實(shí)驗(yàn)二-基爾霍夫定律和疊加原理的驗(yàn)證(實(shí)驗(yàn)報(bào)告答案)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上實(shí)驗(yàn)二 基爾霍夫定律和疊加原理的驗(yàn)證一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.驗(yàn)證基爾霍夫定律的正確性，加深對(duì)基爾霍夫定律的理解。2.驗(yàn)證線(xiàn)性電路中疊加原理的正確性及其適用范圍，加深對(duì)線(xiàn)性電路的疊加性和齊次性的認(rèn)識(shí)和理解。3.進(jìn)一步掌握儀器儀表的使用方法。二、實(shí)驗(yàn)原理1基爾霍夫定律基爾霍夫定律是電路的基本定律。它包括基爾霍夫電流定律(KCL)和基爾霍夫電壓定律(KVL)。(1)基爾霍夫電流定律(KCL)在電路中，對(duì)任一結(jié)點(diǎn)，各支路電流的代數(shù)和恒等于零，即I0。(2)基爾霍夫電壓定律(KVL)在電路中，對(duì)任一回路，所有支路電壓的代數(shù)和恒等于零，即U0?；鶢柣舴蚨杀磉_(dá)式中的電流和電壓都是代數(shù)量，

2、運(yùn)用時(shí)，必須預(yù)先任意假定電流和電壓的參考方向。當(dāng)電流和電壓的實(shí)際方向與參考方向相同時(shí)，取值為正；相反時(shí)，取值為負(fù)。基爾霍夫定律與各支路元件的性質(zhì)無(wú)關(guān)，無(wú)論是線(xiàn)性的或非線(xiàn)性的電路，還是含源的或無(wú)源的電路，它都是普遍適用的。2疊加原理在線(xiàn)性電路中，有多個(gè)電源同時(shí)作用時(shí)，任一支路的電流或電壓都是電路中每個(gè)獨(dú)立電源單獨(dú)作用時(shí)在該支路中所產(chǎn)生的電流或電壓的代數(shù)和。某獨(dú)立源單獨(dú)作用時(shí)，其它獨(dú)立源均需置零。（電壓源用短路代替，電流源用開(kāi)路代替。）線(xiàn)性電路的齊次性（又稱(chēng)比例性），是指當(dāng)激勵(lì)信號(hào)（某獨(dú)立源的值）增加或減小K倍時(shí)，電路的響應(yīng)（即在電路其它各電阻元件上所產(chǎn)生的電流和電壓值）也將增加或減小K倍。三、實(shí)

3、驗(yàn)設(shè)備與器件1.直流穩(wěn)壓電源 1 臺(tái)2.直流數(shù)字電壓表 1 塊3.直流數(shù)字毫安表 1 塊4.萬(wàn)用表 1 塊5.實(shí)驗(yàn)電路板 1 塊四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1基爾霍夫定律實(shí)驗(yàn) 按圖2-1接線(xiàn)。圖2-1 基爾霍夫定律實(shí)驗(yàn)接線(xiàn)圖R2R1I2I16V12VU1U2I3R5R4R35105103305105101kABCDEF (1)實(shí)驗(yàn)前，可任意假定三條支路電流的參考方向及三個(gè)閉合回路的繞行方向。圖2-1中的電流I1、I2、I3的方向已設(shè)定，三個(gè)閉合回路的繞行方向可設(shè)為ADEFA、BADCB和FBCEF。(2)分別將兩路直流穩(wěn)壓電源接入電路，令U1=6V，U2=12V。(3)將電路實(shí)驗(yàn)箱上的直流數(shù)字毫安表分別接入三

4、條支路中，測(cè)量支路電流，數(shù)據(jù)記入表2-1。此時(shí)應(yīng)注意毫安表的極性應(yīng)與電流的假定方向一致。(4)用直流數(shù)字電壓表分別測(cè)量?jī)陕冯娫醇半娮柙系碾妷褐担瑪?shù)據(jù)記入表2-1。表2-1 基爾霍夫定律實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)被測(cè)量I1(mA)I2(mA)I3(mA)U1(V)U2(V)UFA(V)UAB(V)UAD(V)UCD(V)UDE(V)計(jì)算值1.935.997.926.0012.000.98-5.994.04-1.970.98測(cè)量值2.086.388.436.0511.990.93-6.244.02-2.080.97相對(duì)誤差7.77%6.51%6.43%0.8%-0.08%-5.10%4.17%-0.50%-5.

