实验一基尔霍夫定律.docx

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实验一基尔霍夫定律

实验一基尔霍夫定律验证

★实验

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、学会用电流插头，插座测量各支路电流的方法。

3、通过实验加强对电压、电流参考方向的掌握和运用的能力。

二、原理说明

基尔霍夫定律是电路的基本定律分为为两个方面，即基尔霍夫电流定律（KCL）和基尔霍夫电压定律（KVL）。

1、基尔霍夫电流定律（KCL）：

在集总电路中，在任何一个时刻，对电路中的任何一个节点，流出（或流入）该节点电流的代数和恒等于零，即∑I=0，KCL反映了电流的连续性，说明了节点上各支路电流的约束关系，它与电路中元件的性质无关。

2、基尔霍夫电压定律（KVL）：

在任何一个时刻，按约定的参考方向，电路中任一回路上全部元件两端电压的代数和恒等于零，即∑U=0，KVL说明了电路中各段电压的约束关系，它与电路中元件的性质无关。

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。

即对电路中的任一个节点而言的，应有∑I=0；对任何一个闭合回路而言，在验证KCL电流定律，可选一个电路节点，按标定的参考方向测定出各支路电流值，并约定流入或流出该节点的电流为正。

在验证KVL电流定律通常规定：

凡支路或元件电压的参考方向与回路绕行方向一致者取正号，反之取负号。

运用上述定律是必须注意电流的正方向，此方向可预先任意设定。

三、实验设备

天煌教仪电子电工实验台，基尔霍夫定律验证实验板。

或是：

1.直流电压源1台0～30V可调；1组+12V固定

2.数字万用表1块

3.电阻5只510W×3；1KW×1；330W×1

4.短接桥和连接导线若干

5.实验用插件电路板1块297mm×300mm

四、实验内容和步骤

实验线路如图1-1所示

1．实验前先任意设定三支路的电流参考方向，如图中的I1，I2，I3所示，并熟悉线路结构，掌握各开关的操作使用方法。

2．分别将E1，E2两路直流稳压源（E1为+6V、+12V切换电源，E2为0~30V可调直流稳压源）接入电路，令E1=6V，E2=12V。

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座中，读出并记录电流值。

5．用直流数字电压表分别测量两电路电源及电阻元件的电压值，记入数据表中。

图1-1

待测值

I1

I1

I3

∑I

VAB

VCD

VAD

VDE

VFA

∑U回路1（FADEF）

∑U回路2（BADCB）

计算值

测量值

相对误差

五、实验注意事项

1．验证KCL、KVL时，所有需要测量的电压值，均以电压表测量的读数为准，电压源的电压也要进行测量，不要以电源表盘指示值为准。

实验中给定的值仅作为参考。

2．防止电源两端碰线短路。

3．若用指针式电流表进行测量时，要识别电流插头所接电流表的“+、-”极性，注意指针的偏转情况，防止指针打弯或损坏仪表。

同时必须调换电流表极性，重新测量，此时指针正偏，按读得的电流值必须冠以正确的符号。

4．测量电压、电流时，不但要读出数值来，还要判断实际方向，并与设定的参考方向进行比较，若不一致，则该数前加“－”号。

六、预习思考题

1．根据图1-1的电路参数，计算出待测的电流I1，I2和I3和各电阻上的电压值，记入表中，以便实验测量时，可正确地选择毫安表和电压表的量程。

2．实验中，若用万用表直流毫安档测各支路电流，什么情况下可能出现毫安表指针反偏，应如何处理，在记录数据时应注意什么？

若用直流数字毫安表进行测量时，则会有什么显示呢？

七、实验报告

1、根据实验数据，选定实验电路中的任一节点，验证KCL的正确性。

2、根据实验数据，选定实验电路中的任一个闭合回路，验证KVL的正确性。

3、误差原因的分析。

4、心得体会及其他。

★★实验

一、实验目的

1、验证基尔霍夫电流定律（KCL）和电压定律（KVL）。

2、通过实验加强对电压、电流参考方向的掌握和运用的能力。

3、学会用短接桥测量各支路电流的方法。

二、实验原理

基尔霍夫定律是电路的基本定律分为为两个方面，即基尔霍夫电流定律（KCL）和基尔霍夫电压定律（KVL）。

1、基尔霍夫电流定律（KCL）：

在集总电路中，在任何一个时刻，对电路中的任何一个节点，流出（或流入）该节点电流的代数和恒等于零，即∑I=0，KCL反映了电流的连续性，说明了节点上各支路电流的约束关系，它与电路中元件的性质无关。

