基尔霍夫定律实验报告.doc

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2、霍夫电流定律(KCL)。在集总电路中，任何时刻，对任一节点，所有支路电流的代数和恒等于零，即i=0。通常约定：流出节点的支路电流取正号，流入节点的支路电流取负号。(2)基尔霍夫电压定律(KVL)。在集总电路中，任何时刻，沿任一回路所有支路电压的代数和恒等于零，即沿任回路有u=0。在写此式时，首先需要任意指定一个回路绕行的方向。凡电压的参考方向与回路绕行方向一致者，取“+”号;电压参考方向与回路绕行方向相反者，取“一”号。(3)KCL和KVL定律适用于任何集总参数电路，而与电路中的元件的性质和参数大小无关，不管这些元件是线性的、非线性的、含源的、无源的、时变的、非时变的等，定律均适用。三、实验仪

3、器仪表四、实验内容及方法步骤(1)验证(KCL)定律，即i=0。分别在自行设计的电路或参考的电路中，任选一个节点，测量流入流出该节点的各支路电流数值和方向，记入附本表1-1表1-5中并进行验证。参考电路见图1-1、图1-2、图1-3所示。(2)验证(KVL)定律，即u=0。分别在自行设计的电路或参考的电路中任选一网孔(回路)，测量网孔内所有支路的元件电压值和电压方向，对应记入表格并进行验证。参考电路见图1-3。五、测试记录表格表1-1 线 性 对 称 电 路表1-2 线 性 对 称 电 路表1-3 线 性 不 对 称 电 路表1-4 线 性 不 对 称 电 路表1-5 线 性 不 对 称 电

4、路注：1、USA、USB电源电压根据实验时选用值填写。2、U、I、R下标均根据自拟电路参数或选用电路参数对应填写。指导教师签字：_ 年 月 日六、实验注意事项(1)自行设计的电路，或选择的任一参考电路，接线后需经教师检查同意后再进行测量。(2)测量前，要先在电路中标明所选电路及其节点、支路和回路的名称。(3)测量时一定要注意电压与电流方向，并标出“+”、“一”号，因为定律的验证是代数和相加。 (4)在测试记录表格中，填写的电路名称与各参数应与实验中实际选用的标号对应。七、预习及思考题(1)什么是基尔霍夫定律，包括两个什么定律? (2)基尔霍夫定律适用于什么性质元件的电路?基尔霍夫定律实验报告2

5、一、实验目的(1)加深对戴维南定理和诺顿定理的理解。 (2)学习戴维南等效参数的各种测量方法。 (3)理解等效置换的概念。(4)学习直流稳压电源、万用表、直流电流表和电压表的正确使用方法。二、实验原理及说明(1)戴维南定理是指个含独立电源、线性电阻和受控源的一端口，对外电路来说，可以用一个电压源和一个电阻的串联组合来等效置换。此电压源的电压等于该端口的开路电压UOC，而电阻等于该端口的全部独立电源置零后的输入电阻，如图2-l所示。这个电压源和电阻的串联组合称为戴维南等效电路。等效电路中的电阻称为戴维南等效电阻Req。所谓等效是指用戴维南等效电路把有源一端口网络置换后，对有源端口(1-1 )以外

6、的电路的求解是没有任何影响的，也就是说对端口l-1以外的电路而言，电流和电压仍然等于置换前的值。外电路可以是不同的。(2)诺顿定理是戴维南定理的对偶形式，它指出一个含独立电源、线性电阻和受控源的一端口，对外电路来说，可以用一个电流源和电导的并联组合来等效置换，电流源的电流等于该一端口的短路电流Isc，而电导等于把该端口的全部独立电源置零后的输入电导Geq=1/Req，见图2-l。(3)戴维南诺顿定理的等效电路是对外部特性而言的，也就是说不管是时变的还是定常的，只要含源网络内部除独立的电源外都是线性元件，上述等值电路都是正确的。图2-1 一端口网络的等效置换(4)戴维南等效电路参数的测量方法。开

