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1、1实验一实验一 基尔霍夫定律和叠加原理的验证基尔霍夫定律和叠加原理的验证一、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。 3、加深对线性电路的叠加性和齐次性的认识和理解。 4、进一步掌握仪器仪表的使用方法。 二、实验原理二、实验原理 （一）基尔霍夫定律 基尔霍夫定律是电路理论中最基本的定律之一，它阐明了电路整体结构必须遵守的规 律，应用极为广泛。 基尔霍夫定律有两条：一是电流定律，另一是电压定律。测量某电路的各支路电流及 多个元件两端的电压，应能分别满足基尔霍夫电流定律和电压定律。 （1）基尔霍夫电流定律（简称
2、 KCL）是：在任一时刻，流入到电路任一节点的电流总 和等于从该节点流出的电流总和，换句话说就是在任一时刻，流入到电路任一节点的电流 的代数和为零。这一定律实质上是电流连续性的表现。运用这条定律时必须注意电流的方 向，如果不知道电流的真实方向，可以先假设每一电流的正方向（也称参考方向） ，根据参 考方向就可写出基尔霍夫的电流定律表达式。例如图 1.1a 所示为电路中某一节点 N，共有 五条支路与它相连，五个电流的参考正方向如图所示，根据基尔霍夫定律就可写出：I1+ I2+ I3= I4+ I5如果把基尔霍夫定律写成一般形式就是 I=0。显然，这条定律与各支路上接的是什 么样的元件无关，不论是线
3、性电路还是非线性电路，它是普遍适用的。 电流定律原是运用于某一节点的，我们也可以把它推广运用于电路中的任一假设的封 闭面，例如图 1.1b 所示封闭面 S 所包围的电路有三条支路与电路其余部分相连接，其电流 为 I1、I2、I3，则 I1+I2+I3=0，因为对任一封闭面来说，电流仍然必须是连续的。 （2）基尔霍夫电压定律（简称 KVL）是：在任一时刻，沿闭合回路电压降的代数和总 等于零。把这一定律写成一般形式，即为 U=0，例如在图 1.1c 所示的闭合回路中，电阻 两端的电压参考正方向如箭头所示，如果从节点 a 出发，顺时针方向绕行一周又回到 a 点， 便可写出：U1+U2-U3-U4=0
4、,显然，基尔霍夫电压定律也是和沿闭合回路上元件的性质无关， 因此，不论是线性电路还是非线性电路，它是普遍适用的。 （二）叠加原理 几个电压源在某线性网络中共同作用时（也可以是几个电流源共同作用，或电压源和 电流源混合共同作用） ，它们在电路中任一支路产生的电流或在任意两点间所产生的电压降， 等于这些电压源或电流源分别单独作用时，在该部分所产生的电流或电压降的代数和，这 一结论称为线性电路的叠加原理。如果网络是非线性的（如电路中含有稳压管等非线性元 件） ，叠加原理不适用。总而言之，叠加原理即为：在有几个独立源共同作用的线性电路中，2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
5、独作用时在该元件 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。 本实验中，先使电压源分别单独使用，测量各点间的电压和各支路的电流，然后再使 电压源共同作用，测量各点间的电压和各支路的电流，验证是否满足叠加原理。三、实验设备三、实验设备 1、RXDI-1A 电路原理实验箱 1 台 2、万用表 1 台 四、实验内容及步骤四、实验内容及步骤（一）基尔霍夫定律的实验线路如图 1.2 所示： 1、实验前先任意设定三条支路的电流参考方向，如图中的 I1、I2、I3所示