2、基尔霍夫电压定律（KVL）：

在任何一个时刻，按约定的参考方向，电路中任一回路上全部元件两端电压的代数和恒等于零，即∑U=0，KVL说明了电路中各段电压的约束关系，它与电路中元件的性质无关。

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。

即对电路中的任一个节点而言的，应有∑I=0；对任何一个闭合回路而言，在验证KCL电流定律，可选一个电路节点，按标定的参考方向测定出各支路电流值，并约定流入或流出该节点的电流为正。

在验证KVL电流定律通常规定：

凡支路或元件电压的参考方向与回路绕行方向一致者取正号，反之取负号。

运用上述定律是必须注意电流的正方向，此方向可预先任意设定。

三、实验仪器和器材

1.直流电压源1台0～30V可调；1组+12V固定

2.数字万用表1块

3.电阻5只510W×3；1KW×1；330W×1

4.短接桥和连接导线若干

5.实验用插件电路板1块297mm×300mm

四、实验内容

先将可调直流电压源的输出调节为6V，作为US1，用电压源的+12V输出作为US2，关闭电源。

然后按下图所示电路搭接实验线路，并将短路桥接入各支路中。

图1-1

1、验证基尔霍夫电流定律（KCL）

打开电压源开关，用实验台提供的直流电流表依次测出电流I1、I2、I3，将实测数据记入表1中。

并根据ΣI=I1+I2－I3计算。

表1验证KCL的实验数据

I1（mA）

I2（mA）

I3（mA）

ΣI

理论计算值

实测数据

2、验证基尔霍夫电压定律（KVL）

打开电压源开关，用实验台提供的直流电压表或数字万用表的电压档依次测出回路1（绕行方向：

FADEF）和回路2（绕行方向：

BADCB）中各支路电压值，将实测数据记入表2中。

并计算ΣU。

表2验证KVL实验数据

回路1（FADEF）

UFA（V）

UAD（V）

UDE（V）

UEF（V）

ΣU

理论计算值

实测数据

回路2（BADCB）

UBA（V）

UAD（V）

UDC（V）

UCB（V）

ΣU

理论计算值

实测数据

五、实验注意事项

1．验证KCL、KVL时，所有需要测量的电压值，均以电压表测量的读数为准，电压源的电压也要进行测量，不要以电源表盘指示值为准。

实验中给定的值仅作为参考。

2．防止电源两端碰线短路。

3．若用指针式电流表进行测量时，要识别电流插头所接电流表的“+、-”极性，注意指针的偏转情况，防止指针打弯或损坏仪表。

同时必须调换电流表极性，重新测量，此时指针正偏，按读得的电流值必须冠以正确的符号。

4．测量电压、电流时，不但要读出数值来，还要判断实际方向，并与设定的参考方向进行比较，若不一致，则该数前加“－”号。

六、预习思考题

1．根据图1-1的电路参数，计算出待测的电流I1，I2和I3和各电阻上的电压值，记入表中，以便实验测量时，可正确地选择毫安表和电压表的量程。

2．实验中，若用万用表直流毫安档测各支路电流，什么情况下可能出现毫安表指针反偏，应如何处理，在记录数据时应注意什么？

若用直流数字毫安表进行测量时，则会有什么显示呢？

七、思考题

1、测量电压、电流时，如何判断它们的正负号？

正负号的意义是什么？

2、比较表1和表2中的理论计算值、仿真数据和实测数据，观察是否有误差，并分析误差产生的原因。

3、计算表1中的ΣI和表2中的ΣU是否为零？

为什么？

八、实验报告要求

1、根据实验数据，选定实验电路中的任何一个节点，验证KCL的正确性。

2、根据实验数据，选定实验电路中的任何一个闭合回路，验证KVL的正确性。

用proteus仿真实验

一、实验步骤如下：

（1）打开Proteus软件，编辑窗口内有点状的栅格，可以通过View菜单的Grid命令在打开和关闭间切换。

点与点之间的间距由当前捕捉的设置决定。

选中主菜单view/snap10th/，使得绘图区域中出现均匀的网格线，并将绘图尺寸调节到最佳。

（2）在常用工具栏中点击

，然后在对象选择器窗口中点击选取对象选择按钮P，打开pickdevices,在元件分类categroy中选取相应的分类，查询元件库的结果便显示在results中。

