基尔霍夫定律的验证.docx
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基尔霍夫定律的验证
实验三 基尔霍夫定律的验证
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。
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ΣI＝0；对任何一个闭合回路而言，应有ΣU＝0。
运用上述定律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
序号
名称
型号与规格
数量
备注
1
直流稳压电源
0~30V可调
二路
2
万用表
1
3
直流数字电压表
1
4
直流数字毫安表
1
5
迭加原理实验电路板
1
HE-12
四、实验内容
实验线路用HE-12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U1＝6V，U2＝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
五、实验注意事项
1.同实验四的注意1，但需用到电流插座。
2．所有需要测量的电压值，均以电压表测量的读数为准。
U1、U2也需测量，不应取电源本身的显示值。
3.防止稳压电源两个输出端碰线短路。
4.用指针式电压表或电流表测量电压或电流时，如果仪表指针反偏，则必须调换仪表极性，重新测量。
此时指针正偏，可读得电压或电流值。
若用数显电压表或电流表测量，则可直接读出电压或电流值。
但应注意：
所读得的电压或电流值的正确正、负号应根据设定的电流方向来判断。
六、预习思考题
1.根据图的电路参数，计算出待测的电流I1、I2、I3和各电阻上的电压值，记入表中，以便实验测量时，可正确地选定毫安表和电压表的量程。
2.实验中，若用指针式万用表直流毫安档测各支路电流，在什么情况下可能出现指针反偏，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，选定节点A，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.将支路和闭合回路的电流方向重新设定，重复1、2两项验证。
4.误差原因分析。
5.心得体会及其他。
实验四 叠加原理的验证
一、实验目的
验证线性电路叠加原理的正确性，加深对线性电路的叠加性和齐次性的认识和理解。
二、原理说明
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。
三、实验设备
序号
名称
型号与规格
数量
备注
1
直流稳压电源
0~30V可调
二路
2
万用表
1
3
直流数字电压表
1
4
直流数字毫安表
1
5
迭加原理实验电路板
1
HE-12
四、实验内容
实验线路如图4-1所示，用HE-12挂箱的“基尔夫定律/叠加原理”线路。
图4-1
1.将两路稳压源的输出分别调节为6V和12V，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两端的电压，数据记入表4-1。
表4-1
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）
UFA
（V）
U1单独作用
U2单独作用
U1、U2共同作用
2U1单独作用
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4-1。
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4-1。
5.将U1的数值调至＋12V，重复上述第3项的测量并记录，数据记入表4-1。
6.将R5（330Ω）换成二极管1N4007（即将开关K3投向二极管IN4007侧），重复1～5的测量过程，数据记入表4-2。
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4-2
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）
UFA
（V）
U1单独作用
U2单独作用
U1、U2共同作用
2U1单独作用
五、实验注意事项
1.用电流插头测量各支路电流时，或者用电压表测量电压降时，应注意仪表的极性，并应正确判断测得值的＋、－号。
2.注意仪表量程的及时更换。
六、预习思考题
1.在叠加原理实验中，要令U1、U2分别单独作用，应如何操作？
可否直接将不作用的电源（U1或U2）短接置零？