7、路电压Uoc的测量比较简单，可以采用电压表直接测量，也可用补偿法测量;而对于戴维南等效电阻Req的取得，可采用如下方：网络含源时用开路电压、短路电流法，但对于不允许将外部电路直接短路的网络(例如有可能因短路电流过大而损坏网络内部器件时)不能采用此法;网络不含源时，采用伏安法、半流法、半压法、直接测量法等。三、实验仪器仪表四、实验内容及方法步骤(一)计算与测量有源一端口网络的开路电压、短路电流(1)计算有源一端口网络的开路电压Uoc(U11)、短路电流Isc(I11)根据附本表2-1中所示的有源一端口网络电路的已知参数，进行计算，结果记入该表。(2)测量有源一端口网络的开路电压Uoc，可采用以下

8、几种方法：1)直接测量法。直接用电压表测量有源一端口网络1-1端口的开路电压，见图2-2电路，结果记入附本表2-2中。图2-2 开路电压、短路电流法 图2-3 补偿法二、补偿法三2)间接测量法。又称补偿法，实质上是判断两个电位点是否等电位的方法。由于使用仪表和监视的方法不同，又分为补偿法一、补偿法二、补偿法三。补偿法一：用发光管判断等电位的方法，利用对两个正反连接的发光管的亮与不亮的直接观察，进行发光管两端是否接近等电位的判断。可自行设计电路。此种方法直观、简单、易行又有趣味，但不够准确。可与电压表、毫伏表和电流表配合使用。具体操作方法，留给同学自行考虑选作。补偿法二：用电压表判断等电位。如图

9、2-3所示，把有源一端口网络端口的1与外电路的2端连成一个等位点;Us两端外加电压，起始值小于开路电压Ull;短接电位器Rw和发光管D1、D2，这样可保证外加电压Us正端2与有源一端口开路电压正端1直接相对，然后把电压表接到1、2两端后，再进行这两端的电位比较。经过调节外加电源Us的输出电压压，调到1、2两端所接电压表指示为零时，即说明1端与2端等电位，再把l、2端断开后，测外加电源Us的电压值，即等于有源一端口网络的开路电压Uoc，此值记入附本表2-2中。补偿法三:用电流表或检流计判断等电位的方法，条件与方法同上，当调到l、2两端所接电压表指示为零时，再换电流表或检流计接到l、2两端上，见图

10、2-3。微调外加电源Us的电压使电流表或检流计指示为0(注意一般电源电压调量很小)，再断开电流表或检流计后，用电压表去测外加电源Us的电压值，应等于 Uoc，此结果对应记入附本表2-2。此方法比用电压表找等电位的方法更准确，但为了防止被测两端1、2间电位差过大会损坏电流表，所以一定要在电压表指示为零后，再把电流表或检流计换接上。以上方法中，补偿法一测量结果误差较大，补偿法三测量结果较为精确，但也与电流表灵敏度有关。(二)计算与测量有源一端口网络的等效电阻Req(1)计算有源一端口网络的等效电阻Req。当一端口网络内部无源时(把双刀双投开关K1合向短路线)，计算有源一端口网络的等效电阻尺Req。

11、电路参数见附本表2-1中，把计算结果记入该表中。(2)测量有源一端口网络的等效电阻只Req。 可根据一端口网络内部是否有源，分别采用如下方法测量：1)开路电压、短路电流法。当一端口网络内部有源时(把双刀双投开关K1合向电源侧)，见图2-2所示，USN=30V不变，测量有源一端口网络的开路电压和短路电流Isc。把电流表接l-1端进行短路电流的测量。测前要根据短路电流的计算选择量程，并注意电流表极性和实际电流方向，测量结果记入附本表2-3，计算等效电阻Req。2)伏安法。当一端口网络内部无源时(把双刀双投开关Kl合向短路线侧)，整个一端口网络可看成一个电阻，此电阻值大小可通过在一端口网络的端口外加

