基尔霍夫定律和叠加原理的验证实验报告Word文档下载推荐.docx
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HY3002D（F）-3三路直流稳压电源为三位数字电压、电流显示的含有三路独立的电源输出的直流稳压电源，其中两路为0~30V连续可调，最大输出电流分别为2A；
一路固定5V输出，最大输出电流3A。
两路可调电源都可在稳压和稳流之间转换。
2，万用表：
MY61数字万用表；
具有32个功能量程；
3位半LCD显示，最大显示值为1999；
全量程过载保护，自动电源关断；
电池不足指示；
适用频率范围：
40Hz~400Hz。
3，直流电流表。
4，实验用电路板。
（见图3）
（图3）
四、操作方法和实验步骤
基尔霍夫定律实验研究（KCL）：
实验电路如图1所示，取ADEFA,BADCB,FBCEFA为闭合回路的电流正方向，I1，I2，I3方向如图1所示。
将Us1=6V，Us2=12V的两路直流电压源接入电路。
具体方法：
用导线连接电源与电路板上电压源输入端，调整电源输出电压稳定为6V，12V。
将电流插座接通。
用数字电流表分别测量各支路电流I1，I2，I3，将测量数据记录于表格中，与计算值相比较，验证基尔霍夫电流定律是否成立。
（如图4）
具体方法：
将电流表两端导线接入电路，注意电流表接入方向，有时需调整量程。
读取，提取数据后需重新连接插座处电路。
基尔霍夫定律实验研究（KVL）：
实验电路如图1所示，电压源不变。
用数字万用表测量各节点间电压，记录测量数据，与计算值相比较，验证基尔霍夫电压定律是否成立。
将万用表调至直流电压档适当档位，两端触笔接触待测节点导线（主要是电阻两端导线），全程保持电路通路。
叠加定律实验探究：
实验电路如图2所示，在A，B间接入10V直流电压源Us,断开开关S，测量个点电压和各支路电流，探究仅有电压源作用时电路状态。
记录测量数据，测量方法与前一实验一致。
将A,B两点短路，接通开关S，接入20mA电流源，再次测量各点电压和各支路电流，探究仅有电流源作用时电路状态，将测量数据记录于表中。
（实验电路如图5）
（图5）
将Us与电流源Is同时接通，重复测量各电流，电压等数据，将测量数据记录于表中，探究电压源和电流源共同作用时电路状态。
并根据测量数据验证叠加定律是否成立。
（实验电路如图6）
将支路AD中的稳压二极管更换为电阻R，其阻值为任务（3）中电压源Us与电流源Is共同作用时测得的UAD/IAD，重复未更换时的操作，测量Us与Is单独作用以及共同作用时，电路各点电压与各支路电流，记录测量数据于表中。
根据测量结果验证叠加定理是否成立。
（实验电路如图7）
（图7）
五、实验数据记录和处理
1、基尔霍夫定律实验研究
各支路电流测量值
I1（mA）
I2（mA）
I3（mA）
计算值
-1.914
-5.988
7.914
测量值
-1.92
-5.97
7.86
可由电流测量值得：
I3=I1+I2
各节点间电压测量值
Us1（V）
Us2（V）
UFA（V）
UAB（V）
UAD（V）
UCD（V）
UDE（V）
6.00
12.00
0.98
-5.99
4.04
-1.98
11.99
-5.95
-1.95
0.96
可由电压测量值得：
US1=UFA+UAD+UDE
US2=-UAB+UAD-UCD
2、叠加定律实验研究
稳压二极管
UAC（V）
UCB（V）
UDB（V）
IAC（mA）
IAD（mA）
ICB（mA）
ICD（mA）
US单独作用
6.57
5.16
3.35
4.75
5.88
9.30
6.10
IS单独作用
-6.74
6.77
-5.17
-6.77
9.58
13.3
-20.2
US与IS共同作用
-0.17
5.21
10.09
4.69
-0.15
29.5
20.1
-20.3
不妨令，
U
（1）、I
（1）：
电压源单独作用时的电压、电流
U
（2）、I
（2）：
电流源单独作用时的电压、电流
U（3）、I（3）：
电压源与电流源共同作用时的电压、电流
由测量数据得，
UAC（3）=UAC
（1）+UAC
（2）
UAD（3）≠UAD
（1）+UAD
（2）
UCB（3）=UCB
（1）+UCB
（2）
UDB（3）≠UDB
（1）+UDB
（2）
IAC（3）=IAC
（1）+IAC
（2）
IAD（3）≠IAD
（1）+IAD
（2）
ICB（3）=ICB
（1）+ICB
（2）
ICD（3）=ICD
（1）+ICD
（2）
将稳压二极管换成线性电阻R（R经计算为176.7Ω）
6.51
2.56
3.30
7.24
6.4
14.2
6.2
-6.75
2.65
-2.65
-6.7
14.8
-0.14
5.24
10.08
4.67
-0.141
29.2
20.2
UAD（3）=UAD
（1）+UAD
（2）
UDB（3）=UDB
（1）+UDB
（2）
IAD（3）=IAD
（1）+IAD
（2）
六、实验结果与分析（必填）
1，基尔霍夫定律实验探究
由测量值可发现：
可得：
在该电路中，基尔霍夫电流定律与基尔霍夫电压定律成立。
2，叠加定律实验研究
接入稳压二极管时，由测量值可发现：
UAD、UDB、IAD三项符合叠加定律，其他各项都不符合叠加定律。
接入线性电阻时，由测量值可发现：
所有支路电流和节点间电压，均符合叠加定律。
由实验数据可得，在任何数据中，基尔霍夫定律均成立。
而叠加定律仅在线性电路中成立（如接入稳压二极管电路，在与二极管无关的线性电路中叠加定律成立，流经二极管的电流，二极管两端的电压等就不符合叠加定律）。
七、讨论、心得
心得：
这次的实验不太顺利，探究叠加定律时，发现二极管反向也有不小的电路，原来这个二极管被烧坏了。
换上新的二极管后，实验才继续下去。
当时，我们已经测量了许多的数据，只能作废，这反映了我们对这个实验原理的不熟悉（实际上，当测出AD间电路符合叠加定律时就应该发现问题）。
不过，经过这个教训后，我们更加深刻地了解了叠加定律的含义。
我们进行了分工，一个负责测量操作，一个负责读数计数，提高了速度，总算按时完成了实验内容。
这次实验，和我们电基理论课紧密结合，让我对相关电路原理有了更为深刻的原理，这些定律不再是冷冰冰的等号，而是触手可及的科学。
思考：
1、如果设定不同的电压与电流参考方向，基尔霍夫定律是否依然成立？
成立，基尔霍夫定律与设定的参考方向无关。
2、如果电路中含有非线性器件，基尔霍夫定律是否依然成立？
是，基尔霍夫定律在任何电路（线性非线性，直流交流）均符合。
因为他代表的是电荷守恒和能量守恒。
3、与电流源IS串联的电阻R4变大或变小时，对电路中各支路的电流有何影响？
电阻R4变大，各支路的电流变大；
电阻R4变小，各支路的电流变小。
（桥式电路）
4、根据测量数据，计算各种状况下，某一电阻消耗的功率，并验证功率是否具有叠加性。
以AC段为例：
US单独作用时，UAD=2.56V，IAD=14.2mA，功率P1=36.352mW；
IS单独作用时，UAD=2.65V，IAD=14.8mA，功率P2=39.22mW；
US与IS共同作用时，UAD=5.24V，IAD=29.2mA，功率P=151.84mW。
可得，P≠P1+P2。
可知，功率不具有叠加性。
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