5、58%-1.02%2疊加原理實(shí)驗(yàn) (1)線(xiàn)性電阻電路按圖2-2接線(xiàn)，此時(shí)開(kāi)關(guān)K投向R5（330）側(cè)。圖2-2 疊加原理實(shí)驗(yàn)接線(xiàn)圖R2R1I2I16V12VU1U2I3R4R35105105105101kABCDEFR5330IN4007K 圖3.42. 分別將兩路直流穩(wěn)壓電源接入電路，令U1=12V，U2=6V。令電源U1單獨(dú)作用， BC短接，用毫安表和電壓表分別測(cè)量各支路電流及各電阻元件兩端電壓，數(shù)據(jù)記入表2-2。表2-2 疊加原理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)（線(xiàn)性電阻電路）測(cè)量項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)內(nèi)容U1(V)U2(V)I1(mA)I2(mA)I3(mA)UAB(V)UCD(V)UAD(V)UDE(V)UF A(V)U1

6、單獨(dú)作用12. 0408. 69-2. 426. 302. 420. 803. 234. 444. 44U2單獨(dú)作用06.05- 1. 193. 582. 37- 3. 59-1. 181. 21- 0. 60- 0. 60U1 、U2共同作用12. 046.057. 551. 16 8.62- 1. 16- 0. 384. 443. 843. 842U2單獨(dú)作用012.03- 2. 397. 184. 75- 7. 17- 2 . 372. 44- 1. 21- 1. 21令U2單獨(dú)作用，此時(shí)FE短接。重復(fù)實(shí)驗(yàn)步驟的測(cè)量，數(shù)據(jù)記入表2-2。令U1和U2共同作用，重復(fù)上述測(cè)量，數(shù)據(jù)記入表2-2

7、。取U2=12V，重復(fù)步驟的測(cè)量，數(shù)據(jù)記入表2-2。(2)非線(xiàn)性電阻電路按圖2-2接線(xiàn)，此時(shí)開(kāi)關(guān)K投向二極管IN4007側(cè)。重復(fù)上述步驟的測(cè)量過(guò)程，數(shù)據(jù)記入表2-3。表 2-3 疊加原理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)（非線(xiàn)性電阻電路）測(cè)量項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)內(nèi)容U1(V)U2(V)I1(mA)I2(mA)I3(mA)UAB(V)UCD(V)UAD(V)UDE(V)UF A(V)U1單獨(dú)作用12.0308.73- 2.566.192. 570. 60 3.174. 474. 47U2單獨(dú)作用06.060000- 6 000U1、U2共同作用12.036.067. 9507. 950- 1. 94 4.044. 034. 042U

8、2單獨(dú)作用012.050000- 12000(3) 判斷電路故障按圖2-2接線(xiàn)，此時(shí)開(kāi)關(guān)K投向R5（330）側(cè)。任意按下某個(gè)故障設(shè)置按鍵，重復(fù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的測(cè)量。數(shù)據(jù)記入表2-4中，將故障原因分析及判斷依據(jù)填入表2-5。表 2-4 故障電路的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)測(cè)量項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)內(nèi)容U1、U2共同作用U1(V)U2(V)I1(mA)I2(mA)I3(mA)UAB(V)UCD(V)UAD(V)UDE(V)UF A(V)故 障 一12.086.0403.263.26-3.26-1.061.63010.34故 障 二12.056.0711.674.3516.02-4.35-1.4205.975.97故 障 三12.036

9、.027.8107.810-2.023.983.983.98表 2-5 故障電路的原因及判斷依據(jù) 原因和依據(jù)故障內(nèi)容故 障 原 因判 斷 依 據(jù)故障一FA之間開(kāi)路I1=0 ；UF A=10.34 V故障二AD之間電阻短路UAD = 0 ；I3 =16.02 mA 故障三CD之間電阻開(kāi)路I2 = 0 ；UAB = 0 ；UCD =2.02V五、實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)1. 實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)(1)需要測(cè)量的電壓值，均以電壓表測(cè)量的讀數(shù)為準(zhǔn)。 U1、U2也需測(cè)量，不應(yīng)取電源本身的顯示值。(2)防止穩(wěn)壓電源兩個(gè)輸出端碰線(xiàn)短路。(3)用指針式電壓表或電流表測(cè)量電壓或電流時(shí)，如果儀表指針?lè)雌瑒t必須調(diào)換儀表極性，重新測(cè)量。此