12、电压，测电流的方法得出，见图2-4。具体操作方法是外加电压接在Us两端，再把l、2两端相连，把发光管和电位器Rw短接，电流表接在1、2两端，此时一端口网络等效成一个负载与外加电源Us构成回路，Us电源电压从0起调到使电压表指示为1OV时，电流Is2与电压值记入附本表2-3，并计算一端口网络等效电阻Req=Us/IS2。图2-4 伏安法 图2-5 半流法3)半流法。条件同上，只是在上述电路中再串进一个可调电位器Rw(去掉Rw短接线)如图2-5所示，外加电源Us电压10V不变。当调Rw使电流表指示为伏安法时电流表的指示的一半时，即Is2=Is2/2，此时电位器Rw的值等于一端口网络等效电阻Req，

13、断开电流表和外加电源Us，测Rw值就等于是及Req，结果记入附本表2-3。4)半压法。半压法简单、实用，测试条件同上，见图2-6。把1、2两端直接相连，外加电源Us=10V，调Rw使URw=(1/2)Us时，说明Rw值即等于一端口网络等效电阻Req，断开外接电源Us，再测量Rw的值，结果记入附本表2-3。5)直接测量法。当一端口网络内部无源时，如图2-7所示，可用万用表欧姆档测量或直流电桥直接测量1-1两端电阻Req (此种方法只适用于中值、纯电阻电路)，测试结果记入附本表2-3中。图2-6 半压法 图2-7 直接测量法说明：以上各方法测出的值均记入附本表2-3中，计算后进行比较，并分析判断结

14、果是否正确。 (3)验证戴维南定理，理解等效概念：1)戴维南等效电路外接负载。如图2-8(a)所示，首先组成一个戴维南等效电路，即用外电源Us(其值调到附本表2-2用直接测量法测得的Uoc值)与戴维南等效电阻R5=Req相串后，外接R5=100的负载，然后测电阻R6两端电压UR6和流过R6的电流值IR6，记入附本表2-4。图2-8 验证戴维南定理(a)戴维南等效电路端口负载R6;(b)N网络的端口接负载R62)N有源网络1-1端口外接负载。如图2-8(b)所示，同样接R6=100的负载，测电压UR6与电流IR6，结果记入附本表2-4中，与1)测试结果进行比较，验证戴维南定理(4)验证诺顿定理，

15、理解等效概念：1)诺顿等效电路外接负载。如图2-9(a)所示，首先组成一个诺顿等效电路，即用外加电流源Is(其值调到附本表2-3中开路电压、短路电流法测得的短路电流Isc值)与戴维南等效电阻R5=Req并后，外接R6=100的负载，然后测电阻R6两端电压UR6和流过R6的电流值IR6，记入本表2-5。采用此方法时注意，由于电流源不能开路，具体操作要在教师具体指导下进行，否则极易损坏电流源。图2-9 验证诺顿定理等效电路(a)诺顿等效电路端口接负载R6;(b)N网络的端口接负载R62)与上述(3)之2)中的测试结果进行比较，参阅图2-8(b)，验证诺顿定理。五、测试记录表2-1 戴维南等效参数计

16、算表2-2 等效电压源电压Uoc测量结果表2-3 戴维南等效电阻Req测量(计算)结果表2-4 验证戴维南定理指导教师签字： 年 月 日六、实验注意事项(1)USN是N网络内的电源，Us是外加电源，接线时极性位置，电压值不要弄错。(2)此实验是用多种方法验证比较，测量中一定要心中有数，注意各种方法的特点、区别，决不含糊，否则无法进行比较，实验也将失去意义。(3)发光管是用作直接观察电路中有否电流、电流的方向及判断两点是否接近等电位用。但因发光管是非线性元件，电阻较大，不管那种方法，只要测量电流、电压时就把它短接掉，即用短线插到发光管两头的N2、N3插孔即可。(4)测量电流、电压时都要注意各表极性、方向和量程的正确选择。测量时要随时与事先计算的含源一端口网络的等效电阻、开路电压、短路电流等值进行比较，以保证测量结果的准确。七、预习及思考题(1)根据附本表2-1中一端口网络的参数，计算开路电压Uoc、短路电流Isc和等效电阻Req，并将结果记入该表中。(2)用开路电压、短路电流法测量等效电阻时，开路电压、短路电流是否可以同时进行测量，为什么?7