，应注意仪表的极性，正确判断测得值的＋、－号后，记入数据表格。

2. 注意仪表量程的及时更换。

3. 防止稳压电源两个输出端碰线短路。

4. 用数字式电压表或电流表测量时，直接读出电压或电流值。但应注意：所读得的电压或电流值的正确正、负号应根据设定的电流参考方向来判断。

六、预习思考题

1. 在叠加原理实验中，要令U₁、U₂分别单独作用，应如何操作？可否直接将不作用的电源（U₁或U₂）短接置零？

2. 实验电路中，若有一个电阻器改为二极管， 试问叠加原理的迭加性与齐次性还成立吗？为什么？

3. 实验中，若用指针式万用表直流毫安档测各支路电流，在什么情况下可能出现指针反偏，应如何处理？在记录数据时应注意什么？若用直流数字毫安表进行测量时，则会有什么显示呢？

七、实验报告

1. 根据实验数据表格，进行分析、比较，归纳、总结实验结论，即验证线性电路的叠加性与齐次性。

　　2. 总结电位相对性和电压绝对性的结论。

3.    心得体会及其他。

 

第二篇：实验一 验证叠加定理的验证和基尔霍夫定律的验证

实验1.2叠加原理的验证

一、实验目的

验证线性电路叠加原理的正确性，加深对线性电路的叠加性和齐次性的认识和理解。

二、原理说明

    叠加原理指出：在有多个独立源共同作用下的线性电路中，通过每一个元件的电流或其两端的电压，可以看成是由每一个独立源单独作用时在该元件上所产生的电流或电压的代数和。

线性电路的齐次性是指当激励信号（某独立源的值）增加或减小K 倍时，电路的响应（即在电路中各电阻元件上所建立的电流和电压值）也将增加或减小K倍。

三、实验内容

测得三组数据，实验截图如下：

（1）   总电路：

各电源单独作用时：

由图得：2+0+4+(-4)=2 A =2 A

因此满足叠加定理。

（2）   总电路：

各电源单独作用时电路：

由图得：6.664+0+1.666+(-3.332)=4.998 A= 4.998 A

因此满足叠加定理。

（3）总电路：

各电源单独作用时电路：

由图得：2.857+0+2.857+(-2.143) =3.571 A=3.571 A

因此满足叠加定理。

四、实验体会

这次的电路比较复杂，因此在连接的时候经常会有貌似连接上了，其实并没有连接好的情况出现。当电流表电压表读数为“-0.0000”或者“E”时，便可以确定是电路图的连接出了问题。

电流表和电压表的正负极的正确连接也让我困惑了很久，最终找到了“深色一端为电流流出端”这样一种判断方法。

通过使用这个软件对课本上题目的验证，可以非常直观的证明：在有多个独立源共同作用下的线性电路中，通过每一个元件的电流或其两端的电压，是由每一个独立源单独作用时在该元件上所产生的电流或电压的代数和。这让我对叠加定理有了更深刻的理解。

实验1.1  验证基尔霍夫定律

一、实验原理

  1、电荷守恒定律：电荷既不能创造也不能消失。

  2、能量守恒定律：能量既不会凭空产生，也不会凭空消失。

3、基本霍夫定律是电路的基本定律。

（1）基本霍夫电流定律

对电路中任意节点，流入、流出该节点的代数和为零。即 ∑I=0。

（2）基本霍夫电压定律

在电路中任一闭合回路，电压降的代数和为零。 即 ∑U=0。

二、实验目的

1、验证基尔霍夫电流、电压定律。加深对基尔霍夫定律的理解。

2、加深对电流、电压参考方向的理解。

三、实验过程

  采用三组数据，实验过程图分别如下：

（1）

对点a：

KCL： 0.7498+1.499=2.2488≈2.249 A

对如图标识大回路：

KVL：2.249+0.7498+2.998=5.9968≈6 V

（2）

对点a：

KCL： 0.3999+0.7997=1.199≈1.200 A

对最大回路：

KVL：2.399+0.3999+3.199=5.9979≈6 V

（3）

对点a：

KCL： 0.2727+0.2727=0.5454=0.5454 A

对最大回路：

KVL：1.091+0.2730+4.636=6 = 6 V

四、实验心得

验证基尔霍夫定律是我的第一次实验，也是第一次使用workbench，在寻找器件、研究电压表电流表的正负极、连接节点方便遇到了很多困难，后来在向同学请教、百度搜索当中得到了解答，因此这次试验锻炼了我使用workbench的基本能力。

同时，在三组不同数据的测量中，通过电路图可以看出，前两组的电压表没有将最上侧两个电流表包括进去，因此，在数据验证过程中，出现了前两个组数据是约等于，虽然无限接近，误差很小，但还是偏小，因为少算了电流表的电压。因此可以得知，软件中的电压表电流表并不是理想元件。