实验二基尔霍夫电压定律的multisim验证实验.pdf

实验二实验二基尔霍夫电压定律的验证实验基尔霍夫电压定律的验证实验一、实验目的一、实验目的1、通过实验验证基尔霍夫电压定律，巩固所学的理论知识。2、加深对参考方向概念的理解。二、实验原理二、实验原理1 1、基尔霍夫定律：、基尔霍夫定律：基尔霍夫电压定律为U=0，应用于回路。基尔霍夫定律是分析与计算电路的基本重要定律之一。图 2-1两个电压源电路图图 2-2基尔霍夫电压定律2 2、基尔霍夫电压定律、基尔霍夫电压定律（Kirchhoffs Voltage law）可简写为 KVLKVL：基尔霍夫电压定律，从回路中任意一点出发，以顺时针方向或逆时针方向沿回路循行基尔霍夫电压定律，从回路中任意一点出发，以顺时针方向或逆时针方向沿回路循行一周，则在这个方向上的电位升之和应该等于电位降之和。就是在任一瞬时，沿任一回路一周，则在这个方向上的电位升之和应该等于电位降之和。就是在任一瞬时，沿任一回路循行方向（顺时方向或逆时方向）循行方向（顺时方向或逆时方向），回路中各段电压的代数和恒等于零。，回路中各段电压的代数和恒等于零。（如果规定电位升为正号则电位降为负号）。在电阻电路中的另一种表达式，就是在任一回路循行方向上，回在电阻电路中的另一种表达式，就是在任一回路循行方向上，回路中电动势的代数和等于电阻上电压降的代数和。路中电动势的代数和等于电阻上电压降的代数和。在图 2-1 所示电路中，对回路 adbca 由图 2-2 可以写出U2+U3=U1+U4U2+U3U1U4=0即U=0上式可改为E1E2I1R1+I2R2=0E1E2=I1R1I2R2即 E=（IR）4、参考方向：、参考方向：为研究问题方便，人们通常在电路中假定一个方向为参考，称为参考方向。(1)若流入节点的电流取正号，则流出节点的电流取负号。(2)任一回路中，凡电压的参考方向与回路绕行方向一致者，则此电压的前面取正号，电压的参考方向与回路绕行方向相反者，前面取负号。(3)任一回路中电流的参考方向与回路绕行方向一致者，前面取正号，相反者前面取负号。在实际测量电路中的电流或电压时，当电路中所测的电流或电压的实际方向与参考方向相同时取正值，其实际方向与参考方向相反时取负值。三、实验内容及步骤三、实验内容及步骤KVL 定律实验电路如图 2-3 所示，有两个直流电压源作用于电路中，选定电路的参考方向为 U6U5U4U3U2U1U6，电压表中除U3的正、负极性与参考方向相反以外，其余电压表均与该参考方向一致，则列写KVL 方程为：U=U6+U5+U4U3+U2+U1=0（上式中的 U1、U2、U3、U4、U5、U6分别对应图上器件 R1、R2、E2、R3、R4、E1的电压）故：若用电压表测得的电压值符合上式，则KVL 定律得证。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 4 个 Resistor（电阻）器件，最后从 PlaceIndicators 元器件库中调出 6 个 Voltmeter（电压表）器件，按下图所示排列好。(3)将各元器件的标号、参数值亦改变成与图2-3 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，注意文件的扩展名（.sm10）要保留。(7)按下 EWB 界面右上方按纽“1”对该保存过的绘图文件进行仿真。(8)按下 EWB 界面右上方按纽“0”停止仿真，读取电流表的读数，将读数填到表2-1 相应的表格中。图 2-3基尔霍夫电压定律验证实验电路图图 2-3基尔霍夫电压定律验证实验电路图表 2-1基尔霍夫电压定律电压测量表测量电压测量结果U1（V）U2（V）U3（V）U4（V）U5（V）U6（V）U=（V）100（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验报告的撰写。四、注意事项四、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、测量电压时应该把直流电压表并联在电路中进行测量，multisim 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（Voltmeter Properties）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 View 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“.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、实验拓展五、实验拓展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 U=0。六、预习要求六、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。七、思考题七、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八、实验报告八、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4、填写表格 2-1。见上5、回答思考题。