实验一 叠加定理的验证

实验一叠加定理的验证一、实验目的验证线性电路叠加定理的正确性，加深对线性电路的叠加性和齐次性的认识和理解。二、原理说明叠加定理指出：在有多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（即在电路中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、实验设备序号名 称型号与规格数量备 注1直流稳压电源030V可调二路DG042直流恒流源2mA、20mA、500mA1DG042万用表1自备3直流数字电压表0300V1D314直流数字毫安表0200mA1D315叠加定理实验电路板1DG05四、实验内容实验线路如图1-1所示，用DG05挂箱的“基尔夫定律/叠加定理”线路。1K图 1-11. 将两路稳压源的输出分别调节为12V和6V，接入U1和U2处，K3合至330。2. 令U1电源单独作用（将开关K1投向U1侧，开关K2投向短路侧）。用直流数字电压表和毫安表（接电流插头）测量各支路电流及各电阻元件两端的电压，数据记入表1-1。表 1-1测量项目实验内容I1(mA)I2(mA)I3(mA)UCD(V)UAD(V)UDE(V)U1单独作用U2单独作用U1、U2共同作用3. 令U2电源单独作用（将开关K1投向短路侧，开关K2投向U2侧），重复实验步骤2的测量和记录，数据记入表1-1。4. 令U1和U2共同作用（开关K1和K2分别投向U1和U2侧）， 重复上述的测量和记录，数据记入表1-1。5. 将R5（330）换成二极管 1N4007（即将开关K3投向二极管IN4007侧），重复14的测量过程，数据记入表1-2。表 1-2测量项目实验内容I1(mA)I2(mA)UCD(V)UAD(V)U1单独作用U2单独作用U1、U2共同作用五、实验注意事项1. 用电流插头测量各支路电流时，或者用电压表测量电压降时，应注意仪表的极性，正确判断测得值的、号后，记入数据表格。2. 注意仪表量程的及时更换。六、预习思考题1. 在叠加定理实验中，要令U1、U2分别单独作用，应如何操作？可否直接将不作用的电源（U1或U2）短接置零？2. 实验电路中，若有一个电阻器改为二极管， 试问叠加定理的迭加性还成立吗？为什么？七、实验报告1. 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。2. 各电阻器所消耗的功率能否用叠加定理计算得出？ 试用上述实验数据，进行计算并作结论。3. 通过实验步骤5及分析表格1-2的数据，你能得出什么样的结论？4. 心得体会及其他。实验二基尔霍夫定律应用设计(设计性试验)一、实验目的加深对基尔霍夫定律的认识和理解。二、实验原理基尔霍夫电流定律：对于电路中任一结点，在任一瞬间，流入该结点的电流等于流出该结点的电流。或者说，在任一瞬间，流入电路任一结点的电流的代数和等于零。 基尔霍夫电压定律：对于电路中任一回路，在任一瞬间，沿该回路的所有支路电压的代数和等于零。或者说，在任一瞬间，沿任一闭合回路绕行一周，在绕行方向上的电位升之和必等于电位降之和。三、实验设备序号名 称型号与规格数量备 注1直流稳压电源030V可调二路DG042直流恒流源2mA、20mA、500mA1DG042万用表1自备3直流数字电压表0300V1D314直流数字毫安表0200mA1D315叠加原理实验电路板1DG05四、实验内容根据图1-1设计一个实验，验证基尔霍夫电流、电压定律。要求：1）测出电路中流入和流出某一结点的各支路电流，测试基尔霍夫电流定律的正确性；2）测出某一回路各部分的电压，测试基尔霍夫电压定律的正确性。五、实验预习要求1、根据实验任务要求设计实验内容，并画出实验电路图。2、绘制待测物理量数据表格。3、根据实验电路各元件参数计算出待测支路电流、元件电压理论值，并填入相应表格。六、实验注意事项1. 用电流插头测量各支路电流时，或者用电压表测量电压降时，应注意仪表的极性，正确判断测得值的、号后，记入数据表格。2. 注意仪表量程的及时更换。七、实验报告1. 写出实验内容，对所设计的实验进行实验测试，记录测试结果。2. 将测试结果与理论计算值进行比较，写出电路设计体会。实验三戴维南定理的验证 一、实验目的1. 验证戴维南定理和诺顿定理的正确性，加深对该定理的理解。 2. 掌握测量有源二端网络等效参数的一般方法。二、原理说明1. 任何一个线性含源网络，如果仅研究其中一条支路的电压和电流，则可将电路的其余部分看作是一个有源二端网络（或称为含源一端口网络）。