基尔霍夫定律与叠加原理的验证

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1、目 录 实验一 电路元件伏安特性的测绘 2 实验二 基尔霍夫定律与叠加原理的验证 5 实验三 戴维南定理和诺顿定理的验证 9 实验四 受控源电路的研究 13 实验五：综合性实验（4 学时） （1） RC 一阶电路的动态特性的研究17 （2）用 PSPICE 软件进行一阶电路动态特性的研究20 实验六 二阶动态电路响应的研究25 实验七 正弦稳态交流电路功率因数的提高27 实验八 ：综合性实验（4 学时） （1）电路频率特性的研究30 （2）用 PSPICE 软件进行电路频率特性的分析33 实验九 互感电路观测 37 实验十 三相交流电路电压、电流的测量40 实验十一 三相电路功率的测量 43

2、实验十二 功率因数及相序的测量47 1实验一 电路元件伏安特性的测绘 一、实验目的一、实验目的 1. 学会识别常用电路元件的方法。 2. 掌握线性电阻、非线性电阻元件伏安特性的测绘。 3. 掌握实验台上直流电工仪表和设备的使用方法。 二、原理说明二、原理说明 任何一个二端元件的特性可用该元件上的端电压 U 与通过该元件的电流 I 之间的函数关系 If(U)来表示，即用 I-U 平面上的一条曲线来表征，这条曲线称为该元件的伏安特性曲线。 0-10-20-300.51ICDbddDbCU(V)( ) 1. 线性电阻器的伏安特性曲线是一条 通过坐标原点的直线，如图 1-1 中 a 所示， 该直线的斜

3、率等于该电阻器的电阻值。 2. 一般的白炽灯在工作时灯丝处于 高温状态， 其灯丝电阻随着温度的升高 而增大，通过白炽灯的电流越大，其温度 越高，阻值也越大，一般灯泡的“冷电阻” 与“热电阻”的阻值可相差几倍至十几倍， 所以它的伏安特性如图 3-1 中 b 曲线所示。 3. 一般的半导体二极管是一个非线性 电阻元件，其伏安特性如图 3-1 中 c 所示。 图 1-1 正向压降很小（一般的锗管约为 0.20.3V， 硅管约为 0.50.7V） ，正向电流随正向压降的升高而急骤上升，而反向电压从零一直增加到十多至几十伏时，其反向电流增加很小，粗略地可视为零。可见，二极管具有单向导电性，但反向电压加得

4、过高，超过管子的极限值，则会导致管子击穿损坏。 4. 稳压二极管是一种特殊的半导体二极管， 其正向特性与普通二极管类似， 但其反向特性较特别，如图 3-1 中 d 所示。在反向电压开始增加时，其反向电流几乎为零，但当电压增加到某一数值时 （称为管子的稳压值， 有各种不同稳压值的稳压管） 电流将突然增加，以后它的端电压将基本维持恒定，当外加的反向电压继续升高时其端电压仅有少量增加。 注意：流过二极管或稳压二极管的电流不能超过管子的极限值，否则管子会被烧坏。 2 三、 实验设备三、 实验设备 序号 名 称 型号与规格 数量 备注 1 可调直流稳压电源 030V 1 2 万 用 表 FM-47 或其

5、他 1 自备 3 直流数字毫安表 0200mA 1 4 直流数字电压表 0200V 1 5 二 极 管 IN4007 1 DGJ-05 6 稳 压 管 2CW51 1 DGJ-05 7 白 炽 灯 12V，0.1A 1 DGJ-05 8 线性电阻器 200，1K/8W 1 DGJ-05 四、实验内容四、实验内容 1. 测定线性电阻器的伏安特性 按图 1-2 接线，调节稳压电源的输出电压U，从 0 伏开始缓慢地增加，一直到 10V，记下相应的电压表和电流表的读数UR、I。 U UmAmAR 1KR 1KV VU UmAmA R200R200V VD IN4007D IN4007图 1-2 图 1

6、-3 UR（V） 0 2 4 6 8 10 I（mA） 2. 测定非线性白炽灯泡的伏安特性 将图 1-2 中的R换成一只 12V，0.1A的灯泡，重复步骤 1。UL为灯泡的端电压。 UL（V） 0.1 0.5 1 2 3 4 5 I（mA） 3. 测定半导体二极管的伏安特性 按图 1-3 接线， R为限流电阻器。 测二极管的正向特性时， 其正向电流不得超过 35mA，二极管D的正向施压UD+可在 00.75V之间取值。在 0.50.75V之间应多取几个测量点。测反向特性时，只需将图 1-3 中的二极管D反接，且其反向施压UD可达 30V。 正向特性实验数据 3 UD+ (V) 0.10 0.3