2.实验中，若有一个电阻改为二极管，试问叠加原理的迭加性与齐次性还成立吗？
为什么？
3．当K1（或K2）拨向短路侧时，如何测UFA（或UAB）？
七、实验报告
1.根据实验数据，进行分析、比较，归纳、总结实验结论，即验证线性电路的叠加性与齐次性。
2.各电阻器所消耗的功率能否用叠加原理计算得出？
试用上述实验数据，进行计算并作结论。
3.通过实验步骤6及分析表格4-2的数据，你能得出什么样的结论？
4.心得体会及其它。
实验十 三相交流电路电压、电流的测量
一、实验目的
1.掌握三相负载作星形联接、三角形联接的方法，验证这两种接法下线、相电压及线、相电流之间的关系。
2.充分理解三相四线供电系统中中线的作用。
二、原理说明
1.三相负载可接成星形（又称“Ｙ”接）或三角形（又称"△"接）。
当三相对称负载作Y形联接时，线电压Ul是相电压Up的
倍。
线电流Il等于相电流Ip，即Ul＝
，Il＝Ip
在这种情况下，流过中线的电流I0＝0，所以可以省去中线。
当对称三相负载作△形联接时，有Il＝
Ip， Ul＝Up。
2.不对称三相负载作Y联接时,必须采用三相四线制接法，即Yo接法。
而且中线必须牢固联接，以保证三相不对称负载的每相电压维持对称不变。
倘若中线断开，会导致三相负载电压的不对称，致使负载轻的那一相的相电压过高，使负载遭受损坏；负载重的一相相电压又过低，使负载不能正常工作。
尤其是对于三相照明负载，无条件地一律采用Y0接法。
3.当不对称负载作△接时，Il≠
Ip，但只要电源的线电压Ul对称，加在三相负载上的电压仍是对称的，对各相负载工作没有影响。
三、实验设备
序号
名称
型号与规格
数量
备注
1
交流电压表
0～450V
1
THHE-1
2
交流电流表
0～5A
1
THHE-1
3
万用表
1
自备
4
三相自耦调压器
1
THHE-1
5
三相灯组负载
220V，15W白炽灯
9
THHE-1
6
电门插座
3
屏上
四、实验内容
1.三相负载星形联接（三相四线制供电）
按图10-1线路组接实验电路。
即三相灯组负载经三相自耦调压器接通三相对称电源。
将三相调压器的旋柄置于输出为0V的位置（即逆时针旋到底）。
经指导教师检查合格后，方可开启实验台电源，然后调节调压器的输出，使输出的三相线电压为220V，并按下述内容完成各项实验，分别测量三相负载的线电压、相电压、线电流、相电流、中线电流、电源与负载中点间的电压。
将所测得的数据记入表1中，并观察各相灯组亮暗的变化程度，特别要注意观察中线的作用。
图10-1
表1负载星形联接实验数据
测量数据
实验内容（负载情况）
开灯盏数
线电流（A）
线电压（V）
相电压（V）
中线电流I0
（A）
中点电压UN0
（V）
A
相
B
相
C
相
IA
IB
IC
UAB
UBC
UCA
UA0
UB0
UC0
Y0接平衡负载
3
3
3
Y接平衡负载
3
3
3
Y0接不平衡负载
1
2
3
Y接不平衡负载
1
2
3
Y0接B相断开
1
3
Y接B相断开
1
3
Y接B相短路
1
3
2.负载三角形联接（三相三线制供电）
按图10-2改接线路，经指导教师检查合格后接通三相电源，并调节调压器，使其输出线电压为220V，并按表2的内容进行测试。
图10-2
表2负载三角形联接实验数据
测量数据
负载情况
开灯盏数
线电压=相电压（V）
线电流（A）
相电流（A）
A-B相
B-C相
C-A相
UAB
UBC
UCA
IA
IB
IC
IAB
IBC
ICA
三相平衡
3
3
3
三相不平衡
1
2
3
五、实验注意事项
1.本实验采用三相交流市电，线电压为380V，应穿绝缘鞋进实验室。
实验时要注意人身安全，不可触及导电部件，防止意外事故发生。
2.每次接线完毕，同组同学应自查一遍，然后由指导教师检查后，方可接通电源，必须严格遵守先断电、再接线、后通电；先断电、后拆线的实验操作原则。
3.星形负载作短路实验时，必须首先断开中线，以免发生短路事故。
六、预习思考题
1.三相负载根据什么条件作星形或三角形连接？
2.复习三相交流电路有关内容，试分析三相星形联接不对称负载在无中线情况下，当某相负载开路或短路时会出现什么情况？
如果接上中线，情况又如何？
3.本次实验中为什么要通过三相调压器将380V的市电线电压降为220V的线电压使用？
七、实验报告
1.用实验测得的数据验证对称三相电路中的
关系。
2.用实验数据和观察到的现象，总结三相四线供电系统中中线的作用。
3.不对称三角形联接的负载，能否正常工作？
实验是否能证明这一点？
4.根据不对称负载三角形联接时的相电流值作相量图，并求出线电流值，然后与实验测得的线电流作比较，分析之。
5.心得体会及其他。
