实验基尔霍夫定律叠加原理的验证

2024-06-19

实验基尔霍夫定律叠加原理的验证（通用4篇）

实验基尔霍夫定律叠加原理的验证篇1

实验基尔霍夫定律及叠加原理的验证

一．实验目的1．验证基尔霍夫定律的正确性，加深对基尔霍夫定律的理解。

2．学会用电流插头、插座测量各支路电流的方法。

3．验证线性电路叠加原理的正确性，从而加深对线性电路的叠加性和齐次性的认识和理解。

二．实验原理

基尔霍夫定律是电路的基本定律,测量某电路的各支路电流及多个元件两端的电压，应能分别满足基尔霍夫电流定律和电压定律。即对电路中的任一个节点而言,应有∑I＝0；对任何一个闭合回路而言，应有∑U＝0。

运用上述定律时必须注意电流的正方向，此方向可预先任意设定。

叠加原理指出：在有几个独立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独立源单独作用时在该元件上所产生的电流或电压的代数和。

线性电路的齐次性是指当激励信号（某独立源的值）增加或减小Ｋ倍时，电路的响应（即在电路其他各电阻元件上所建立的电流和电压值）也将增加或减小Ｋ倍。

三．实验设备

1．直流电压表0～20Ｖ

2．直流毫安表

3．恒压源（+6V，+12V，0～30V）

4．实验线路板

四．实验电路

基尔霍夫定律实验线路如图2—1所示

叠加原理实验线路如图2-2所示。

五．实验内容

基尔霍夫定律

1．实验前先任意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。

2．分别将E1、E2两路直流稳压源（E1为+6V，+12V切换电源，E2接0～30V可调直流稳压源）接入电路，令E1＝6V，E2＝12V。

3．熟悉电源插头的结构，将电流插头的两端接至数字毫安表的“＋、－”两端。

4．将电流插头分别插入三条支路的三个电流插座中，读出并记录电流值。5．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，记入

数据表2-1中

叠加原理

1．E1为+6V、+12V切换电源，取E1=+12V，E2为可调直流稳压电源调至+6V； 2．令E1电源单独作用时（将开关K1投向E1侧，开关K2投向短路侧），用直流电压表和毫安表（接电流插头）测量各支路电流及各电阻元件两端的电压，3．令Ｅ2电源单独作用时（将开关K1投向短路侧，开关Ｋ2投向Ｅ２侧），重复实验步骤２的测量和记录。

4．令Ｅ1和Ｅ2共同作用时（开关Ｋ1和Ｋ2分别投向Ｅ1和Ｅ2侧），重复上述的测量和记录。

5．将Ｅ2的数值调至＋12Ｖ，重复上述3项的测量并记录。

数据记入表格2—2。表2—

2六．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测量的电压值。

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（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。

4．用电流表测量各支路电流时，应注意仪表的极性及数据表格中“＋、－”号的记录。5．注意仪表量程的及时更换。

七．预习思考题

1．根据图1-1的电路参数，计算出待测的电流I1、I2和I3和各电阻上的电压值，记入表中，以便实验测量时，可正确地选定毫安表和电压表的量程。

2．实验中，若用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

3．叠加原理中E1、E2分别单独作用，在实验中应如何操作？可否直接将不作用的电源（E1或E2）置零（短接）？

4．实验电路中，若有一个电阻器改为二极管，试问叠加原理的迭加性与齐次性还成立吗？为什么？

八．实验报告

1．根据实验数据，选定实验电路中的任一个节点，验证KCL的正确性。2．根据实验数据，选定实验电路中的任一个闭合回路，验证KVL的正确性。

3．根据实验数据表格，进行分析、比较、归纳、总结实验结论，即验证线性电路的叠加性与齐次性。

4．各电阻器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，进行计算并作结论。

5．通过实验步骤6及分析数据表格1-3，你能得出什么样的结论？ 6．误差原因分析。心得体会及其他

基于基尔霍夫定律仿真实验的研究篇2

关键词:职校学生基尔霍夫定律 EWB仿真

一、引言

作为职业技术类院校,电学教学是我院教学的一个难题,由于其内容比较抽象,逻辑严谨性强,被学生公认为是一门枯燥、乏味、难以理解和接受的学科。但电学又是信息化条件下最基本、最重要的基础知识,学习好电学又非常重要。笔者经过认真的研究,依照学生的知识层次和接受能力,并且对比了一些电气仿真软件的优势,将其引入到课程的教学中来,通过仿真实验来加深学生的理解和认识。

二、实验仿真简介

仿真实验就是将学生未知的研究对象与已熟知的研究对象相比较,或者把抽象的概念和一个形象具体的、看得见的物理模型相比较。现在比较常用的计算机仿真软件有Protel99、EWB5.0(Electronics Work Bench)和MATLAB等几种。它们具有极为全面的工具、文档以及设计项目的组织功能,界面直观、非常方便操作和掌握,可以完成电路原理图设计、电路信号仿真,Protel99还具有印刷电路板设计功能,还能实现逻辑器件(PLD)的设计,在现代职教领域中具有很大的发展空间。综合职校学生的特点,本文选用较为简单易学的EWB仿真软件,对职校电学教材中基尔霍夫定律一节的内容做实验仿真,以加深学生的理解。

三、基尔霍夫定律内容

基尔霍夫电流定律(KCL)指出:任何时刻,流入某节点的电流之和恒等于流出该节点电流之和,无电荷存储。

公式表达为:∑I入=∑I出,或∑I=0。

基尔霍夫电压定律(KVL)指出:任一闭合回路中,各断电路电压降的代数和恒等于零。

公式表达为:∑E=∑IR,或∑U=0。

基尔霍夫电流定律及EWB电路仿真模型如图1、图2所示:

