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实验二 基尔霍夫定律和叠加原理的验证(实验报告答案)
时间:2023.12.5
实验二 基尔霍夫定律和叠加原理的验证 一、实验目的 1.验证基尔霍夫定律的正确性,加深对基尔霍夫定律的理解。 2.验证线性电路中叠加原理的正确性及其适用范围,加深对线性电路的叠加性和齐次性的认识和理解。 3.进一步掌握仪器仪表的使用方法。 二、实验原理 1.基尔霍夫定律 基尔霍夫定律是电路的基本定律。它包括基尔霍夫电流定律(KCL)和基尔霍夫电压定律(KVL)。 (1)基尔霍夫电流定律(KCL) 在电路中,对任一结点,各支路电流的代数和恒等于零,即ΣI=0。 (2)基尔霍夫电压定律(KVL) 在电路中,对任一回路,所有支路电压的代数和恒等于零,即ΣU=0。 基尔霍夫定律表达式中的电流和电压都是代数量,运用时,必须预先任意假定电流和电压的参考方向。当电流和电压的实际方向与参考方向相同时,取值为正;相反时,取值为负。 基尔霍夫定律与各支路元件的性质无关,无论是线性的或非线性的电路,还是含源的或无源的电路,它都是普遍适用的。 2.叠加原理 在线性电路中,有多个电源同时作用时,任一支路的电流或电压都是电路中每个独立电源单独作用时在该支路中所产生的电流或电压的代数和。某独立源单独作用时,其它独立源均需置零。(电压源用短路代替,电流源用开路代替。) 线性电路的齐次性(又称比例性),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(即在电路其它各电阻元件上所产生的电流和电压值)也将增加或减小K倍。 三、实验设备与器件 1.直流稳压电源 1 台 2.直流数字电压表 1 块 3.直流数字毫安表 1 块 4.万用表 1 块 5.实验电路板 1 块 四、实验内容 1.基尔霍夫定律实验 按图2-1接线。 ![]()
(1)实验前,可任意假定三条支路电流的参考方向及三个闭合回路的绕行方 向。图2-1中的电流I1、I2、I3的方向已设定,三个闭合回路的绕行方向可设为ADEFA、BADCB和FBCEF。 (2)分别将两路直流稳压电源接入电路,令U1=6V,U2=12V。 (3)将电路实验箱上的直流数字毫安表分别接入三条支路中,测量支路电流, 数据记入表2-1。此时应注意毫安表的极性应与电流的假定方向一致。 (4)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,数据记 入表2-1。 表2-1 基尔霍夫定律实验数据 ![]() 2.叠加原理实验 (1)线性电阻电路 按图2-2接线,此时开关K投向R5(330Ω)侧。 ![]() 图3.42. ①分别将两路直流稳压电源接入电路,令U1=12V,U2=6V。 ②令电源U1单独作用, BC短接,用毫安表和电压表分别测量各支路电流 及各电阻元件两端电压,数据记入表2-2。 表2-2 叠加原理实验数据(线性电阻电路) ![]() ③令U2单独作用,此时FE短接。重复实验步骤②的测量,数据记入表2-2。 ④令U1和U2共同作用,重复上述测量,数据记入表2-2。 ⑤取U2=12V,重复步骤③的测量,数据记入表2-2。 (2)非线性电阻电路 按图2-2接线,此时开关K投向二极管IN4007侧。重复上述步骤①~⑤的测量过程,数据记入表2-3。 表 2-3 叠加原理实验数据(非线性电阻电路) ![]() (3) 判断电路故障 按图2-2接线,此时开关K投向R5(330Ω)侧。任意按下某个故障设置按键,重复实验内容④的测量。数据记入表2-4中,将故障原因分析及判断依据填入表2-5。 表 2-4 故障电路的实验数据 ![]() 表 2-5 故障电路的原因及判断依据 ![]() 五、实验预习 1. 实验注意事项 (1)需要测量的电压值,均以电压表测量的读数为准。 U1、U2也需测量,不应取电源本身的显示值。 (2)防止稳压电源两个输出端碰线短路。 (3)用指针式电压表或电流表测量电压或电流时,如果仪表指针反偏,则必须调换仪表极性,重新测量。此时指针正偏,可读得电压或电流值。若用数显电压表或电流表测量,则可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。 (4)仪表量程的应及时更换。 2. 