实验五 等效电源定理
一、实验目的
1.验证戴维宁定理和诺顿定理的正确性，加深对该定理的理解。
2.掌握测量有源二端网络等效参数的一般方法。
二、原理说明
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（或称为含源一端口网络）。
戴维宁定理指出：
任何一个线性有源网络，总可以用一个电压源与一个电阻的串联来等效代替，此电压源的电动势Us等于这个有源二端网络的开路电压Uoc，其等效内阻R0等于该网络中所有独立源均置零（理想电压源视为短接，理想电流源视为开路）时的等效电阻。
诺顿定理指出：
任何一个线性有源网络，总可以用一个电流源与一个电阻的并联组合来等效代替，此电流源的电流Is等于这个有源二端网络的短路电流ISC，其等效内阻R0定义同戴维宁定理。
Uoc（Us）和R0或者ISC（IS）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）开路电压的测量
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Uoc。
然后再将其输出端短路，用电流表测其短路电流Isc，则等效内阻为
（2）短路电流的测量
在有源二端网络输出端短路，用电流表测其短路电流Isc。
（3）等效内阻R0的测量
Uoc
R0＝──
Isc
如果二端网络的内阻很小，若将其输出端口短路，则易损坏其内部元件，因此不宜用此法。
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
0～30V
1
THHE-1
2
可调直流恒流源
0～500mA
1
THHE-1
3
直流数字电压表
0～300V
1
THHE-1
4
直流数字毫安表
0～500mA
1
THHE-1
5
万用表
1
自备
6
可调电阻箱
0～99999.9Ω
1
THHE-1
7
戴维宁定理实验电路板
1
THHE-1
四、实验内容
被测有源二端网络如图5-1（a）所示，即HE-12挂箱中“戴维宁定理/诺顿定理”线路。
（a）（b）
图5-1
1.用开路电压、短路电流法测定戴维宁等效电路的Uoc、R0。
按图5-1（a）接入稳压电源Us=12V和恒流源Is=10mA，不接入RL。
测出UOc和Isc，并计算出R0（测UOC时，不接入mA表。
），并记录于表5-1。
表5-1实验数据表一
Uoc
（v）
Isc
（mA）
R0=Uoc/Isc
（Ω）
2.负载实验
按图5-1（a）接入可调电阻箱RL。
按表5-2所示阻值改变RL阻值，测量有源二端网络的外特性曲线，并记录于表5-2。
表5-2实验数据表二
RL（Ω）
0
1k
2k
3k
4k
5k
6k
∞
U（v）
I（mA）
3.验证戴维宁定理
把恒压源移去，代之用导线连接原接恒压源处；把恒流源移去，这时，A、B两点间的电阻即为R0，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Uoc之值）相串联，如图5-1（b）所示，仿照步骤“2”测其外特性，对戴氏定理进行验证，数据记录于表5-3。
表5-3实验数据表三
RL（Ω）
0
1k
2k
3k
4k
5k
6k
∞
U（v）
I（mA）
4.验证诺顿定理
在图5-1（a）中把理想电流源及理想电压源移开，并在电路接理想电压源处用导线短接（即相当于使两电源置零了），这时，A、B两点的等效电阻值即为诺顿定理中R0，然后令其与直流恒流源（调到步骤“1”时所测得的短路电流Isc之值）相并联，如图5-2所示，仿照步骤“2”测其外特性，对诺顿定理进行验证，数据记入表5-4。
图5-2
表5-4实验数据表之四
RL（Ω）
0
1k
2k
3k
4k
5k
6k
∞
U（v）
I（mA）
五、实验注意事项
1.使用恒流源时，应先接好电路再打开其开关！
2.测量时应注意电流表量程的更换。
3.步骤“3、4”中，电压源置零时不可将稳压源短接。
4.改接线路时，要关掉电源。
六、预习思考题
1.在求戴维宁等效电路时，作短路试验，测Isc的条件是什么？
在本实验中可否直接作负载短路实验？
请实验前对线路5-1（a）预先作好计算，以便调整实验线路及测量时可准确地选取电表的量程。
2.图5－1（a）中所测的开路电压是否就是负载RL两端的电压？
为什么？
3.一个二端网络在什么情况下可以做短路实验？
七、实验报告
1.根据步骤2和3，分别绘出曲线，验证戴维宁定理的正确性，并分析产生误差的原因。
2.归纳、总结实验结果。
3.心得体会及其他。
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