从元件库中调出1个Ground（接地点）和1个simulatorprimitivesVsource（直流电压源）器件，1个Resistor（电阻）器件，1个sw-DPDT开关,1个IN4007二极管，最后点

测量器件库中调出DCVoltmeter（直流电压表）器件和DCAMMETER（直流电流表）。

（3）将各元器件的标号、参数值亦改变成与图1-1所示一致。

（4）将所有的元器件通过连线连接起来。

注意：

电压源、电压表的正负极性。

（5）检查电路有无错误。

（6）对该绘图文件进行保存，注意文件的类型为（designfile）要保留。

（7）按下proteus界面左下方按纽

对文件进行仿真。

（8）读取电流表的读数，将读数填到相应的表格中。

待测值 

I1（mA）

I2（mA）

I3（mA）

ΣI

理论计算值

仿真数据

实测数据

读取电压表的读数，将读数填到表相应的表格中。

回路1（FADEF）

UFA（V）

UAD（V）

UDE（V）

UEF（V）

ΣU

理论计算值

仿真数据

实测数据

回路2（BADCB）

UBA（V）

UAD（V）

UDC（V）

UCB（V）

ΣU

理论计算值

仿真数据

实测数据

（9）实验完成后，将保存好的绘图文件另存到教师指定的位置，并结合实验数据完成实测量电压U1（V）U2（V）U3（V）U4（V）U5（V）U6（V）ΣU=?

（V）

二、注意事项

1、每个电路中均必须接有接地点，且与电路可靠连接（即接地点与电路的连接处有黑色的结点出现）。

2、改变电阻的阻值时，需要在Resistor（电阻）器件的元器件属性（ResistorProperties）对话框中选择Value/Resistance（R）选项，在其后的框中填写阻值，前一框为数值框，后一框为数量级框，填写时注意两个框的不同。

3、测量电压时应该把直流电压表并联在电路中进行测量，电路中电压表粗线接线端要与欲测电路的负极相连，另一个接线端则与欲测电路的正极相连，使用时应特别注意电压表的极性。

4、基于绘图美观的考虑，可将电压表通过工具栏中的“翻转”快捷键调整到与待测器件或电路平行的状态再连线。

5、电压表测量模式选择默认的直流模式，即在Voltmeter（电压表）器件的元器件属性（VoltmeterProperties）对话框中选择Value/mode/DC选项，另在Label/Label对话框中可为电压表命名。

6、绘制好的实验电路必须经认真检查后方可进行仿真。

若仿真出错或者实验结果明显偏离实际值，请停止仿真后仔细检查电路是否连线正确、接地点连接是否有误等情况，排除误点后再进行仿真，直到仿真正确、测量得到理想的读数。

7、在读取电压表的读数时，为消除网格线对读数的影响，可取消主菜单Circuit/SchematicOptions/Grid选项中的Showgrid，设置好后将看到绘图区中的网格线已消去，此时即可读数了。

8、记录到表格中的数据即电压表上显示的直接读数，“+”、“－”亦要保留。

9、文件保存时扩展名为“.designfile”。

关闭文件或proteus软件后想再次打开保存后的文件时，必须打开proteus软件后通过主菜单loaddesign。

三、实验拓展

1、在前述实验中通过电压表极性的摆放位置固定了U1、U2、U3、U4、U5、U6与参考方向是否相关，同学可通过改变电压表极性的位置而改变U1、U2、U3、U4、U5、U6与参考方向的相关性，再看看此时如何列写KVL方程，是否符合ΣU=0。

2、改变电源的内阻，请重验证一下基尔霍夫电流定律和电压定律是否还成立？

3、试着用电压表和电流表探针来测量相关数据，看看是否方便？

四、预习要求

1、认真复习基尔霍夫电压定律的基本理论。

2、明确实验内容及步骤。

五、思考题

1、基尔霍夫电压定律的内容是什么？

2、在验证基尔霍夫电压定律时，所测得的电压结果与基尔霍夫定律有不完全一致的情况，请问产生这种情况的主要原因是什么？

3、在直流电路中如何使用直流电压表，在使用直流电压表时应该注意什么？

六、实验报告

1、写出实验名称、实验目的、实验内容及步骤。

2、画出实验电路图。

3、填写表格

4、回答思考题。

七、给分标准

1、实验名称为0.5分。

2、实验目的为0.5分。

3、实验内容和步骤为4.0分。

4、图为2分，每个字符为0.1分。

5、表为1分，每个填空为0.2分。

6、思考题每道1分，思考题目每个0.5分。