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实验二 电路基本定律的研究
一、实验目的
验证KCL、KVL。
验证特勒根定理之一。
加深对线性电路的特性-迭加性和齐性的认识。
掌握戴维南等效电路参数的实验测定方法。
加深对电路基本定律认识。
二、实验原理
基尔霍夫定律和特勒根定律对集总参数电路具有普遍的适应性。在集
总参数电路中,对任一个节点,在任一时刻,流出或流进此节点的所有支路电流的代数和等于零,即∑I=0,在集总参数电路中,对任一回路,在任一时刻,沿该回路的所有支路电压的代数和为零 ,即:∑U=0。
KCL、KVL适用于任何集总参数电路,它与元件的性质无关。只与电路的拓扑结构有关。
而特勒根定理之一是指出整个电路的功率一定是守衡的,满足∑UI=0这一约束关系。它们分别基于电流连续性原理、电位的单值性原理和能量守衡原理。
迭加定理:在线性网络中,几个激励电源共同作用于该网络所产生的
响应,可以看成是每个激励电源单独作用时所产生的响应的迭加,称此为迭加定理。由于网络是线性的,所以存在响应与电源成正比例关系,称此为齐次性。线性电路应同时满足迭加性和齐次性。功率则不满足迭加定理。
戴维南-诺顿定理,任何一个线性有源二端网络,总可以用一个恒压
源与内阻串联的支路或一个恒流源与内阻并联的支路来代替。恒压源的电压等于该网络的开路电压,恒流源的电流等于该网络的短路电流,而内阻等于该网络中所有独立源为零(保留内阻及受控源)时的等效电阻。
戴维南-诺顿等效电路的内阻常可用测量方法求得:在开路两端接一已知电阻RL,测量RL两端电压UL,然后代入计算公式:
UOC式中为负载开路时的开路电压。
也可采用半电压法求得:在开路两端接一可变电阻RL,调RL同时测两端电压UL,当UL=UOC/2时,则有RO=RL。
图2-1电路基本定律实验线路图
三、实验内容
1.验证基尔霍夫定律和特勒根定理内容之一。
用万用表电阻档测出图2-1电路中的各个电阻值。测量数据记录于表2-1中。
调节E1=1.5V,E2=6V,接上电压源,用万用表DC档测量各电阻电压,参考方向如图2-1所示。数据记录于表2-2中,就同时能计算出各支路电流,验证KVL、KCL。
表2-1
电 阻 标称值(Ω) 510 510 300 1000 510 测量值(Ω)
表2-2
E1 E2 U1 U2 U3 U4 U5 电压(V) I1 I2 I3 I4 I5 电流(mA) 上述测量数据和计算结果验证特勒根定理内容之一:∑UI=0
实验值与理论值比较,计算相对误差,分析误差原因。
2.验证迭加性和齐次性原理。
(1)按图2-1接线。
(2)使E1=0,E2=6V作用,用万用表DC档测量各电阻两端电压。
(3)使E1=1.5V,E2=0作用,用万用表DC档测量各电阻两端电压。
表2-3
U1 U2 U3 U4 U5 E1=0,E2=6V E1=1.5V,E2=0 迭加结果 E1=3V,E2=0 (4)使E1=3V,E2=0作用,测量各电阻两端电压,验证齐次性原理。
(5)测量数据记录于表2-3中。
(6)进行误差计算和分析。
3.戴维南等效定理。
公式法。
验线路如图2—1所示,其中E1=1.5V,E2=6V。断开BC点,从AC两端看进去,测出AC两端的开路电压UOC。
接上BC点,测出AC两端的电压UL(即U5)。
数据记录于表2-4中。运用公式:,计算等效内阻RO与理论计算比较。
半电压法
测等效内阻RO,即断开BC点,在AC两端接上标准电阻箱,调节电阻箱电阻,使AC两端电压为UL=UOC/2,则标准电阻箱的读数即为RO(等效电阻)。
表2-4
公式法 半电压法
四、思考题
简述你所知道的电路定律及适用的条件?
戴维南—诺顿定理的适用条件,电压源或电流源方向如何确定?有几种求等效电阻的方法,应该注意什么?
如何设计电路,用实验验证特勒根定理的三种表达形式?
本实验中,一路采用直流电压源,一路采用交流电压源,KCL,KVL是否成立?
五、实验仪器
电路基本定律实验板
直流稳压电源
数字万用表
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