基爾霍夫定律實驗報告

通過實驗可以加深對該知識的理解，那麼，下面是本站小編給大家整理的基爾霍夫定律實驗報告，供大家閲讀參考。

基爾霍夫定律實驗報告1

一、實驗目的

(1)加深對基爾霍夫定律的理解。

(2)學習驗證定律的方法和儀器儀表的正確使用。

二、實驗原理及説明

基爾霍夫定律是集總電路的基本定律，包括電流定律(KCL)和電壓定律(KVL)。

基爾霍夫定律規定了電路中各支路電流之間和各支路電壓之間必須服從的約束關係，無論電路元件是線性的或是非線性的，時變的或是非時變的，只要電路是集總參數電路，都必須服從這個約束關係。

(1)基爾霍夫電流定律(KCL)。在集總電路中，任何時刻，對任一節點，所有支路電流的代數和恆等於零，即∑i=0。通常約定：流出節點的支路電流取正號，流入節點的支路電流取負號。

(2)基爾霍夫電壓定律(KVL)。在集總電路中，任何時刻，沿任一回路所有支路電壓的代數和恆等於零，即沿任—迴路有∑u=0。在寫此式時，首先需要任意指定一個迴路繞行的方向。凡電壓的參考方向與迴路繞行方向一致者，取“+”號;電壓參考方向與迴路繞行方向相反者，取“一”號。

(3)KCL和KVL定律適用於任何集總參數電路，而與電路中的元件的性質和參數大小無關，不管這些元件是線性的、非線性的、含源的、無源的、時變的、非時變的等，定律均適用。

三、實驗儀器儀表

四、實驗內容及方法步驟

(1)驗證(KCL)定律，即∑i=0。分別在自行設計的電路或參考的電路中，任選一個節點，測量流入流出該節點的各支路電流數值和方向，記入附本表1-1～表1-5中並進行驗證。參考電路見圖1-1、圖1-2、圖1-3所示。

(2)驗證(KVL)定律，即∑u=0。分別在自行設計的電路或參考的電路中任選一網孔(迴路)，測量網孔內所有支路的元件電壓值和電壓方向，對應記入表格並進行驗證。參考電路見圖1-3。

五、測試記錄表格

表1-1 線 性 對 稱 電 路

表1-2 線 性 對 稱 電 路

表1-3 線 性 不 對 稱 電 路

表1-4 線 性 不 對 稱 電 路

表1-5 線 性 不 對 稱 電 路

注：1、USA、USB電源電壓根據實驗時選用值填寫。

2、U、I、R下標均根據自擬電路參數或選用電路參數對應填寫。

指導教師簽字：________________ 年 月 日

六、實驗注意事項

(1)自行設計的電路，或選擇的任一參考電路，接線後需經教師檢查同意後再進行測量。

(2)測量前，要先在電路中標明所選電路及其節點、支路和迴路的名稱。

(3)測量時一定要注意電壓與電流方向，並標出“+”、“一”號，因為定律的驗證是代數和相加。 (4)在測試記錄表格中，填寫的電路名稱與各參數應與實驗中實際選用的標號對應。

七、預習及思考題

(1)什麼是基爾霍夫定律，包括兩個什麼定律? (2)基爾霍夫定律適用於什麼性質元件的電路?

基爾霍夫定律實驗報告2

一、實驗目的

(1)加深對戴維南定理和諾頓定理的理解。 (2)學習戴維南等效參數的各種測量方法。 (3)理解等效置換的概念。

(4)學習直流穩壓電源、萬用表、直流電流表和電壓表的正確使用方法。

二、實驗原理及説明

(1)戴維南定理是指—個含獨立電源、線性電阻和受控源的一端口，對外電路來説，可以用一個電壓源和一個電阻的串聯組合來等效置換。此電壓源的電壓等於該端口的開路電壓UOC，而電阻等於該端口的全部獨立電源置零後的輸入電阻，如圖2-l所示。這個電壓源和電阻的串聯組合稱為戴維南等效電路。等效電路中的電阻稱為戴維南等效電阻Req。

所謂等效是指用戴維南等效電路把有源一端口網絡置換後，對有源端口(1-1' )以外的電路的求解是沒有任何影響的，也就是説對端口l-1'以外的電路而言，電流和電壓仍然等於置換前的值。外電路可以是不同的。

(2)諾頓定理是戴維南定理的對偶形式，它指出一個含獨立電源、線性電阻和受控源的一端口，對外電路來説，可以用一個電流源和電導的並聯組合來等效置換，電流源的電流等於該一端口的短路電流Isc，而電導等於把該—端口的全部獨立電源置零後的輸入電導Geq=1/Req，見圖2-l。

