电路实验

实验一基尔霍夫定律的验证一．实验目的1．验证基尔霍夫定律，加深对基尔霍夫定律的理解。2．掌握直流电流表的使用以及学会用电流插头、插座测量各支路电流的方法。3．学习检查、分析电路简单故障的能力。二．原理说明基尔霍夫定律：基尔霍夫电流定律和电压定律是电路的基本定律，它们分别描述结点电流和回路电压，即对电路中的任一结点而言，在设定电流的参考方向下，应有ΣI＝0。一般流出结点的电流取负号，流入结点的电流取正号；对任何一个闭合回路而言，在设定电压的参考方向下，绕行一周，应有ΣU＝0，一般电压方向与绕行方向一致的电压取正号，电压方向与绕行方向相反的电压取负号。在实验前，必须设定电路中所有电流、电压的参考方向，其中电阻上的电压方向应与电流方向一致，见图1-1所示。图1-1三．实验设备1．直流数字电压表、直流数字电流表；2．恒压源（双路0～30V可调）；3．NEEL－003A组件。四．实验内容实验电路如图1-1所示，图中的电源US1用恒压源I路0～＋30V可调电压输出端，并将输出电压调到＋6V，US2用恒压源II路0～＋30V可调电压输出端，并将输出电压调到＋12V（以直流数字电压表读数为准）。开关S1投向US1侧，开关S2投向US2侧，开关S3投向R3侧。实验前先设定三条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。1．熟悉电流插头的结构，将电流插头的红接线端插入数字电流表的红（正）接线端，电流插头的黑接线端插入数字电流表的黑（负）接线端。2．测量支路电流将电流插头分别插入三条支路的三个电流插座中，读出各个电流值。按规定：在结点A，电流表读数为‘＋’，表示电流流入结点，读数为‘－’，表示电流流出结点，然后根据图1-1中的电流参考方向，确定各支路电流的正、负号，并记入表1-1中。表1-1支路电流数据支路电流(mA)I1I2I3计算值测量值相对误差3．测量元件电压用直流数字电压表分别测量两个电源及电阻元件上的电压值，将数据记入表1-2中。测量时电压表的红（正）接线端应插入被测电压参考方向的高电位端，黑（负）接线端插入被测电压参考方向的低电位端。表1-2各元件电压数据各元件电压（V）US1US2UR1UR2UR3UR4UR5计算值（V）测量值（V）相对误差五．实验注意事项1．所有需要测量的电压值，均以电压表测量的读数为准，不以电源表盘指示值为准。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，倘若不换接极性，则电表指针可能反偏而损坏设备（电流为负值时），此时必须调换电流表极性，重新测量，此时指针正偏，但读得的电流值必须冠以负号。六．预习与思考题1．根据图1－1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3－2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．在图1－1的电路中，A、D两结点的电流方程是否相同？为什么？3．在图1－1的电路中可以列几个电压方程？它们与绕行方向有无关系？4．实验中，若用指针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．实验报告要求1．回答思考题。2．根据实验数据，选定实验电路中的任一个结点，验证基尔霍夫电流定律（KVL）的正确性。3．根据实验数据，选定实验电路中的任一个闭合回路，验证基尔霍夫电压定律（KCL）的正确性。4．列出求解电压UEA和UCA的电压方程，并根据实验数据求出它们的数值。5．写出实验中检查、分析电路故障的方法，总结查找故障的体会。实验二线性电路叠加性和齐次性验证一．实验目的1．验证叠加原理和齐次原理。2．了解叠加原理和齐次原理的应用场合。3．理解线性电路的叠加性和齐次性。二．