6、。 2、分别将两路直流稳压电源（如：一路 U2为+12V 电源，另一路 U1为 024V 可调直 流稳压源）接入电路，令 U1=6V，U2=12V。 3、电路实验箱上的直流电流表分别接入三条支路中，记录电流值，此时应注意电流 表 的极性应与电流的假设方向一致。 4、用数字万用表分别测量两路电源及电阻元件上的电压值，并记录。被测量I1（mA）I2（mA）I3（mA）U1（V）U2（V）UFA（V）UAB（V）UAD（V）UCD（V）UDE（V）计算值测量值误差（二）叠加原理的实验线路图如图 1.3 所示 1、按图 1.3 电路接线，取 U1=12V，U2为可调直流稳压电源，调至 U2=+6V。3
7、2、令 U1单独作用时（使 BC 短接） ，用直流电流表和数字万用表测量各支路电流及各 电阻元件两端电压，将数据记入表格中。 3、令 U1和 U2共同作用时，重复上述的测量和记录。测量项目实验内容U1（V）U2（V）I1（mA）I2（mA）I3（mA）UAB（V）UAD（V）UCD（V）UDE（V）UFA（V）U1（单独 作用）计 算值测量值误差U2（单独 作用）计 算值测量值误差U1+U2（ 共同作用） 计算值测量值误差五、注意事项五、注意事项 实验过程中注意仪表量程的及时更换。六、实验报告六、实验报告 1、根据实验数据，选定实验电路图 1.2 中的 A 节点，验证 KCL 的正确性。 2、
8、根据实验数据，选定实验电路图 1.2 中任一闭合回路，验证 KVL 的正确性。 3、根据实验数据验证线性电路的叠加性与齐次性。 4、分析误差原因。 5、实验体会。 6、思考题：各电阻器所消耗的功率能否用叠加原理计算得出？试用理论定性分析以 及 用实验数据进行计算并作出结论。4实验二实验二 戴维南定理戴维南定理有源二端网络等效参数的测定有源二端网络等效参数的测定一、实验目的一、实验目的 1、验证戴维南定理的正确性。 2、掌握测量有源二端网络等效参数的一般方法。 二、实验原理二、实验原理 1、任何一个线性含源网络，如果仅研究其中一条支路的电压和电流，则可将电路的其 余部分看作是一个有源二端网络（或
9、称为含源二端口网络） 。 戴维南定理指出：任何一个线性有源网络，总可以用一个等效电压源来代替，此电压 源的电动势 ES等于这个有源二端网络的开路电压 U0C，其等效内阻 R0等于该网络中所有 独立源均置零（电压源视为短路，电流源视为开路）时的等效电阻（参照图 2.1） 。 U0C和 R0称为有源二端网络的等效参数。2、有源二端网络等效参数的测量方法 （1）开路电压、短路电流法 在有源二端网络输出端开路时，用电压表直接测其输出端的开路电压 U0C，然后将其 输出端短路，用电流表测其短路电流 ISC，则内阻为 R0=U0C/ISC。 若二端网络的内阻值很低短路电流很大时，则不宜测短路电流。 （2）
10、伏安法 利用有源二端网络的外特性，用电压表、电流表求出 U0C和 R0，如图 2.2 所示。可知 改变 RL可测得一组 U、I 数据，作出该网络的外特性曲线，如图 2.2 所示，曲线坐标的截 距就是等效电源电压 U0C，曲线斜率的绝对值就是等效电源内阻 R0 。即根据外特性曲线求 出斜率 tg，则内阻 R0=tg=U/I= U0C/ISC 。（3）半电压法5如图 2.3 所示，当负载电压为被测网络开路电压的一半时，负载电阻（由万用表测量） 即为被测有源二端网络的等效内阻值。 （4）零示法 在测量具有高内阻有源二端网络的开路电压时，用电压表进行直接测量会造成较大的 误差，为了消除电压表内阻的影响
11、，往往采用零示测量法，如图 2.4 所示。 零示法测量原理是用一低内阻的稳压电源与被测有源二端网络进行比较，当稳压电源 的输出电压与二端网络的开路电压相等时，电压表的读数为“0” ，然后将电路断开，测量 此时稳压电源的输出电压，即为被测有源二端网络的开路电压。 （5）其它方法 将电压源短路，电流源开路，断开负载测输出两端的电阻即是 R0。三、实验设备三、实验设备 1、RXDI-1A 电路原理实验箱 1 台 2、万用表 1 台 四、实验内容及步骤四、实验内容及步骤 被测有源二端网络如图 4.5 所示。1、用开路电压、短路电流法测定戴维南等效电路 U0C和 R0 。 按图 2.5（a）电路接入稳压