10、時(shí)指針正偏，可讀得電壓或電流值。若用數(shù)顯電壓表或電流表測(cè)量，則可直接讀出電壓或電流值。但應(yīng)注意：所讀得的電壓或電流值的正確正、負(fù)號(hào)應(yīng)根據(jù)設(shè)定的電流參考方向來(lái)判斷。(4)儀表量程的應(yīng)及時(shí)更換。2. 預(yù)習(xí)思考題(1)根據(jù)圖2-1的電路參數(shù)，計(jì)算出待測(cè)的電流I1、I2、I3和各電阻上的電壓值，記入表2-1中，以便實(shí)驗(yàn)測(cè)量時(shí)，可正確地選定毫安表和電壓表的量程。答：基爾霍夫定律的計(jì)算值根據(jù)基爾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

11、程（1）、（2）、（3）解得：I1 = 0.00193A= 1.93 mA I2 = 0.00599A= 5.99 mA I3 = 0.00792A= 7.92mAUFA =5100.00193=0.98 VUAB =10000.00599 =5.99VUAD =5100.00792=4.04VUDE =5100.00193=0.98 VUCD =330 0.00599 =1.97V(2)實(shí)驗(yàn)中，若用指針式萬(wàn)用表直流毫安檔測(cè)各支路電流，在什么情況下可能出現(xiàn)指針?lè)雌?，?yīng)如何處理？在記錄數(shù)據(jù)時(shí)應(yīng)注意什么？若用直流數(shù)字毫安表進(jìn)行測(cè)量時(shí)，則會(huì)有什么顯示呢？答：指針式萬(wàn)用表萬(wàn)用表作為電流表使用，應(yīng)串接在

12、被測(cè)電路中。并注意電流的方向。即將紅表筆接電流流入的一端（“”端），黑表筆接電流流出的一端（“”端）。如果不知被測(cè)電流的方向，可以在電路的一端先接好一支表筆，另一支表筆在電路的另端輕輕地碰一下，如果指針向右擺動(dòng)，說(shuō)明接線(xiàn)正確；如果指針向左擺動(dòng)(低于零點(diǎn)，反偏)，說(shuō)明接線(xiàn)不正確，應(yīng)把萬(wàn)用表的兩支表筆位置調(diào)換。記錄數(shù)據(jù)時(shí)應(yīng)注意電流的參考方向。若電流的實(shí)際方向與參考方向一致，則電流取正號(hào) ，若電流的實(shí)際方向與參考方向相反，則電流取負(fù)號(hào)。若用直流數(shù)字毫安表進(jìn)行測(cè)量時(shí)，則可直接讀出電流值。但應(yīng)注意：所讀得電流值的正、負(fù)號(hào)應(yīng)根據(jù)設(shè)定的電流參考方向來(lái)判斷。(3)實(shí)驗(yàn)電路中，若有一個(gè)電阻器改為二極管，試問(wèn)疊加

13、原理的疊加性與齊次性還成立嗎？為什么？答： 電阻改為二極管后，疊加原理不成立。因?yàn)槎O管是非線(xiàn)性元件，含有二極管的非線(xiàn)性電路，不符合疊加性和齊次性。六、實(shí)驗(yàn)報(bào)告1. 根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，選定實(shí)驗(yàn)電路圖2.1中的結(jié)點(diǎn)A，驗(yàn)證KCL的正確性。答：依據(jù)表2-1中實(shí)驗(yàn)測(cè)量數(shù)據(jù)，選定結(jié)點(diǎn)A，取流出結(jié)點(diǎn)的電流為正。通過(guò)計(jì)算驗(yàn)證KCL的正確性。I1 = 2. 08 mA I2 = 6. 38 mA I3 = 8. 43mA即 結(jié)論： I3I1 I2 = 0 ， 證明基爾霍夫電流定律是正確的。2. 根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，選定實(shí)驗(yàn)電路圖2.1中任一閉合回路，驗(yàn)證KVL的正確性。答：依據(jù)表2-1中實(shí)驗(yàn)測(cè)量數(shù)據(jù)，選定閉合回路AD