原理说明叠加原理指出：在有几个电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电源单独作用时在该元件上所产生的电流或电压的代数和。具体方法是：一个电源单独作用时，其它的电源必须去掉（电压源短路，电流源开路）；在求电流或电压的代数和时，当电源单独作用时电流或电压的参考方向与共同作用时的参考方向一致时，符号取正，否则取负。在图2－1中：111III222III333IIIUUU叠加原理反映了线性电路的叠加性，线性电路的齐次性是指当激励信号（如电源作用）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。叠加性和齐次性都只适用于求解线性电路中的电流、电压。对于非线性电路，叠加性和齐次性都不适用。1I2I3I1R2R3R1SU2SUU1I2I3I1R2R3R1SUU1I2I3I1R2R3R2SUU（ａ〕（ｃ〕（ｂ〕图2－1三．实验设备1．直流数字电压表、直流数字电流表；2．恒压源（双路0～30V可调）；3．NEEL－003A组件。四．实验内容实验电路如图2－2所示，图中：510431RRR,k12R,3305R，图中的电源US1用恒压源I路0～＋30V可调电压输出端，并将输出电压调到＋12V，US2用恒压源II路0～＋30V可调电压输出端，并将输出电压调到＋6V（以直流数字电压表读数为准），开关S3投向R3侧。1．US1电源单独作用（将开关S1投向US1侧，开关S2投向短路侧），参考图2－1（b），画出电路图，标明各电流、电压的参考方向。用直流数字毫安表接电流插头测量各支路电流：将电流插头的红接线端插入数字电流表的红（正）接线端，电流插头的黑接线端插入数字电流表的黑（负）接线端，测量各支路电流，按规定：在结点A，电流表读数为‘＋’，表示电流流入结点，读数为‘－’，表示电图2-2流流出结点，然后根据电路中的电流参考方向，确定各支路电流的正、负号，并将数据记入表2—1中。用直流数字电压表测量各电阻元件两端电压：电压表的红（正）接线端应插入被测电阻元件电压参考方向的正端，电压表的黑（负）接线端插入电阻元件的另一端（电阻元件电压参考方向与电流参考方向一致），测量各电阻元件两端电压，数据记入表2—1中。表2—1实验数据一测量项目实验内容US1(V)US2(V)I1(mA)I2(mA)I3(mA)UAB(V)UCD(V)UAD(V)UDE(V)UFA(V)US1单独作用120US2单独作用06US1,US2共同作用126US2单独作用012F510510AC1kBDEI1I2I3S16.0S2R4R2R1510R3R5330S3VD2．US2电源单独作用（将开关S1投向短路侧，开关S2投向US2侧），画出电路图，标明各电流、电压的参考方向。重复步骤1的测量并将数据记录记入表格2—1中。3．US1和US2共同作用时（开关S1和S2分别投向US1和US2侧），各电流、电压的参考方向见图2－2。完成上述电流、电压的测量并将数据记录记入表格2—1中。4．将开关S3投向二极管ＶＤ侧，即电阻R5换成一只二极管1N4007，重复步骤１～3的测量过程，并将数据记入表4—2中。表2-2实验数据二测量项目实验内容US1(V)US2(V)I1(mA)I2(mA)I3(mA)UAB(V)UCD(V)UAD(V)UDE(V)UFA(V)US1单独作用120US2单独作用06US1,US2共同作用126US2单独作用012五．实验注意事项1．用电流插头测量各支路电流时，应注意仪表的极性，及数据表格中“＋、－”号的记录。2．注意仪表量程的及时更换。3．电压源单独作用时，去掉另一个电源，只能在实验板上用开关S1或S2操作，而不能直接将电压源短路。六．预习与思考题1．叠加原理中US1,US2分别单独作用，在实验中应如何操作？可否将要去掉的电源（US1或US2）直接短接？2．实验电路中，若有一个电阻元件改为二极管，试问叠加性还成立吗？为什么？七．实验报告要求1．