1、1南 昌 大 学 电工 学 实 验 报 告学生姓名： 王学瑞 学号 5503211061 专业班级： 本硕 111 班 实验时间： 16 时 00 分 第 三 周 星期 二 指导老师： 郑朝丹 成绩： 基尔霍夫定律和叠加原理的验证实验目的：1.验证基尔霍夫定的正确性，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，加深对线性电路的叠加性和齐次性的认识和理解。3.进一步掌握仪器仪表的使用方法。实验原理：1基尔霍夫定律基尔霍夫定律是电路的基本定律。它包括基尔霍夫电流定律(KCL)和基尔霍夫电压定律(KVL)。(1)基尔霍夫电流定律(KCL)在电路中，对任一结点，各支路电流
2、的代数和恒等于零，即 I0。(2)基尔霍夫电压定律(KVL)在电路中，对任一回路，所有支路电压的代数和恒等于零，即 U0。基尔霍夫定律表达式中的电流和电压都是代数量，运用时，必须预先任意假定电流和电压的参考方向。当电流和电压的实际方向与参考方向相同时，取值为正；相反时，取值为负。基尔霍夫定律与各支路元件的性质无关，无论是线性的或非线性的电路，还是含源的或无源的电路，它都是普遍适用的。22叠加原理在线性电路中，有多个电源同时作用时，任一支路的电流或电压都是电路中每个 南 昌 大 学 电工 学 实 验 报 告学生姓名： 王学瑞 学号 5503211061 专业班级： 本硕 111 班 实验时间：
3、16 时 00 分 第 三 周 星期 二 指导老师： 郑朝丹 成绩： 独立电源单独作用时在该支路中所产生的电流或电压的代数和。某独立源单独作用时，其它独立源均需置零。 （电压源用短路代替，电流源用开路代替。 ）线性电路的齐次性（又称比例性） ，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。实验设备与器件：1.基尔霍夫定律电路板 1 块； 导线 若干2.直流稳压电源两路3.直流数字电压表，电流表4.万用表实验内容：1基尔霍夫定律实验 图 2-1 基尔霍夫定律实验接线图R2R1I2I1121v6vU1U2mAI
4、3R5R4R35105103305101kABCDEF3(1)实验前，可任意假定三条支路电流的参考方向及三个闭合回路的绕行方南 昌 大 学 电工 学 实 验 报 告学生姓名： 王学瑞 学号 5503211061 专业班级： 本硕 111 班 实验时间： 16 时 00 分 第 三 周 星期 二 指导老师： 郑朝丹 成绩： 向。图 2-1 中的电流 I1、I 2、I 3 的方向已设定，三个闭合回路的绕行方向可设为ADEFA、BADCB 和 FBCEF。(2)分别将两路直流稳压电源接入电路，令 U1=6V， U2=12V。(3)将电路实验箱上的直流数字毫安表分别接入三条支路中，测量支路电流，数据记
5、入表 2-1。此时应注意毫安表的极性应与电流的假定方向一致。(4)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，数据记入表 2-1。表 2-1 基尔霍夫定律实验数据被 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 7.444 1.198 8.642 12.04 6.00 3.797 -1.198 4.407 -0.495 3.797测 量 值 6.503 1.491 7.985 10.91 6.166 3.476 -1.566 4.094 -0.506 3.340相 对 误 差
6、 12.6% 19.7% 7.6% 9.3% 2.7% 8.0% 16.5% 7.6% 2.7% 12.0%2叠加原理实验 (1)线性电阻电路按图 2-2 接线，此时开关 K 投向 R5（330）侧。4图3.42. 南 昌 大 学 电工 学 实 验 报 告学生姓名： 王学瑞 学号 5503211061 专业班级： 本硕 111 班 实验时间： 16 时 00 分 第 三 周 星期 二 指导老师： 郑朝丹 成绩： 分别将两路直流稳压电源接入电路，令 U1=12V，U 2=6V。令电源 U1 单独作用， BC 短接，用毫安表和电压表分别测量各支路电流及各电阻元件两端电压，数据记入表 2-2。表 2
7、-2 叠加原理实验数据（线性电阻电路）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)UF A(V)U1 单 独 作 用 12.09 0 7.928 -2.165 5.767 2.221 0.707 2.914 4.381 4.391U2 单 独 作 用 0 6.01 -1.1423.544 2.403 -3.670-1.1601.234 -0.591 -0.621令 U2 单独作用，此时 FE 短接。重复实验步骤 的测量，数据记入表 2-2。令 U1 和 U2 共同作用，重复上述测量，数据记入表 2-2。取
