實驗三 疊加原理的multisim驗證實驗

1、實驗三 疊加原理的驗證實驗一、實驗?zāi)康?、通過實驗驗證疊加原理。2、通過實驗加深對疊加原理的理解。二、實驗原理疊加原理：在線性電路中，任何一條支路中的電流或電壓，都可以看是由電路中的各個電源(電壓源或電流源)分別單獨作用時(將電壓源看做短路;電流源看做開路)在此支路中所產(chǎn)生的電流或電壓的代數(shù)和。下以兩個例子來說明。 （a） （b） （c）圖3-1 兩個電壓源疊加原理電路 在圖3-1 (a) 所示的電路中有兩個電壓源作用，根據(jù)疊加原理其中某個支路中的電流等于電壓UA 單獨作用時（如圖3-1 (b)所示）與電壓源UB單獨作用時（如圖3-1(c)所示）在該支路產(chǎn)生的電流的代數(shù)和。因此，在上述的三個圖

2、中有如下關(guān)系成立：I1 = I1' I1" ； I 2 = I2" I2' ； I 3 = I 3' + I 3" 在圖3-2 (a)所示電路中有一個電壓源和一個電流源共同作用，根據(jù)疊加原理其中某個支路的電流等于電壓US 單獨作用時（如圖3-2 (b)所示）與電流源IS單獨作用時（如圖3-2(c)所示）在該支路產(chǎn)生的電流的代數(shù)和。 （a） （b） （c）圖32電壓源與電流源疊加原理電路同理，在上述的三個圖中有如下關(guān)系成立：I 1 = I1' I 1" ； I 2 = I 2" ； I 3 = I 3' +

3、 I 3"三、實驗內(nèi)容及步驟疊加原理仿真驗證實驗電路圖如下所示，兩個直流電壓源E1、E2共同作用于電路中，通過改變?nèi)齻€電流表的位置可設(shè)定電流I1、I2為流入結(jié)點a的方向，電流I3為流出結(jié)點a的方向。實驗過程中，首先在只有電壓源E1單獨作用時測得第1組數(shù)據(jù)I1' 、I2' 、I 3'；然后在只有電壓源E2單獨作用時測第2組數(shù)據(jù)I1" 、I2"、 I 3"；最后將兩個電壓源E1、E2均接入電路，測第3組數(shù)據(jù)I1、I2、I3 。由于三次測量電流表的接入方式?jīng)]有變化，所以I1' 、I1"、I1這三個電流量方向相同，同理，

4、I2' 、I2"、I2的方向相同，I 3'、 I 3"、I3的方向也是相同的。故根據(jù)疊加原理可得如下關(guān)系：I 1 = I1' +I 1" ； I 2 = I2'+ I2" ； I 3 = I 3' + I 3"若測量得到的三組數(shù)據(jù)符合上述規(guī)律，則疊加原理得以驗證。圖3 - 3 兩個直流電壓源疊加原理仿真實驗電路圖圖3 - 3 兩個直流電壓源疊加原理仿真實驗電路圖 本次實驗要在三種電路連接下測量數(shù)據(jù)，要達到這個目的，一種方法是繪制三幅電路圖，但這種方法比較麻煩，所以為方便起見，繪圖時引入了單刀雙置開關(guān)（Sw

5、itch），使得在一張電路圖中可同時實現(xiàn)這三種狀態(tài)。在開關(guān)的元器件屬性（Switch Properties）對話框中Value/Key后的框中改變原來默認的“Space”為自定義的字母或數(shù)字等符號，即可改變開關(guān)的控制鍵。上圖中應(yīng)用了兩組開關(guān)，E1兩端的S1、S2為第一組，E2兩端的S3、S4為第二組，每組公用一個控制鍵，如圖中所示，控制鍵A同時控制S1、S2，控制鍵B同時控制S3、S4。實驗步驟如下：(1) 打開multisim軟件，選中主菜單View選項中的Show grid，使得繪圖區(qū)域中出現(xiàn)均勻的網(wǎng)格線，并將繪圖尺寸調(diào)節(jié)到最佳。(2) 在Place Sources元器件庫中調(diào)出1個Gro

6、und（接地點）和2個Battery（直流電壓源）器件，從Place Basic元器件庫中調(diào)出5個Resistor（電阻）和4個Switch（開關(guān)）器件，最后從Indicators元器件庫中調(diào)出3個Ammeter（電流表）器件，按上圖所示排列好。(3) 將各元器件的標號、參數(shù)值亦改變成與上圖所示一致。(4) 將所有的元器件通過連線連接起來。注意：電壓源、電流表的正負極性。(5) 檢查電路有無錯誤。(6) 對該繪圖文件進行保存，注意文件的擴展名（.sm10）要保留。(7) 調(diào)節(jié)控制鍵A、B，使得只有電壓源E1接入外電路，E2不接入。(8) 按下multisim界面右上方按紐“1”對該繪圖文件進行