14、EFA，取逆時(shí)針?lè)较驗(yàn)榛芈返睦@行方向電壓降為正。通過(guò)計(jì)算驗(yàn)證KVL的正確性。 UAD = 4.02 V UDE = 0. 97 V UFA= 0. 93 V U1= 6. 05V 結(jié)論： ， 證明基爾霍夫電壓定律是正確的。同理，其它結(jié)點(diǎn)和閉合回路的電流和電壓，也可類(lèi)似計(jì)算驗(yàn)證。電壓表和電流表的測(cè)量數(shù)據(jù)有一定的誤差，都在可允許的誤差范圍內(nèi)。3. 根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，驗(yàn)證線(xiàn)性電路的疊加性與齊次性。答：驗(yàn)證線(xiàn)性電路的疊加原理：（1）驗(yàn)證線(xiàn)性電路的疊加性依據(jù)表 2-2的測(cè)量數(shù)據(jù)，選定電流I1 和電壓UAB 。通過(guò)計(jì)算，驗(yàn)證線(xiàn)性電路的疊加性是正確的。驗(yàn)證電流I1 ：U1單獨(dú)作用時(shí)： I1 （U1單獨(dú)作用） =

15、 8.69mAU2單獨(dú)作用時(shí)：I1（U2單獨(dú)作用） = - 1.19mAU1、U2共同作用時(shí)：I1 （U1、U2共同作用）= 7.55mA即 結(jié)論：I1 （U1、U2共同作用）= I1 （U1單獨(dú)作用）+ I1（U2單獨(dú)作用）驗(yàn)證電壓UAB：U1單獨(dú)作用時(shí)：UAB（U1單獨(dú)作用） = 2. 42 VU2單獨(dú)作用時(shí)：UAB（U2單獨(dú)作用） = - 3.59VU1、U2共同作用時(shí)：UAB（U1、U2共同作用）= -1.16V即 結(jié)論：UAB（U1、U2共同作用）= UAB（U1單獨(dú)作用）+ UAB（U2單獨(dú)作用）因此線(xiàn)性電路的疊加性是正確的。（2）驗(yàn)證線(xiàn)性電路的齊次性依據(jù)表 2-2的測(cè)量數(shù)據(jù)，選定

16、電流I1 和電壓UAB 。通過(guò)計(jì)算，驗(yàn)證線(xiàn)性電路的齊次性是正確的。驗(yàn)證電流I1 ：U2單獨(dú)作用時(shí)：I1（U2單獨(dú)作用） = - 1.19mA2U2單獨(dú)作用時(shí)：I1 （2U2單獨(dú)作用）= - 2. 39mA即 結(jié)論：I1 （2U2單獨(dú)作用）= 2 I1（U2單獨(dú)作用）驗(yàn)證電壓UAB：U2單獨(dú)作用時(shí)：UAB（U2單獨(dú)作用） = - 3. 59 V2U2單獨(dú)作用時(shí)：UAB（U2單獨(dú)作用） = - 7. 17V結(jié)論：UAB（2U2單獨(dú)作用）= 2 UAB（U2單獨(dú)作用）因此線(xiàn)性電路的齊次性是正確的。同理，其它支路電流和電壓，也可類(lèi)似計(jì)算。證明線(xiàn)性電路的疊加性和齊次性是正確的。（3）對(duì)于含有二極管的非線(xiàn)性電路，表2-3中的數(shù)據(jù)。通過(guò)計(jì)算，證明非線(xiàn)性電路不符合疊加性和齊次性。4. 實(shí)驗(yàn)總結(jié)及體會(huì)。附：（1）基爾霍夫定律實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的相對(duì)誤差計(jì)算同理可得： ； 由以上計(jì)算可看出：I1、I2、I3 及UAB 、UCD誤差較大。（2）基爾霍夫定律實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的誤差原因分析產(chǎn)生誤差的原因