根据表2－1实验数据一，通过求各支路电流和各电阻元件两端电压，验证线性电路的叠加性与齐次性。2．各电阻元件所消耗的功率能否用叠加原理计算得出？试用上述实验数据计算、说明。3．根据表2－1实验数据一，当US1＝US2＝12V时，用叠加原理计算各支路电流和各电阻元件两端电压。4．根据表2－2实验数据二，说明叠加性和齐次性是否适用该实验电路。实验三电压源、电流源及其电源等效变换一．实验目的1．掌握建立电源模型的方法。2．掌握电源外特性的测试方法。3．加深对电压源和电流源特性的理解。4．研究电源模型等效变换的条件。二．原理说明1．电压源和电流源电压源具有端电压保持恒定不变，而输出电流的大小由负载决定的特性。其外特性，即端电压U与输出电流I的关系U＝f(I)是一条平行于Ｉ轴的直线。实验中使用的恒压源在规定的电流范围内，具有很小的内阻，可以将它视为一个电压源。电流源具有输出电流保持恒定不变，而端电压的大小由负载决定的特性。其外特性，即输出电流I与端电压U的关系I＝f(U)是一条平行于U轴的直线。实验中使用的恒流源在规定的电流范围内，具有极大的内阻，可以将它视为一个电流源。2．实际电压源和实际电流源实际上任何电源内部都存在电阻，通常称为内阻。因而，实际电压源可以用一个内阻RS和电压源US串联表示，其端电压U随输出电流I增大而降低。在实验中，可以用一个小阻值的电阻与恒压源相串联来模拟一个实际电压源。实际电流源是用一个内阻RS和电流源IS并联表示，其输出电流I随端电压U增大而减小。在实验中，可以用一个大阻值的电阻与恒流源相并联来模拟一个实际电流源。3．实际电压源和实际电流源的等效互换一个实际的电源，就其外部特性而言，既可以看成是一个电压源，又可以看成是一个电流源。若视为电压源，则可用一个电压源Us与一个电阻RS相串联表示；若视为电流源，则可用一个电流源IS与一个电阻RS相并联来表示。若它们向同样大小的负载供出同样大小的电流和端电压，则称这两个电源是等效的，即具有相同的外特性。实际电压源与实际电流源等效变换的条件为：（1）取实际电压源与实际电流源的内阻均为RS；（2）已知实际电压源的参数为Us和RS，则实际电流源的参数为SSSRUI和RS，若已知实际电流源的参数为Is和RS，则实际电压源的参数为SSSRIU和RS。三．实验设备1．直流数字电压表、直流数字电流表；2．恒压源（双路0～30V可调）；3．恒流源（0～200mA可调）；4．NEEL－23A组件。SU1R2RVmA图3－1四．实验内容1．测定电压源（恒压源）与实际电压源的外特性实验电路如图3－1所示，图中的电源US用恒压源0～＋30V可调电压输出端，并将输出电压调到＋6V，R1取200Ω的固定电阻，R2取470Ω的电位器。调节电位器R2，令其阻值由大至小变化，将电流表、电压表的读数记入表3－1中。表3－1电压源（恒压源）外特性数据I(mA)U(V)在图3－1电路中，将电压源改成实际电压源，如图3－2所示，图中内阻RS取51Ω的固定电阻，调节电位器R2，令其阻值由大至小变化，将电流表、电压表的读数记入表3－2中。表3－2实际电压源外特性数据I(mA)U(V)2．测定电流源（恒流源）与实际电流源的外特性按图3－3接线，图中IS为恒流源，调节其输出为5mA（用毫安表测量），R2取470Ω的电位器，在RS分别为1kΩ和∞两种情况下，调节电位器R2，令其阻值由大至小变化，将电流表、电压表的读数记入自拟的数据表格中。3．研究电源等效变换的条件按图3－4电路接线，其中(a)、(b)图中的内阻RS均为51Ω，负载电阻R均为200Ω。在图3－4(a)电路中，US用恒压源0～＋30V可调电压输出端，并将输出电压调到＋6V，记录电流表、电压表的读数。然后调节图3－4(b)电路中恒流源IS，令两表的读数与图3－4(a)的数值相等，记录IS之值，验证等效变换条件的正确性。五．实验注意事项1．在测电压源外特性时，不要忘记测空载（I＝0）时的电压值；测电流源外特性时，不要忘记测短路（U＝0）时的电流