7、仿真。(9) 按下multisim界面右上方按紐“0”停止仿真，讀取三個電流表的讀數(shù)，將讀數(shù)填到相應(yīng)的表格中，即為第1組測量數(shù)據(jù)I1'、I2' 、I 3'。(10) 調(diào)節(jié)控制鍵A、B，使得只有電壓源E2接入外電路，E1不接入。(11) 按下multisim界面右上方按紐“1”對該繪圖文件進行仿真。(12) 按下multisim界面右上方按紐“0”停止仿真，讀取三個電流表的讀數(shù)，將讀數(shù)填到相應(yīng)的表格中，得到第2組測量數(shù)據(jù)I1" 、I2"、 I 3"。(13) 調(diào)節(jié)控制鍵A、B，使得只有電壓源E1、E2均接入外電路。(14) 按下multisi

8、m界面右上方按紐“1”對該繪圖文件進行仿真。(15) 按下multisim界面右上方按紐“0”停止仿真，讀取三個電流表的讀數(shù)，將讀數(shù)填到相應(yīng)的表格中，即是第3組測量數(shù)據(jù)I1、I2、I3。(16) 實驗完成后，將保存好的繪圖文件另存到教師指定的位置，并結(jié)合實驗數(shù)據(jù)完成實驗報告的撰寫。表31 兩個直流電壓源疊加原理電流測量表電流電源I1（mA）I2（mA）I3（mA）E1單獨作用I'17.629I'2-1.940I'3=5.693E2單獨作用I"1-2.262I'26.313I"34.050代數(shù)和（I'+ I"）5.3674.3

9、739.743E1、E2共同作用I15.366I24.372I39.742四、注意事項1、 每個multisim電路中均必須接有接地點，且與電路可靠連接（即接地點與電路的連接處有黑色的結(jié)點出現(xiàn)）。2、 改變電阻的阻值時，需要在Resistor（電阻）器件的元器件屬性（Resistor Properties）對話框中選擇Value/Resistance（R）選項，在其后的框中填寫阻值，前一框為數(shù)值框，后一框為數(shù)量級框，填寫時注意兩個框的不同。3、 測量直流電流時應(yīng)該把直流電流表串聯(lián)在電路中進行測量，EWB中電流表粗線接線端為電流流入方向，另一個接線端為電流流出方向，使用時應(yīng)特別注意電流表的極性，

10、即電流流入、流出方向。4、 基于繪圖美觀的考慮，可將電流表通過工具欄中的“翻轉(zhuǎn)”快捷鍵調(diào)整到與待測器件或支路平行的狀態(tài)再連線，開關(guān)亦可通過此方法調(diào)整到合適的位置以便連線。5、 電流表測量模式選擇默認的直流模式，即在Ammeter（電流表）器件的元器件屬性（Ammeter Properties）對話框中選擇Value/mode/DC選項，另在Label/Label對話框中可為電流表命名。6、 在開關(guān)和電壓源連線時，尤其注意不要出現(xiàn)電源通過連線被短接的情況，可利用控制鍵調(diào)試一下需測量的三種狀態(tài)，防止該情況的發(fā)生。7、 繪制好的實驗電路必須經(jīng)認真檢查后方可進行仿真。若仿真出錯或者實驗結(jié)果明顯偏離實際

11、值，請停止仿真后仔細檢查電路是否連線正確、接地點連接是否有誤等情況，排除誤點后再進行仿真，直到仿真正確、測量得到理想的讀數(shù)。8、 在讀取電流表的讀數(shù)時，為消除網(wǎng)格線對讀數(shù)的影響，可取消主菜單View選項中的Show grid，設(shè)置好后將看到繪圖區(qū)中的網(wǎng)格線已消去，此時即可讀數(shù)了。9、 記錄到表格中的數(shù)據(jù)即電流表上顯示的直接讀數(shù)，“+”、“”亦要保留。10、 文件保存時擴展名為“.sm10”。關(guān)閉文件或multisim軟件后想再次打開保存后的文件時，必須打開multisim軟件后通過主菜單File/open選項或者工具欄中的“打開”快捷鍵來實現(xiàn)。五、實驗拓展1、 在前述實驗中通過電流表極性的擺放位置固定了I1 、I2、I3的方向分別是流入、流入、流出結(jié)點a，同學(xué)可通過改變電流表極性的位置而改變I1 、I2、I3流入、流出結(jié)點a的方向，再看看此時疊加原理是否成立。 2、 圖3-3中采用了2組4個開關(guān)的形式使得三種狀態(tài)在一張電路圖中實現(xiàn)，同學(xué)可自己思考其他的簡