图1 直流信号复杂电路

图2 交流信号复杂电路

1.对直流信号复杂电路,基尔霍夫定律满足关系:

对节点a——I1+I2=I3,

对回路1和回路2——I1R1+I2R2=E1,

I2R2+I3R3=E2

2.对交流信号复杂电路,基尔霍夫定律满足关系:

对节点a——i1+i2=i3,

对回路1和回路2——i1R1+i2R2=e1,i2R2+i3R3=e2

注意:由于交流信号源的电压值随时间在不断变化,所以并非每一时刻的回路电压降都相等。

四、实验内容和步骤

1.在EWB仿真界面中按照图1、图2接好电路;

2.检查电路连接无误后,点击界面右上角开关按钮,(注意电流表的连接方法);

3.依照表1设置稳压电源的参数,分别读出三个电流表的电流示数,记录入表1;

4.依照欧姆定律求出三个电阻两端的电压示数,记录入表1;

5.将稳压电源分别置换为正弦交流信号,将不同时刻的电流表、电压表读数记录入表2。

表1 直流信号复杂电路电压电表读数

表2 直流信号复杂电路电压电表读数

五、实验分析

通过对交/直流信号复杂电路模型进行实验仿真,设置和改变元器件参数、观测仪表示数,我们可以很直观地了解并掌握基尔霍夫定律的内容。虽然理论计算与仿真实测相比略有误差,注意考虑到仪表误差以及信号和元件参数的影响。通过仿真,将抽象的电学问题形象化,把复杂的问题简单化。巧妙地把看不见的电学问题用形象的、看得见的物理模型来类比说明,加深了学生对电学知识的理解。

六、结束语

在结束本文的讨论时,我引用英特尔公司首度执行官克瑞格·贝瑞特博士的话:“如果教师不了解如何更加有效地运用技术,所有的与教育有关的技术都将没有任何实际意义。”总之,将计算机仿真软件的应用与电路原理相结合,最终出现的情况是学生容易理解所学知识,能学懂、产生浓厚学习兴趣、爱学,掌握更多的知识,教学效果良好.

参考文献:

1.电子设计与仿真技术[M].机械工业出版社

2.电工学[M].中国劳动出版社

3.王丽敏.《电路仿真与实验》[M].哈尔滨工程大学出版社

4.岑珠玲.面向社会改革电工专业教学的探索与设想[J].广东职业技术师范学院学报

基尔霍夫定律的讨论篇3

一、基尔霍夫的生平G.R.Gustav Robert Kirchhoff (1824～1887)德国物理学家、化学家和天文学家。他于1845年提出基尔霍夫电流定律、基尔霍夫电压定律和基尔霍夫电路定律，发展了欧姆定律，对电路理论有重大贡献。1858年提出基尔霍夫辐射定律。1859年发明分光仪，与化学家R.W.本生共同创立了光谱分析法，并用此法发现了元素铯(1860)和铷(1861)。他并将光谱分析应用于太阳的组成上。他将太阳光谱与地球上的几十种元素的光谱加以比较，从而发现太阳上有许多地球上常见的元素，如钠、镁、铜、锌、钡、镍等。基尔霍夫著有《理论物理学讲义》(1876～1894)和《光谱化学分析》(1895年与R.W.本生合著)等。

二、基尔霍夫第一定律汇于节点的各支路电流的代数和等于零，用公式表示为： ∑I=0 又被称作基尔霍夫电流定律(KCL)。基尔霍夫第一定律的理论基础是稳恒电流下的电荷守恒定律。应用时，若规定流出节点的电流为正，则流向节点的电流为负。由此列出的方程叫做节点电流方程。假设A节点连接着4条支路，那么我们就可以把这四条支路的电流设出来，I1，I2，I3，I4。设流入为正，流出为负，那么总有：I1+I2+I3+I4=0。对于一个有n个节点的电路，可以列出n-1个独立的方程，组成基尔霍夫第一方程组。

1实验二叠加原理的验证篇4

一、实验目的1．验证叠加定理。

2．加深对电路的电流、电压参考方向的理解。

3．学习通用电工学实验台的使用方法。

4．学习万用表、电压表、电流表的使用方法。

二、实验仪器及元件

1．通用电学实验台1台

2．数字万用表UT61A1块

3．电阻100Ω1支

220Ω1支

330Ω1支

三、实验电路

叠加原理指出：在有几个独立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独立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，其他的电源必须置为零（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。

叠加原理反映了线性电路的叠加性，叠加性只适用于求解线性电路中的电流、电压。对于非线性电路，叠加性不再适用。

在本实验中，用直流稳压电源来近似模拟理想电压源，由其产生的误差可忽略不计，这是因为直流稳压电源的等效内阻很小。

+U-+U2-

图1—1验证叠加定理电路

四、实验方法

1．首先粗调好直流稳压电源，使其两路输出U1、U2均在10V以下，最大不得超过14V。

2．按照实验电路图1—1接线，经过老师检查无误后，方可开始实验。

3．测量U1、U2两个电源共同作用下的电路响应：

 将电路中ef、gh、jk三处分别用短接线短接；

 用万用表测量电源U1、U2的准确电压值；

 用万用表测量k、m两点之间的电压值，即R3支路的电压响应Ukm；

 断开ef间的短接线，在ef之间接入直流电流表测量R1支路的电流响应I1；  同样方法，再次测量R2、R3支路的电流响应I2和I3；