(3)戴維南—諾頓定理的等效電路是對外部特性而言的，也就是説不管是時變的還是定常的，只要含源網絡內部除獨立的電源外都是線性元件，上述等值電路都是正確的。

圖2-1 一端口網絡的等效置換

(4)戴維南等效電路參數的測量方法。開路電壓Uoc的測量比較簡單，可以採用電壓表直接測量，也可用補償法測量;而對於戴維南等效電阻Req的取得，可採用如下方：網絡含源時用開路電壓、短路電流法，但對於不允許將外部電路直接短路的網絡(例如有可能因短路電流過大而損壞網絡內部器件時)不能採用此法;網絡不含源時，採用伏安法、半流法、半壓法、直接測量法等。

三、實驗儀器儀表

四、實驗內容及方法步驟

(一)計算與測量有源一端口網絡的開路電壓、短路電流

(1)計算有源一端口網絡的開路電壓Uoc(U11')、短路電流Isc(I11')根據附本表2-1中所示的有源一端口網絡電路的已知參數，進行計算，結果記入該表。

(2)測量有源一端口網絡的開路電壓Uoc，可採用以下幾種方法：

1)直接測量法。直接用電壓表測量有源一端口網絡1-1'端口的開路電壓，見圖2-2電路，結果記入附本表2-2中。

圖2-2 開路電壓、短路電流法 圖2-3 補償法二、補償法三

2)間接測量法。又稱補償法，實質上是判斷兩個電位點是否等電位的方法。由於使用儀表和監視的方法不同，又分為補償法一、補償法二、補償法三。

補償法一：用發光管判斷等電位的方法，利用對兩個正反連接的發光管的亮與不亮的直接觀察，進行發光管兩端是否接近等電位的判斷。可自行設計電路。此種方法直觀、簡單、易行又有趣味，但不夠準確。可與電壓表、毫伏表和電流表配合使用。具體操作方法，留給同學自行考慮選作。

補償法二：用電壓表判斷等電位。如圖2-3所示，把有源一端口網絡端口的1'與外電路的2'端連成一個等位點;Us兩端外加電壓，起始值小於開路電壓Ull';短接電位器Rw和發光管D1、D2，這樣可保證外加電壓Us正端2與有源一端口開路電壓正端1直接相對，然後把電壓表接到1、2兩端後，再進行這兩端的電位比較。經過調節外加電源Us的輸出電壓壓，調到1、2兩端所接電壓表指示為零時，即説明1端與2端等電位，再把l、2端斷開後，測外加電源Us的電壓值，即等於有源一端口網絡的開路電壓Uoc，此值記入附本表2-2中。

補償法三:用電流表或檢流計判斷等電位的方法，條件與方法同上，當調到l、2兩端所接電壓表指示為零時，再換電流表或檢流計接到l、2兩端上，見圖2-3。微調外加電源Us的電壓使電流表或檢流計指示為0(注意一般電源電壓調量很小)，再斷開電流表或檢流計後，用電壓表去測外加電源Us的電壓值，應等於 Uoc，此結果對應記入附本表2-2。此方法比用電壓表找等電位的方法更準確，但為了防止被測兩端1、2間電位差過大會損壞電流表，所以一定要在電壓表指示為零後，再把電流表或檢流計換接上。

以上方法中，補償法一測量結果誤差較大，補償法三測量結果較為精確，但也與電流表靈敏度有關。

(二)計算與測量有源一端口網絡的等效電阻Req

(1)計算有源一端口網絡的等效電阻Req。當一端口網絡內部無源時(把雙刀雙投開關K1合向短路線)，計算有源一端口網絡的等效電阻尺Req。電路參數見附本表2-1中，把計算結果記入該表中。

(2)測量有源一端口網絡的等效電阻只Req。 可根據一端口網絡內部是否有源，分別採用如下方法測量：1)開路電壓、短路電流法。當一端口網絡內部有源時(把雙刀雙投開關K1合向電源側)，見圖2-2所示，USN=30V不變，測量有源一端口網絡的開路電壓和短路電流Isc。把電流表接l-1'端進行短路電流的測量。測前要根據短路電流的計算選擇量程，並注意電流表極性和實際電流方向，測量結果記入附本表2-3，計算等效電阻Req。

