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_第1頁
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文檔簡介

1、.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,加深對基爾霍夫定律的理解。2.驗(yàn)證線性電路中疊加原理的正確性及其適用X圍,加深對線性電路的疊加性和齊次性的認(rèn)識和理解。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根本定律。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,運(yùn)用時(shí),必須預(yù)先任意假定

2、電流和電壓的參考方向。當(dāng)電流和電壓的實(shí)際方向與參考方向一樣時(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)無關(guān),無論是線性的或非線性的電路,還是含源的或無源的電路,它都是普遍適用的。2疊加原理在線性電路中,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,電流源用開路代替。線性電路的齊次性又稱比例性,是指當(dāng)鼓勵信號某獨(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)驗(yàn)設(shè)備與器件1.直流穩(wěn)壓電源 1 臺2.

3、直流數(shù)字電壓表1 塊3.直流數(shù)字毫安表1 塊4.萬用表 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。圖2-1 基爾霍夫定律實(shí)驗(yàn)接線圖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條支路中,測量支路電流,數(shù)據(jù)記入表2-1。此時(shí)應(yīng)注

4、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)字電壓表分別測量兩路電源及電阻元件上的電壓值,數(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測量值2.086.388.436.0511.990.93-6.244.02-2.080.97相對誤差7.77%6.51%6.43%0.8%-0.08%-5.10%4.17%-0.50%-5.58%-1.02%2疊加原理實(shí)驗(yàn) (1)線性電阻電

5、路按圖2-2接線,此時(shí)開關(guān)K投向R5330側(cè)。圖2-2 疊加原理實(shí)驗(yàn)接線圖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)線性電阻電路測量工程實(shí)驗(yàn)內(nèi)容U1(V)U2(V)I1(mA)I2(mA)I3(mA)UAB(V)UCD(V)UAD(V)UDE(V)UFA(V)U1單獨(dú)作用12. 0408.69-2.426.302.420.803

6、.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. 046.057.551.168.62-1.16-0.384.443.843.842U2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)步驟的測量,數(shù)據(jù)記入表2-2。令U1和U2共同作用,重復(fù)上述測量,數(shù)據(jù)記入表2-2。取U2=12V,重復(fù)步驟的測量,數(shù)據(jù)記入表2-2。(2)非線性電阻電路按圖2-2接線,此時(shí)開關(guān)K投向二極管IN4007側(cè)。重復(fù)上述步驟的測量過程,數(shù)據(jù)記入

7、表2-3。表 2-3 疊加原理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)非線性電阻電路測量工程實(shí)驗(yàn)內(nèi)容U1(V)U2(V)I1(mA)I2(mA)I3(mA)UAB(V)UCD(V)UAD(V)UDE(V)UFA(V)U1單獨(dú)作用12.0308.73-2.566.192.570.603.174.474.47U2單獨(dú)作用06.060000-6000U1、U2共同作用12.036.067.9507.950-1.944.044.034.042U2單獨(dú)作用012.050000-12000(3) 判斷電路故障按圖2-2接線,此時(shí)開關(guān)K投向R5330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)容的測量。數(shù)據(jù)記入表2-4中,將故障原因分析及判斷

8、依據(jù)填入表2-5。表 2-4故障電路的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)測量工程實(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)UFA(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故障三12.036.027.8107.810-2.023.983.983.98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之間開路I1=0;UFA=10.34 V故障二AD之間電阻短路UA

9、D= 0;I3=16.02 mA故障三CD之間電阻開路I2 = 0;UAB= 0;UCD=2.02V五、實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)1. 實(shí)驗(yàn)考前須知(1)需要測量的電壓值,均以電壓表測量的讀數(shù)為準(zhǔn)。 U1、U2也需測量,不應(yīng)取電源本身的顯示值。(2)防止穩(wěn)壓電源兩個(gè)輸出端碰線短路。(3)用指針式電壓表或電流表測量電壓或電流時(shí),如果儀表指針反偏,那么必須調(diào)換儀表極性,重新測量。此時(shí)指針正偏,可讀得電壓或電流值。假設(shè)用數(shù)顯電壓表或電流表測量,那么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)號應(yīng)根據(jù)設(shè)定的電流參考方向來判斷。(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)