7、0 0.50 0.55 0.60 0.65 0.70 0.75 I（mA） 反向特性实验数据 UD(V) 0 -5 -10 -15 -20 -25 -30 I（mA） 4. 测定稳压二极管的伏安特性 （1）正向特性实验：将图 1-3 中的二极管换成稳压二极管 2CW51，重复实验内容 3 中的正向测量。UZ+为 2CW51 的正向施压。 UZ+（V） 0.10 0.30 0.50 0.550.600.650.70 0.75 I（mA） （2）反向特性实验：将图 1-3 中的R换成 1K，2CW51 反接，测量 2CW51 的反向 特性。稳压电源的输出电压UO从 020V，测量 2CW51 二端

8、的电压UZ及电流I，由UZ可看 出其稳压特性。 UO(V) 0 -5 -8 -10 -15 -18 -20 UZ（V） I（mA） 五、实验注意事项五、实验注意事项 1. 测二极管正向特性时，稳压电源输出应由小至大逐渐增加， 应时刻注意电流表读数不得超过 35mA。 2. 如果要测定 2AP9 的伏安特性， 则正向特性的电压值应取 0， 0.10， 0.13， 0.15， 0.17，0.19，0.21，0.24，0.30（V） ，反向特性的电压值取 0，2，4，10(V)。 3. 进 行 不 同 实 验 时 ， 应 先 估 算 电 压 和 电 流 值 ， 合 理 选 择 仪 表 的 量 程 ，

9、 勿使仪表超量程，仪表的极性亦不可接错。 六、思考题六、思考题 1. 线性电阻与非线性电阻的概念是什么？ 电阻器与二极管的伏安特性有何区别？ 2. 设某器件伏安特性曲线的函数式为 If(U)，试问在逐点绘制曲线时，其坐标变量应如何放置？ 3. 稳压二极管与普通二极管有何区别，其用途如何？ 4. 在图 1-3 中，设U=2V，UD+=0.7V，则mA表读数为多少？ 七、实验报告七、实验报告 1. 根据各实验数据， 分别在方格纸上绘制出光滑的伏安特性曲线。 （其中二极管和稳压管的正、反向特性均要求画在同一张图中，正、反向电压可取为不同的比例尺） 2. 根据实验结果，总结、归纳被测各元件的特性。 3

10、. 必要的误差分析。 4. 心得体会及其他。 4 实验二 基尔霍夫定律与叠加原理的验证 一、实验目的一、实验目的 1. 验证基尔霍夫定律和叠加定理的正确性，加深对基尔霍夫定律和叠加定理的理解。 2. 学会用电流插头、插座测量各支路电流。 二、原理说明二、原理说明 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） 。即对电路中的任一个节点而言，应有I0；对任何一个闭合回路而言，应有U0。 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

11、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。 运用上述定律原理时必须注意各支路或闭合回路中电流的正方向，此方向可预先任意设定。 三、实验设备三、实验设备 序号 名称 型号与规格 数量 备注 1 直流可调稳压电源 030V 二路 2 数字万用表 1 自备 3 直流电压表 0200V 1 4 电位、电压测定实验电路板 1 DGJ-03 四、 实验内容四、 实验内容 （一）基尔霍夫定律的验证 mAmA电源插头电流插座电源插头电流插座6VU1RRR RR12345

12、5105105103301KABCDEF12VU26VU1RRR RR123455105105103301KABCDEF12VU2I1I2I3I1I2I3图 2-1 5 实验线路如图 2-1，用 DGJ-03 挂箱的“基尔霍夫定律/叠加原理”线路。 1. 实验前先任意设定三条支路和三个闭合回路的电流正方向。图 2-1 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。 2. 分别将两路直流稳压源接入电路，令U16V，U212V。 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三个电流插

13、座中，读出并记录电流值。 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，记录之。 、 被测量 I1(mA) I2(mA)I3(mA)U1(V) U2(V) UFA(V)UAB(V)UAD(V) UCD(V) UDE(V) 计算值 测量值 相对误差 （二）叠加定理的验证 实验线路如图 2-2 所示，用 DGJ-03 挂箱的“基尔夫定律/叠加原理”线路。 图 2-2 F1k 211. 将两路稳压源的输出分别调节为 12V和 6V，接入U1和U2处。 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

14、两端的电压，数据记入表 2-1。 表 2-1 测量项目 实验内容 U1(V) U2(V) I1 (mA)I2 (mA)I3 (mA)UAB (V) UCD (V) UAD (V) UDE (V) UF A (V) U1单独作用 U2单独作用 U1、 U2共 同 作 用 2U2单 独 作 用 6 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） ，重复实验步骤 2 的测量和记录，数据记入表 2-1。 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 2-1。 5. 将U2的数值调至12V，重复上述第 3 项的测量并记录，数据记入表 2-1。 6. 将R5（330）换成二极管 1N4007（即将开关K3投向二极管IN4007 侧） ，重复 15 的测量过程，数据记入表 2-2。 7. 任意按下某个故障设置按键，重复实验内容 4 的测量和记录，再根据测量结果判断出故障的性质。 表 2-2 测量项目 实验内容 U1(V) U2(V) I1 (mA) I2