电路实验指导材料.doc

实验指导 实验1 网络定理的研究 一、实验目的 （1）研究叠加原理，加深对该定理的理解。 （2）研究基尔霍夫电流定律（KCL）和电压定律（KVL）。 （3）研究特勒根定理和互易定理。 （4）进一步熟悉电压表，电流表及电压源等设备的使用。 （5）训练电路故障的分析和排除能力。 二、实验原理 （1）叠加定理 在线性电路中，由几个独立电源共同作用所形成的各支路电流电压，是各个独立电源分别单独作用时，在各相应支路形成的电流（或电压）的叠加。线性电路的这一性质称为叠加定理。 图1.1（a）所示电路中，有一电压源Us和一电流源Is，设Us和Is共同作用时，在电阻R1和R2上产生的电压、电流分别为U1、I1和U2、I2。为了验证叠加定理，电压源和电流源分别作用如图（b）和（c），单独作用时电流、电压的符号，参考方向均已在图中标明。 (a) (b) (c) 图1.1 电压源和电流源共同作用与分别单独作用电路 验证叠加定理即为验证下式成立： （2）基尔霍夫电流定律和电压定律 基尔霍夫电流定律：在集中参数电路中，任何时刻，对任一节点，所有支路电流的代数和恒等于零。即： （1.2） 要验证电流定律，可选电路中的一个节点，如图1.1（a）中的节点“a”，按图示参考方向，将测得的各支路电流值代入式（1.2）加以验证。 基尔霍夫电压定律：在集中参数的电路中，任一时刻，沿任一回路所有支路电压的代数和恒等于零。即： （1.3） 在列写（1.3）式时，首先需要任意指定回路绕引方向，通常支路电压的参考方向与回路绕行方向相同者取正号，反之取负号。 要验证电压定律，可选电路中的任一回路，如图1.1（a）中的回路“1”，按图示参考方向，将测得电压代入式1.3加以验证。 （3）特勒根定理 特勒根定理是由基尔霍夫定律推导出的电路理论中普遍适用的基本定理。 定理1：对于一个具有n个节点和b条支路的电路，假设各支路电流和电压取关联参考方向，设（），（）分别为b条支路的电流和电压，则对任何时间t，有 （1.4） 该定理的物理意义是电路的功率守恒。 定理2：如果有两个具有n个节点和b条支路的电路，它们由不同的二端元件所组成，但它们图完全相同。假设各支路电流和电压取关联方向，且分别用（），（）和（），（）来表示两者的b条支路的电流和电压，则对任何时间t，有 （1.5） 或 （1.6） 虽然定理2没有功率的物理意义，但因其具有功率的量纲，有时称为“拟功率定理”。 （4）互易定理 对一个仅含线性电阻的电路，在单一激励的情况下，当激励和响应互换位置时，将不改变同一激励所产生的响应。它有三种形式： 1）电压源us接入1-1′端，在2-2′端引起的短路电流i2，如图1.2（a）所示，等于将此电压源移到2-2′端，在1-1′端引起的短路电路i1，如图2.2.2（b）所示。即： （a） （b） 图1.2 互易定理的第一种形式 2）电流源is接入1-1′端，在2-2端引起开路电压u2，如图1.3（a）所示，等于将此电流源移到2-2′端，在1-1′端引起的开路电压u1，如图2.3.3（b）所示。即： （a） （b） 图1.3 互易定理的第二种形式 3）设电流源is作用于互易网络的1-1′端口，在2-2′端口上引起的短路电流为i2，如图1.4（a）所示，若在2-2′端口加电压源us，只要us和is相等，（即us和is随时间的变化规律相同，数值上相等）或成比例，则在1-1′端口上引起的开路电压u1和i2相等或成比例，如图1.4（b），即： 图1.2、1.3和1.4中，N与为完全相同的互易网络。 （a） （b） 图1.4 互易定理的第三种形式 三、实验内容与步骤 （1）研究叠加定理与基尔霍夫定律 1）按图1.5接线。电压源E1=12V，E2=6V，R1=R3=R4=510Ω，R2=1kΩ，R5=330V，A1、A2、A3为电流插座。