10、,計(jì)算出待測的電流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= I3KCL(2) 510+510I1 + 510I3= 6 KVL(3) 1000+330I3 + 510I3= 12 KVL由方程1、2、3解得:I1= 0.00193A= 1.93mAI2= 0.00599A= 5.99mA I3= 0.00792A= 7.92mAUFA=5100.00193=0.98VUAB =10000.00599=5.99VUAD =5100.00792=4.04VUDE

11、=5100.00193=0.98VUCD =330 0.00599=1.97V(2)實(shí)驗(yàn)中,假設(shè)用指針式萬用表直流毫安檔測各支路電流,在什么情況下可能出現(xiàn)指針反偏,應(yīng)如何處理.在記錄數(shù)據(jù)時(shí)應(yīng)注意什么.假設(shè)用直流數(shù)字毫安表進(jìn)展測量時(shí),那么會有什么顯示呢.答:指針式萬用表萬用表作為電流表使用,應(yīng)串接在被測電路中。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,說明接線正確;如果指針向左擺動(低于零點(diǎn),反偏),說明接線不正確,應(yīng)把萬用表的兩支表筆位置調(diào)換。記錄數(shù)

12、據(jù)時(shí)應(yīng)注意電流的參考方向。假設(shè)電流的實(shí)際方向與參考方向一致,那么電流取正號 ,假設(shè)電流的實(shí)際方向與參考方向相反,那么電流取負(fù)號。假設(shè)用直流數(shù)字毫安表進(jìn)展測量時(shí),那么可直接讀出電流值。但應(yīng)注意:所讀得電流值的正、負(fù)號應(yīng)根據(jù)設(shè)定的電流參考方向來判斷。(3)實(shí)驗(yàn)電路中,假設(shè)有一個(gè)電阻器改為二極管,試問疊加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管是非線性元件,含有二極管的非線性電路,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

13、過計(jì)算驗(yàn)證KCL的正確性。I1= 2. 08 mAI2= 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)測量數(shù)據(jù),選定閉合回路ADEFA,取逆時(shí)針方向?yàn)榛芈返睦@行方向電壓降為正。通過計(jì)算驗(yàn)證KVL的正確性。UAD=4.02 VUDE =0. 97 VUFA=0. 93 VU1= 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,也可類似計(jì)算驗(yàn)證。電壓表和電流表的測量數(shù)據(jù)有一定的誤差,都在可允許的誤差X

14、圍內(nèi)。3. 根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),驗(yàn)證線性電路的疊加性與齊次性。答:驗(yàn)證線性電路的疊加原理:1驗(yàn)證線性電路的疊加性依據(jù)表 2-2的測量數(shù)據(jù),選定電流I1 和電壓UAB 。通過計(jì)算,驗(yàn)證線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= 8.69mAU2單獨(dú)作用時(shí):I1U2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+ I1U2單獨(dú)作用驗(yàn)證電壓UAB:U1單獨(dú)作用時(shí):UABU1單獨(dú)作用= 2. 42 VU2單獨(dú)作用時(shí):UABU2單獨(dú)作用= - 3.59VU1、U2共同作用時(shí)

15、:UABU1、U2共同作用= -1.16V即 結(jié)論:UABU1、U2共同作用= UABU1單獨(dú)作用+ UABU2單獨(dú)作用因此線性電路的疊加性是正確的。2驗(yàn)證線性電路的齊次性依據(jù)表 2-2的測量數(shù)據(jù),選定電流I1 和電壓UAB 。通過計(jì)算,驗(yàn)證線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):I1U2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=2I1U2單獨(dú)作用驗(yàn)證電壓UAB:U2單獨(dú)作用時(shí):UABU2單獨(dú)作用= - 3. 59 V2U2單獨(dú)作用時(shí):UABU2單獨(dú)作用= - 7. 17V結(jié)論:UAB2U2單獨(dú)作用=2 UABU2單獨(dú)作用因此線性電路的齊次性是正確的。同理,其它支路電流和電壓,也可類似計(jì)算。證明線性電路的疊加性和齊次性是正確的。3對于含有二極管的非線性電路,表2-3中的數(shù)據(jù)。通過計(jì)算,證明非線性電路不符合疊加性和齊次性。4. 實(shí)驗(yàn)總結(jié)及體會。附:1基爾霍夫定律實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的相對誤差計(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

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