预习思考题 (1)根据图2-1的电路参数,计算出待测的电流I1、I2、I3和各电阻上的电压值,记入表2-1中,以便实验测量时,可正确地选定毫安表和电压表的量程。 答:基尔霍夫定律的计算值 根据基尔霍夫定律列方程如下: (1) I1 + I2 = I3 (KCL) (2) (510+510)I1 + 510 I3 = 6 (KVL) (3) (1000+330)I3 + 510 I3 = 12 (KVL) 由方程(1)、(2)、(3)解得: I1 = 0.00193A= 1.93 mA I2 = 0.00599A= 5.99 mA I3 = 0.00792A= 7.92mA UFA =510 UAB = UAD =510 UDE =510 UCD = (2)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? 答:指针式万用表万用表作为电流表使用,应串接在被测电路中。并注意电流的方向。即将红表笔接电流流入的一端(“ 记录数据时应注意电流的参考方向。若电流的实际方向与参考方向一致,则电流取正号 ,若电流的实际方向与参考方向相反,则电流取负号。 若用直流数字毫安表进行测量时,则可直接读出电流值。但应注意:所读得电流值的正、负号应根据设定的电流参考方向来判断。 (3)实验电路中,若有一个电阻器改为二极管,试问叠加原理的叠加性与齐次性还成立吗?为什么? 答: 电阻改为二极管后,叠加原理不成立。因为二极管是非线性元件,含有二极管的非线性电路,不符合叠加性和齐次性。 六、实验报告 1. 根据实验数据,选定实验电路图2.1中的结点A,验证KCL的正确性。 答:依据表2-1中实验测量数据,选定结点A,取流出结点的电流为正。通过计算验证KCL的正确性。 I1 = 2. 08 mA I2 = 6. 38 mA I3 = 8. 43mA 即 结论: I3 2. 根据实验数据,选定实验电路图2.1中任一闭合回路,验证KVL的正确性。 答:依据表2-1中实验测量数据,选定闭合回路ADEFA,取逆时针方向为回路的绕行方向电压降为正。通过计算验证KVL的正确性。 UAD = 4.02 V UDE = 0. 97 V UFA= 0. 93 V U1= 6. 05V 结论: 同理,其它结点和闭合回路的电流和电压,也可类似计算验证。电压表和电流表的测量数据有一定的误差,都在可允许的误差范围内。 3. 根据实验数据,验证线性电路的叠加性与齐次性。 答:验证线性电路的叠加原理: (1)验证线性电路的叠加性 依据表 2-2的测量数据,选定电流I1 和电压UAB 。通过计算,验证线性电路的叠加性是正确的。 验证电流I1 : U1单独作用时: I1 (U1单独作用)= 8.69mA U2单独作用时:I1(U2单独作用) = - 1.19mA U1、U2共同作用时:I1 (U1、U2共同作用)= 7.55mA 即 结论:I1 (U1、U2共同作用)= I1 (U1单独作用)+ I1(U2单独作用) 验证电压UAB: U1单独作用时:UAB(U1单独作用)= 2. 42 V U2单独作用时:UAB(U2单独作用)= - 3.59V U1、U2共同作用时:UAB(U1、U2共同作用)= -1.16V 即 结论:UAB(U1、U2共同作用)= UAB(U1单独作用)+ UAB(U2单独作用) 因此线性电路的叠加性是正确的。 (2)验证线性电路的齐次性 依据表 2-2的测量数据,选定电流I1 和电压UAB 。通过计算,验证线性电路的齐次性是正确的。 验证电流I1 : U2单独作用时:I1(U2单独作用) = - 1.19mA 2U2单独作用时:I1 (2U2单独作用)= - 2. 39mA 即 结论:I1 (2U2单独作用)=2 验证电压UAB: U2单独作用时:UAB(U2单独作用)= - 3. 59 V 2U2单独作用时:UAB(U2单独作用)= - 7. 17V 结论:UAB(2U2单独作用)=2 因此线性电路的齐次性是正确的。 同理,其它支路电流和电压,也可类似计算。证明线性电路的叠加性和齐次性是正确的。 (3)对于含有二极管的非线性电路,表2-3中的数据。通过计算,证明非线性电路不符合叠加性和齐次性。 4. 实验总结及体会。 附: (1)基尔霍夫定律实验数据的相对误差计算 同理可得:
由以上计算可看出:I1、I2、I3 及UAB 、UCD误差较大。 (2)基尔霍夫定律实验数据的误差原因分析 产生误差的原因主要有: 1)电阻值不恒等电路标出值,以510Ω电阻为例,实测电阻为515Ω,电阻误差较大。 2)导线连接不紧密产生的接触误差。 3)仪表的基本误差。 (3)基尔霍夫定律实验的结论 数据中绝大部分相对误差较小,基尔霍夫定律是正确的。 附:叠加原理的验证实验小结 (1)测量电压、电流时,应注意仪表的极性与电压、电流的参考方向一致,这样纪录的数据才是准确的。 (2)在实际操作中,开关投向短路侧时,测量点F延至E点,B延至C点,否则测量出错。 (3)线性电路中,叠加原理成立,非线性电路中,叠加原理不成立。功率不满足叠加原理。 第二篇:实验一、叠加原理和戴维南定理实验一、叠加原理和戴维南定理 实验预习: 一、实验目的 1、 牢固掌握叠加原理的基本概念,进一步验证叠加原理的正确性。 2、 验证戴维南定理。 3、 掌握测量等效电动势与等效内阻的方法。 二、实验原理 叠加原理: 在线性电路中,有多个电源同时作用时,在电路的任何部分所产生的电流或电压,等于这些电源分别单独作用时在该部分产生的电流或电压的代数和。 为了验证叠加原理,可就图1-2-1的线路来研究。当E1和E2同时作用时,在某一支路中所产生的电流I,应为E1单独作用在该支路中所产生的电流I¢和E2单独作用在该支路中所产生的电流I²之和,即I= I¢+ I²。实验中可将电流表串接到所研究的支路中分别测得在E1和E2单独作用时,及它们共同作用时的电流和电压加以验证。 图1-2-1 叠加原理图 (a) (b) 图1-2-2 戴维南定理图 戴维南定理: 一个有源的二端网络就其外部性能来说,可以用一个等效电压源来代替,该电压源的电动势E等于网络的开路电压UOC;该电压源的内阻等于网络的入端电阻(内电阻)Ri 。 图1-2-2的实验电路,现研究其中的一条支路(如RL支路)。那么可以把这条支路以外的虚线部分看作是一个有源二端网络,再把这个有源网络变换成等效电动势和内阻Ri串联的等效电路。 三、预习要求与计算仿真 1、本次实验涉及到以下仪器:直流稳压电源、直流电压表、直流毫安表,电流插头、插座。关于这些设备的使用说明,详见附录,在正式实验前应予以预习。 2、根据图1-2-3、1-2-4中的电路参数,计算出待测量的电流、电压值,记入表中,以便与实验测量的数据比较,并帮助正确选定测量仪表的量程。 3、利用PSPICE仿真软件,根据图1-2-3、1-2-4设计仿真电路,并试运行。(PSPICE仿真软件的使用方法详见附录) 四、注意事项 1、测量各支路的电流、电压时,应注意仪表的极性以及数据表格中“+、-”号的记录。 2、电源不作用时,不可将稳压源直接短接。 3、用万用表直接测内阻时,网络内的独立电源必须先置零,以免损坏万用表,其次,欧姆表必须经调零后再进行测量。 4、改接线路时,要关掉电源。 五、思考题 1. 叠加原理中E1、E2分别单独作用,在实验中应如何操作? 2. 各电阻所消耗的功率能否用叠加原理计算得出?为什么?试用具体数据分析说明。 3. 在求戴维南等效电路时,作短路实验,测ISC的条件是什么?在本实验中可否直接作负载短路实验? 实验内容: 一、实验线路 实验线路如图1-2-3、1-2-4所示。 图1-2-3叠加原理实验电路 图 1-2-4戴维南定理实验电路 二、实验设备 ![]() 三、实验步骤 1、 叠加原理实验 实验前,先将两路直流稳压电源接入电路,令E1=12V,E2=6V。 按图1-2-3接线,并将开关S1、S2投向短路一侧。(开关S1和S2分别控制E1、E2两电源的工作状况,当开关投向短侧时说明该电源不作用于电路。) 1) 接通E1=12V电源,S2投短路侧(E1单独作用),测量此时各支路电流,测量结果填入表1-2-1中。 2) 接通E2=6V电源,S1投短路侧(E2单独作用),测量此时各支路电流,测量结果填入表1-2-1中。 3) 接通E1=12V电源,E2=6V电源(E1和E2共同作用),测量此时各支路电流,测量结果填入表1-2-1中。 2、 戴维南定理实验 按图1-2-4接线,将一路直流稳压电源接入电路,令U保持12V。 1) 测网络的开路电压UOC 。将RL断开,用电压表测有源二端网络开路电压UOC ,(A、B两点间电压),即得等效电压源的等效电动势ES。记入表1-2-2中。 2) 测网络的短路电流ISC 。将RL断开,并将A、B两点间用一根短路导线相连,用电流表测有源二端网络短路电流ISC,(A-mA-B支路的电流),即得等效电流源的等效电流IS 。