8、U2=12V，重复步骤的测量，数据记入表 2-2。(2)非线性电阻电路图 2-2 叠加原理实验接线图R2R1 I2I112v6vU1 U2mAI3R4 R35105105101kABCDEFR5 330IN4007K5按图 2-2 接线，此时开关 K 投向二极管 IN4007 侧。重复上述步骤的测量过程，数据记入表 2-3。南 昌 大 学 电工 学 实 验 报 告学生姓名： 王学瑞 学号 5503211061 专业班级： 本硕 111 班 实验时间： 16 时 00 分 第 三 周 星期 二 指导老师： 郑朝丹 成绩： 表 2-3 叠加原理实验数据（非线性电阻电路）测 量 项 目实 验 内 容
9、U1(V)U2(V)I1(mA)I2(mA)I3(mA)UAB(V)UCD(V)UAD(V)UDE(V)UF A(V)U1 单 独 作 用 12.01 0 8.341 -2.364 6.014 2.471 0.639 3.105 4.315 4.394U2 单 独 作 用 0 6.01 0 0 0 0 -6.087 0 0 0U1、 U2共 同 作用 12.10 6.01 7.686 0 7.669 0 -2.480 3.540 4.202 4.243注意事项：1. 实验注意事项(1)需要测量的电压值，均以电压表测量的读数为准。 U1、U 2 也需测量，不应取电源本身的显示值。(2)防止稳压电
10、源两个输出端碰线短路。(3)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6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参考方向来判断。(4)仪表量程的应及时更换。思考题：(3)实验电路中，若有一个电阻器改为二极管，试问叠加原理的叠加性与齐次性还成立吗？为什么？答： 电阻改为二极管后，叠加原理不成立。因为二极管是非线性元件，含有二极管的非线性电路，不符合叠加性和齐次性。南 昌 大 学 电工 学 实 验 报 告学生姓名： 王学瑞 学号 55032110
11、61 专业班级： 本硕 111 班 实验时间： 16 时 00 分 第 三 周 星期 二 指导老师： 郑朝丹 成绩： 数据处理：1. 根据实验数据，选定实验电路图 2.1 中的结点 A，验证 KCL 的正确性。答：依据表 2-1 中实验测量数据，选定结点 A，取流出结点的电流为正。通过计算验证 KCL 的正确性。I1 = 6.503 mA I2 = 1.491mA I3 = 7.985mA即 6.5031.4917.985=0.0090结论： I3 I1 I2 = 0 ， 证明基尔霍夫电流定律是正确的。2. 根据实验数据，选定实验电路图 2.1 中任一闭合回路，验证 KVL 的正确性。答：依据
12、表 2-1 中实验测量数据，选定闭合回路 ADEFA，取逆时针方向为回路的绕行方向电压降为正。通过计算验证 KVL 的正确性。UAD = 4.094 V UDE = 3.340 V UFA= 3.476V U1= 10.98V10.984.0943.3403.476=0.0707结论： 1DEAF0U ， 证明基尔霍夫电压定律是正确的。同理，其它结点和闭合回路的电流和电压，也可类似计算验证。电压表和电流表的测量数据有一定的误差，都在可允许的误差范围内。南 昌 大 学 电工 学 实 验 报 告学生姓名： 王学瑞 学号 5503211061 专业班级： 本硕 111 班 实验时间： 16 时 00
13、 分 第 三 周 星期 二 指导老师： 郑朝丹 成绩： 误差分析及实验小结：基尔霍夫定律实验数据的误差原因分析产生误差的原因主要有：1）电阻值不恒等电路标出值，以 510 电阻为例，实测电阻为 515，电阻误差较大。2）导线连接不紧密产生的接触误差。3）仪表的基本误差。（3）基尔霍夫定律实验的结论数据中绝大部分相对误差较小，基尔霍夫定律是正确的。8叠加原理的验证实验小结（1）测量电压、电流时，应注意仪表的极性与电压、电流的参考方向一致，这样纪录的数据才是准确的。（2）在实际操作中，开关投向短路侧时，测量点 F 延至 E 点，B 延至 C 点，否则测量出错。（3）线性电路中，叠加原理成立，非线性电路中，叠加原理不成立。功率不满足叠加原理。