2)伏安法。當一端口網絡內部無源時(把雙刀雙投開關Kl合向短路線側)，整個一端口網絡可看成一個電阻，此電阻值大小可通過在一端口網絡的端口外加電壓，測電流的方法得出，見圖2-4。具體操作方法是外加電壓接在Us兩端，再把l'、2'兩端相連，把發光管和電位器Rw短接，電流表接在1、2兩端，此時一端口網絡等效成一個負載與外加電源Us構成迴路，Us電源電壓從0起調到使電壓表指示為1OV時，電流Is2與電壓值記入附本表2-3，並計算一端口網絡等效電阻Req=Us/IS2。

圖2-4 伏安法 圖2-5 半流法

3)半流法。條件同上，只是在上述電路中再串進一個可調電位器Rw(去掉Rw短接線)如圖2-5所示，外加電源Us電壓10V不變。當調Rw使電流表指示為伏安法時電流表的指示的一半時，即I's2=Is2/2，此時電位器Rw的值等於一端口網絡等效電阻Req，斷開電流表和外加電源Us，測Rw值就等於是及Req，結果記入附本表2-3。

4)半壓法。半壓法簡單、實用，測試條件同上，見圖2-6。把1、2兩端直接相連，外加電源Us=10V，調Rw使URw=(1/2)Us時，説明Rw值即等於一端口網絡等效電阻Req，斷開外接電源Us，再測量Rw的值，結果記入附本表2-3。

5)直接測量法。當一端口網絡內部無源時，如圖2-7所示，可用萬用表歐姆檔測量或直流電橋直接測量1-1'兩端電阻Req (此種方法只適用於中值、純電阻電路)，測試結果記入附本表2-3中。

圖2-6 半壓法 圖2-7 直接測量法

説明：以上各方法測出的值均記入附本表2-3中，計算後進行比較，並分析判斷結果是否正確。 (3)驗證戴維南定理，理解等效概念：

1)戴維南等效電路外接負載。如圖2-8(a)所示，首先組成一個戴維南等效電路，即用外電源Us(其值調到附本表2-2用直接測量法測得的Uoc值)與戴維南等效電阻R5=Req相串後，外接R5=100Ω的負載，然後測電阻R6兩端電壓UR6和流過R6的電流值IR6，記入附本表2-4。

圖2-8 驗證戴維南定理

(a)戴維南等效電路端口負載R6;(b)N網絡的端口接負載R6

2)N有源網絡1-1'端口外接負載。如圖2-8(b)所示，同樣接R6=100Ω的負載，測電壓UR6與電流IR6，結果記入附本表2-4中，與1)測試結果進行比較，驗證戴維南定理

(4)驗證諾頓定理，理解等效概念：

1)諾頓等效電路外接負載。如圖2-9(a)所示，首先組成一個諾頓等效電路，即用外加電流源Is(其值調到附本表2-3中開路電壓、短路電流法測得的短路電流Isc值)與戴維南等效電阻R5=Req並後，外接R6=100Ω的負載，然後測電阻R6兩端電壓UR6和流過R6的電流值IR6，記入本表2-5。採用此方法時注意，由於電流源不能開路，具體操作要在教師具體指導下進行，否則極易損壞電流源。

圖2-9 驗證諾頓定理等效電路

(a)諾頓等效電路端口接負載R6;(b)N網絡的端口接負載R6

2)與上述(3)之2)中的測試結果進行比較，參閲圖2-8(b)，驗證諾頓定理。

五、測試記錄

表2-1 戴維南等效參數計算

表2-2 等效電壓源電壓Uoc測量結果

表2-3 戴維南等效電阻Req測量(計算)結果

表2-4 驗證戴維南定理

指導教師簽字： 年 月 日

六、實驗注意事項

(1)USN是N網絡內的電源，Us是外加電源，接線時極性位置，電壓值不要弄錯。

(2)此實驗是用多種方法驗證比較，測量中一定要心中有數，注意各種方法的特點、區別，決不含糊，否則無法進行比較，實驗也將失去意義。

(3)發光管是用作直接觀察電路中有否電流、電流的方向及判斷兩點是否接近等電位用。但因發光管是非線性元件，電阻較大，不管那種方法，只要測量電流、電壓時就把它短接掉，即用短線插到發光管兩頭的N2、N3插孔即可。

(4)測量電流、電壓時都要注意各表極性、方向和量程的正確選擇。測量時要隨時與事先計算的含源一端口網絡的等效電阻、開路電壓、短路電流等值進行比較，以保證測量結果的準確。

七、預習及思考題

(1)根據附本表2-1中一端口網絡的參數，計算開路電壓Uoc、短路電流Isc和等效電阻Req，並將結果記入該表中。

(2)用開路電壓、短路電流法測量等效電阻時，開路電壓、短路電流是否可以同時進行測量，為什麼?