12、电源 ES和恒流源 IS，测定 U0C和 R0 。UOC（V）ISC（mA）R0= UOC/ ISC（）2、负载实验 按图 2.5（a）改变 RL阻值，测量有源二端网络的外特性。RL（） 0 U (V)I (mA)3、验证戴维南定理 用电阻箱将阻值调整到等于按步骤 1 所得的等效电阻值 R0之值，然后令其与直流稳压 电源（调到步骤“1”时所测得的开路电压 U0C之值）相串联，如图 2.5（b）所示，仿照步 骤“2”测其外特性，对戴维南定理进行验证。RL（） 0 U (V)I (mA)4、测定有源二端网络等效电阻（又称入端电阻）的其它方法：将被测有源网络内的所 有独立源置零（将电流源断开，短路电
13、压源） ，然后用伏安法或者直接用万用表的欧姆档去 测定负载 RL开路后输出端两点间的电阻，即为被测网络的等效内阻 R0或称网络的入端电6阻 Ri。 5、用半电压法和零示法测量被测网络的等效内阻 R0及其开路电压 U0C，电路及数据 表格自拟。五、实验注意事项五、实验注意事项 1、注意测量时及时更换电流表量程。 2、步骤“4”中，电源置零时不可将稳压源直接短接。 3、用万用表直接测 R0时，网络内的独立源必须先置零，以免损坏万用表。 4、改接线路时，需关掉电源。六、实验报告六、实验报告 1、根据步骤 2 和 3，分别绘出曲线，验证戴维南定理的正确性，并分析产生误差的原 因。 2、根据步骤 1、4
14、、5，用各种方法测得的 U0C、R0和预先的电路计算的结果作比较， 你能得出什么结论？ 1、 实验体会。7实验三实验三 信号的观察与测量信号的观察与测量一、实验目的一、实验目的1学习使用示波器、函数信号发生器和交流电压表。2掌握定量测量电信号的幅值、周期和相位的方法。二、必备知识二、必备知识1.直流、正弦交流、方波信号是电路实验中常用的电源信号，可由直流稳压电源、函数信号发生器提供。这些信号的波形可用示波器进行观察。测试信号幅度的常用仪器有万用表、交流电压表和示波器。直流电压一般用万用表测量比较方便，如需要也可用示波器测量。应注意用万用表和交流电压表测量交流电时，读数都是有效值，它们的测试对象
15、仅限于正弦交流电；示波器可测量各种信号波形，它的读数为峰-峰值。2示波器测量方法：示波器定量测量时，垂直电压分度“VOLTS/div”旋钮和扫描时间旋钮“TIME/div”的“微调”旋钮应置于校准位置（即示波器屏幕显示区 10、17 和 2 处无“”符号） 。a直流电压的测量首先使屏幕显示一水平扫描线。输入耦合方式置于“GND” ，此时显示的扫描线为零电平的参考基准线，再将输入耦合方式置于“DC”位置。输入端加上被测信号，此时，“VOLTS/div” 档位所指的数值与信号在垂直方向位移的格数相乘，即为测得的直流电压值。高于或低于零电平的电压分别为正值和负值。例：被测点距基准电平为 1.8 格，如 “VDLTS/div” 档位置于 5V/div，则直流电压为：U=1.85=9V。b交流电压的测量如图 2.4.1 ，如果“VDLTS/div” 档位置于 2V/div（此数值在示波器屏幕显示区位置11 或 18 处显示） ，屏幕上显示被测信号峰-峰之间的高度为 4 格，计算方法为：U峰-峰=24=8V电压最大值： UM=U峰-峰21电压有效值： U= 2MU如果用光标测量，可将两条水平光标线移到波形两测试点，直接从示波器屏幕8下方文字显示读出电压值。 c时间、频率的测量
