基尔霍夫定律实验报告

　　基尔霍夫定律实验报告1

　　一、实验目的

　　(1)加深对基尔霍夫定律的理解。

　　(2)学习验证定律的方法和仪器仪表的正确使用。

　　二、实验原理及说明

　　基尔霍夫定律是集总电路的基本定律，包括电流定律(KCL)和电压定律(KVL)。

　　基尔霍夫定律规定了电路中各支路电流之间和各支路电压之间必须服从的约束关系，无论电路元件是线性的或是非线性的，时变的或是非时变的，只要电路是集总参数电路，都必须服从这个约束关系。

　　(1)基尔霍夫电流定律(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 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

　　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。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I's2=Is2/2，此时电位器Rw的值等于一端口网络等效电阻Req，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=100Ω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R6

　　2)N有源网络1-1'端口外接负载。如图2-8(b)所示，同样接R6=100Ω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，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=100Ω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R6

　　2)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。