戴维南定理指出：任何一个线性有源网络，总可以用一个电压源与一个电阻的串联来等效代替，此电压源的电动势Us等于这个有源二端网络的开路电压Uoc， 其等效内阻R0等于该网络中所有独立源均置零（理想电压源视为短接，理想电流源视为开路）时的等效电阻。诺顿定理指出：任何一个线性有源网络，总可以用一个电流源与一个电阻的并联组合来等效代替，此电流源的电流Is等于这个有源二端网络的短路电流ISC，其等效内阻R0定义同戴维南定理。Uoc（Us）和R0或者ISC（IS）和R0称为有源二端网络的等效参数。 2. 有源二端网络等效参数的测量方法 (1) 开路电压、短路电流法测R0在有源二端网络输出端开路时，用电压表直接测其输出端的开路电压Uoc，然后再将其输出端短路，用电流表测其短路电流Isc，则等效内阻为 Uoc R0 Isc 如果二端网络的内阻很小，若将其输出端口短路 图3-1则易损坏其内部元件，因此不宜用此法。 (2) 伏安法测R0 用电压表、电流表测出有源二端网络的外特性曲线，如图3-1所示。 根据外特性曲线求出斜率tg，则内阻U Uoc R0tg 。 图3-2 I Isc也可以先测量开路电压Uoc， 再测量电流为额定值IN时的输出UocUN 端电压值UN，则内阻为 R0 。 IN (3) 半电压法测R0 如图3-2所示，当负载电压为被测网络开路电压的一半时，负载电阻（由电阻箱的读数 图3-3确定）即为被测有源二端网络的等效内阻值。(4) 零示法测UOC 在测量具有高内阻有源二端网络的开路电压时，用电压表直接测量会造成较大的误差。为了消除电压表内阻的影响，往往采用零示测量法，如图3-3所示.。零示法测量原理是用一低内阻的稳压电源与被测有源二端网络进行比 较，当稳压电源的输出电压与有源二端网络的开路电压相等时，电压表的读数将为“0”。然后将电路断开，测量此时稳压电源的输出电压， 即为被测有源二端网络的开路电压。三、实验设备序号名 称型号与规格数量备注1可调直流稳压电源030V1DG042可调直流恒流源0500mA1DG043直流数字电压表0300V1D314直流数字毫安表0500mA1D315万用表1自备6可调电阻箱099999.91DG097电位器1K/5W1DG098戴维南定理实验电路板1DG05 四、实验内容被测有源二端网络如图3-4(a)。+U(b)(a)图3-4 1. 用开路电压、短路电流法测定戴维南等效电路的Uoc、R0和诺顿等效电路的ISC、R0。图3-4(a)接入稳压电源Us=12V和恒流源Is=10mA，不接入RL。测出UOc和Isc,并计算出R0。（测UOC时，不接入mA表。）表3-1Uoc (V)Isc (mA)R0=Uoc/Isc () 2. 负载实验按图3-4(a)接入RL。改变RL阻值，测量有源二端网络的外特性曲线。表3-2U（v）I（mA）3. 验证戴维南定理：从电阻箱上取得按步骤“1”所得的等效电阻R0之值， 然后令其与直流稳压电源（调到步骤“1”时所测得的开路电压Uoc之值）相串联，如图3-4(b)所示，仿照步骤“2”测其外特性，对戴氏定理进行验证。 表3-3U（v）I（mA）4. 有源二端网络等效电阻（又称入端电阻）的直接测量法。见图3-4（a）。将被测有源网络内的所有独立源置零（去掉电流源IS和电压源US，并在原电压源所接的两点用一根短路导线相连），然后直接用万用表的欧姆档去测定负载RL开路时A、B两点间的电阻，此即为被测网络的等效内阻R0，或称网络的入端电阻Ri 。*5. 用半电压法和零示法测量被测网络的等效内阻R0及其开路电压Uoc。线路及数据表格自拟。五、实验注意事项1. 测量时应注意电流表量程的更换。2. 步骤“4”中，电压源置零时不可将稳压源短接。3. 用万表直接测R0时，网络内的独立源必须先置零，以免损坏万用表。 4. 用零示法测量UOC时，应先将稳压电源的输出调至接近于UOC，再按图3-3测量。5. 改接线路时，要关掉电源。六、预习思考题1. 在求戴维南或诺顿等效电路时，作短路试验，测ISC的条件是什么？在本实验中可否直接作负载短路实验？请实验前对线路3-4(a)预先作好计算，以便调整实验线路及测量时可准确地选取电表的量程。2. 说明测有源二端网络开路电压及等效内阻的几种方法， 并比较其优缺点。七、实验报告1. 根据步骤2、3，分别绘出曲线，验证戴维南定理的正确性， 并分析产生误差的原因。2. 根据步骤1、4、5的几种方法测得的Uoc与R0与预习时电路计算的结果作比较，你能得出什么结论。3. 归纳、总结实验结果。4. 心得体会及其他。