实验三-叠加原理的multisim验证实验.doc

实验三 叠加原理的验证实验一、实验目的1、通过实验验证叠加原理。2、通过实验加深对叠加原理的理解。二、实验原理叠加原理：在线性电路中，任何一条支路中的电流或电压，都可以看是由电路中的各个电源（电压源或电流源)分别单独作用时(将电压源看做短路；电流源看做开路)在此支路中所产生的电流或电压的代数和。下以两个例子来说明。 （a) （b） （c）图31 两个电压源叠加原理电路 在图3-1 (a) 所示的电路中有两个电压源作用，根据叠加原理其中某个支路中的电流等于电压UA 单独作用时（如图31 (b)所示）与电压源UB单独作用时（如图3-1（c)所示）在该支路产生的电流的代数和。因此，在上述的三个图中有如下关系成立：I1 = I1 I1" ； I 2 = I2” I2 ； I 3 = I 3 + I 3” 在图32 (a）所示电路中有一个电压源和一个电流源共同作用，根据叠加原理其中某个支路的电流等于电压US 单独作用时（如图32 (b）所示）与电流源IS单独作用时(如图3-2(c）所示）在该支路产生的电流的代数和。 （a） （b） （c）图32电压源与电流源叠加原理电路同理，在上述的三个图中有如下关系成立:I 1 = I1 I 1" ; I 2 = I 2” ； I 3 = I 3 + I 3”三、实验内容及步骤叠加原理仿真验证实验电路图如下所示，两个直流电压源E1、E2共同作用于电路中，通过改变三个电流表的位置可设定电流I1、I2为流入结点a的方向,电流I3为流出结点a的方向.实验过程中，首先在只有电压源E1单独作用时测得第1组数据I1' 、I2 、I 3；然后在只有电压源E2单独作用时测第2组数据I1” 、I2"、 I 3”;最后将两个电压源E1、E2均接入电路，测第3组数据I1、I2、I3 。由于三次测量电流表的接入方式没有变化，所以I1' 、I1"、I1这三个电流量方向相同，同理，I2 、I2"、I2的方向相同，I 3、 I 3”、I3的方向也是相同的。故根据叠加原理可得如下关系:I 1 = I1 +I 1" ； I 2 = I2+ I2” ； I 3 = I 3 + I 3”若测量得到的三组数据符合上述规律，则叠加原理得以验证。图3 - 3 两个直流电压源叠加原理仿真实验电路图图3 3 两个直流电压源叠加原理仿真实验电路图 本次实验要在三种电路连接下测量数据，要达到这个目的，一种方法是绘制三幅电路图，但这种方法比较麻烦，所以为方便起见，绘图时引入了单刀双置开关（Switch），使得在一张电路图中可同时实现这三种状态。在开关的元器件属性（Switch Properties）对话框中Value/Key后的框中改变原来默认的“Space"为自定义的字母或数字等符号，即可改变开关的控制键。上图中应用了两组开关，E1两端的S1、S2为第一组,E2两端的S3、S4为第二组，每组公用一个控制键，如图中所示，控制键A同时控制S1、S2，控制键B同时控制S3、S4。实验步骤如下：(1) 打开multisim软件,选中主菜单View选项中的Show grid，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Place Sources元器件库中调出1个Ground（接地点)和2个Battery(直流电压源)器件，从Place Basic元器件库中调出5个Resistor（电阻）和4个Switch（开关）器件，最后从Indicators元器件库中调出3个Ammeter（电流表）器件，按上图所示排列好。(3) 将各元器件的标号、参数值亦改变成与上图所示一致。(4) 将所有的元器件通过连线连接起来。注意：电压源、电流表的正负极性。(5) 检查电路有无错误。(6) 对该绘图文件进行保存，注意文件的扩展名（.sm10）要保留。(7) 调节控制键A、B，使得只有电压源E1接入外电路，E2不接入。(8) 按下multisim界面右上方按纽“1”对该绘图文件进行仿真.(9) 按下multisim界面右上方按纽“0”停止仿真，读取三个电流表的读数，将读数填到相应的表格中，即为第1组测量数据I1'、I2 、I 3。(10) 调节控制键A、B，使得只有电压源E2接入外电路，E1不接入.(11) 按下multisim界面右上方按纽“1”对该绘图文件进行仿真.(12) 按下multisim界面右上方按纽“0”停止仿真，读取三个电流表的读数，将读数填到相应的表格中，得到第2组测量数据I1” 、I2"、 I 3".(13) 调节控制键A、B，使得只有电压源E1、E2均接入外电路。(14) 按下multisim界面右上方按纽“1”对该绘图文件进行仿真。(15) 按下multisim界面右上方按纽“0”停止仿真，读取三个电流表的读数，将读数填到相应的表格中,即是第3组测量数据I1、I2、I3。(16) 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验报告的撰写。表31 两个直流电压源叠加原理电流测量表电流电源I1(mA）I2（mA)I3(mA）E1单独作用I'17.629I2-1.940I3=5.693E2单独作用I"12。262I26.313I"34.050代数和（I+ I"）5。3674。3739.743E1、E2共同作用I15。366I24.372I39。742四、注意事项1、 每个multisim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（Resistor Properties)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、 测量直流电流时应该把直流电流表串联在电路中进行测量，EWB中电流表粗线接线端为电流流入方向,另一个接线端为电流流出方向，使用时应特别注意电流表的极性，即电流流入、流出方向.4、 基于绘图美观的考虑，可将电流表通过工具栏中的“翻转”快捷键调整到与待测器件或支路平行的状态再连线，开关亦可通过此方法调整到合适的位置以便连线。5、 电流表测量模式选择默认的直流模式，即在Ammeter(电流表）器件的元器件属性（Ammeter Properties）对话框中选择Value/mode/DC选项，另在Label/Label对话框中可为电流表命名。6、 在开关和电压源连线时，尤其注意不要出现电源通过连线被短接的情况，可利用控制键调试一下需测量的三种状态，防止该情况的发生。7、 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.8、 在读取电流表的读数时，为消除网格线对读数的影响，可取消主菜单View选项中的Show grid，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。9、 记录到表格中的数据即电流表上显示的直接读数，“+"、“”亦要保留。10、 文件保存时扩展名为“。sm10”.关闭文件或multisim软件后想再次打开保存后的文件时，必须打开multisim软件后通过主菜单File/open选项或者工具栏中的“打开"快捷键来实现。五、实验拓展1、 在前述实验中通过电流表极性的摆放位置固定了I1 、I2、I3的方向分别是流入、流入、流出结点a，同学可通过改变电流表极性的位置而改变I1 、I2、I3流入、流出结点a的方向，再看看此时叠加原理是否成立。 2、 图33中采用了2组4个开关的形式使得三种状态在一张电路图中实现,同学可自己思考其他的简便方法以代替之。六、预习要求1、实验前应认真复习叠加原理。2、明确实验内容及步骤.七、思考题1、叠加原理的的使用条件是什么？2、用叠加原理方法测得的各支路电流和与两个电源同时作用在电路中测得的结果进行比较 并分析数据不符产生的主要原因？八、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。 见上3、 填写表31。 见上4、回答思考题。3