记入表1-2-2中。 3) 测有源二端网络入端电阻Ri 。三种方法测量,结果记入表1-2-2中。 a) 先将电压源及负载RL从电路中断开,并将原电压端所接的两点用一根短路导线相连。用万用表测出A、B两点间的电阻RAB(RAB=Ri)。 b) 测有源二端网络开路电压UOC和有源二端网络短路电流ISC ,算出入端电阻Ri 。(Ri= UOC / ISC) c) 先断开RL ,测网络的开路电压UOC 。再将RL接上,用电压表测负载RL的两端电压UAB ,调节RL,使UAB=(1/2)´ UOC ,则此时Ri = RL。(为什么?) 4)A、B间接RL(任意值),测RL两端电压和流过RL上的电流,记入表1-2-3中。 四、表格与数据 表1-2-1 ![]() 表1-2-2 ![]() 表1-2-3 ![]() 五、实验报告 1、完成数据表格中的计算,进行必要的误差分析。 2、根据实验数据验证线性电路的叠加性与齐次性,验证戴维南定理的正确性。 3、说明测有源二端网络开路电压及等效内阻的几种方法, 并比较其优缺点,考虑是否有其它测量方法。 4、心得体会及其它。 注:1、如下图所示,实验时可能会出现的类似电路。 图1-2-5 叠加原理实验电路 图1-2-6 戴维南定理实验电路 更多相关推荐: 叠加原理_实验报告范文(含数据处理)叠加原理实验报告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... 叠加原理的验证作业叠加原理的验证作业实验名称叠加原理的验证实验目的用实验方法验证叠加原理的正确性学习复杂电路的连接方法进一步熟悉直流电流表的使用实验仪器直流稳压电源两台分别为12V和6V万用表转换开关两个标准电阻三个分别为100... 实验六叠加原理的验证实验六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... 2.基尔霍夫定律和叠加原理的验证(实验报告答案)南昌大学电工学实验报告学生姓名王学瑞学号5503211061专业班级本硕111班实验时间16时00分第三周星期二指导老师郑朝丹成绩基尔霍夫定律和叠加原理的验证实验目的1验证基尔霍夫定的正确性加深对基尔霍夫定律的... 2.基尔霍夫定律和叠加原理的验证(实验报告答案)含数据处理实验二基尔霍夫定律和叠加原理的验证一实验目的1验证基尔霍夫定律的正确性加深对基尔霍夫定律的理解2验证线性电路中叠加原理的正确性及其适用范围加深对线性电路的叠加性和齐次性的认识和理解3进一步掌握仪器仪表的使用方法... 叠加原理的验证实验报告实验名称叠加原理的验证学生姓名轻舞学号XXXXXX专业班级08商检2班实验类型验证综合设计创新实验分组实验日期0943实验成绩实验目的验证线性电路叠加原理的正确性从而加深对线性电路的叠加性和齐次性的认识... 叠加定理验证实验报告电子科技大学电子技术实验报告学生姓名班级学号考核成绩实验地点指导教师试验时间实验报告内容1实验名称目的原理与方案2进过整理的实验数据曲线3对实验结果的分析讨论以及得出的结论4对指定问题的回答实验报告要求书写清楚... 电路基础实验报告 叠加原理一实验目的1加深对叠加定理内容及适用范围的理解2提高测量多支路电压电流的能力3提高分析和研究实验现象的能力二实验仪器与应用软件PC机一台Windows操作系统CPU26G内存17G硬盘80GPspice电路仿真... 运放器的放大原理及叠加定理的验证 电路分析实验报告实验一运放器的放大原理及叠加定理的验证实验一运放器的放大原理及叠加定理的验证一实验目的1初次试验基本掌握workbench的基本操作2通过实验测定一运放器的放大倍数并与用节点法算出来的理论值进行对比验证节点法的... 电分实验报告-电路定理的验证深圳大学实验报告课程名称学院信息工程学院班级实验时间实验报告提交时间教务部制注1报告内的项目或内容设置可根据实际情况加以调整和补充2教师批改学生实验报告时间应在学生提交实验报告时间后10日内 大工模拟电路实验作业叠加原理的验证大工模拟电路实验作业叠加原理的验证 实验三、四叠加原理的验证 戴维宁定理的验证实验三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... 叠加原理的验证实验报告(31篇) |
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