实验一 基尔霍夫定律.doc

必做实物实验 实验一 基尔霍夫定律验证实验一 基尔霍夫定律验证实验 一、实验目的1、验证基尔霍夫定律的正确性，加深对基尔霍夫定律的理解。2、学会用电流插头，插座测量各支路电流的方法。3、通过实验加强对电压、电流参考方向的掌握和运用的能力。 二、原理说明基尔霍夫定律是电路的基本定律分为为两个方面，即基尔霍夫电流定律（KCL）和基尔霍夫电压定律（KVL）。1、基尔霍夫电流定律（KCL）：在集总电路中，在任何一个时刻，对电路中的任何一个节点，流出（或流入）该节点电流的代数和恒等于零，即I=0， KCL反映了电流的连续性，说明了节点上各支路电流的约束关系，它与电路中元件的性质无关。 2、基尔霍夫电压定律（KVL）：在任何一个时刻，按约定的参考方向，电路中任一回路上全部元件两端电压的代数和恒等于零，即U =0，KVL说明了电路中各段电压的约束关系，它与电路中元件的性质无关。 基尔霍夫定律是电路的基本定律，测量某电路的各支路电流及多个元件两端的电压，应能分别满足基尔霍夫电流定律和电压定律。即对电路中的任一个节点而言的，应有I=0；对任何一个闭合回路而言，在验证KCL电流定律，可选一个电路节点，按标定的参考方向测定出各支路电流值，并约定流入或流出该节点的电流为正。在验证KVL电流定律通常规定：凡支路或元件电压的参考方向与回路绕行方向一致者取正号，反之取负号。运用上述定律是必须注意电流的正方向，此方向可预先任意设定。三、 实验设备天煌教仪电子电工实验台，基尔霍夫定律验证实验板。或是：1. 直流电压源1台 030V可调 ；1组+12V固定 2. 数字万用表1块 3. 电阻5只 510W3；1KW1；330W1 4. 短接桥和连接导线若干 5. 实验用插件电路板1块 297mm300mm 四、 实验内容和步骤 实验线路如图1-1所示1实验前先任意设定三支路的电流参考方向，如图中的I1，I2，I3所示，并熟悉线路结构，掌握各开关的操作使用方法。2分别将E1，E2两路直流稳压源（E1为+6V、+12V切换电源，E2为030V可调直流稳压源）接入电路，令E1=6V，E2=12V。3熟悉电流插头的结构，将电流插头的两端接至数字毫安表的“+、-”两端。4将电流插头分别插入三条支路的三个电流插座中，读出并记录电流值。5用直流数字电压表分别测量两电路电源及电阻元件的电压值，记入数据表中。图1-1待测值I1I1I3IVABVCDVADVDEVFAU回路1(FADEF)U回路2(BADCB)计算值测量值相对误差五、实验注意事项1验证KCL、KVL时，所有需要测量的电压值，均以电压表测量的读数为准，电压源的电压也要进行测量，不要以电源表盘指示值为准。实验中给定的值仅作为参考。2防止电源两端碰线短路。3若用指针式电流表进行测量时，要识别电流插头所接电流表的“+、-”极性，注意指针的偏转情况，防止指针打弯或损坏仪表。同时必须调换电流表极性，重新测量，此时指针正偏，按读得的电流值必须冠以正确的符号。4测量电压、电流时，不但要读出数值来，还要判断实际方向，并与设定的参考方向进行比较，若不一致，则该数前加“”号。 六、预习思考题1根据图1-1的电路参数，计算出待测的电流I1，I2和I3和各电阻上的电压值，记入表中，以便实验测量时，可正确地选择毫安表和电压表的量程。2实验中，若用万用表直流毫安档测各支路电流，什么情况下可能出现毫安表指针反偏，应如何处理，在记录数据时应注意什么？若用直流数字毫安表进行测量时，则会有什么显示呢？七、实验报告1、根据实验数据，选定实验电路中的任一节点，验证KCL的正确性。2、根据实验数据，选定实验电路中的任一个闭合回路，验证KVL的正确性。3、误差原因的分析。4、心得体会及其他。 实验 一、实验目的 1、验证基尔霍夫电流定律（KCL）和电压定律（KVL）。 2、通过实验加强对电压、电流参考方向的掌握和运用的能力。 3、学会用短接桥测量各支路电流的方法。 二、实验原理 基尔霍夫定律是电路的基本定律分为为两个方面，即基尔霍夫电流定律（KCL）和基尔霍夫电压定律（KVL）。1、基尔霍夫电流定律（KCL）：在集总电路中，在任何一个时刻，对电路中的任何一个节点，流出（或流入）该节点电流的代数和恒等于零，即I=0， KCL反映了电流的连续性，说明了节点上各支路电流的约束关系，它与电路中元件的性质无关。 2、基尔霍夫电压定律（KVL）：在任何一个时刻，按约定的参考方向，电路中任一回路上全部元件两端电压的代数和恒等于零，即U =0，KVL说明了电路中各段电压的约束关系，它与电路中元件的性质无关。 基尔霍夫定律是电路的基本定律，测量某电路的各支路电流及多个元件两端的电压，应能分别满足基尔霍夫电流定律和电压定律。即对电路中的任一个节点而言的，应有I=0；对任何一个闭合回路而言，在验证KCL电流定律，可选一个电路节点，按标定的参考方向测定出各支路电流值，并约定流入或流出该节点的电流为正。在验证KVL电流定律通常规定：凡支路或元件电压的参考方向与回路绕行方向一致者取正号，反之取负号。运用上述定律是必须注意电流的正方向，此方向可预先任意设定。三、实验仪器和器材 1. 直流电压源1台 030V可调 ；1组+12V固定 2. 数字万用表1块 3. 电阻5只 510W3；1KW1；330W1 4. 短接桥和连接导线若干 5. 实验用插件电路板1块 297mm300mm 四、实验内容 先将可调直流电压源的输出调节为6V，作为US1，用电压源的+12V输出作为US2，关闭电源。然后按下图所示电路搭接实验线路，并将短路桥接入各支路中。图1-11、验证基尔霍夫电流定律（KCL） 打开电压源开关，用实验台提供的直流电流表依次测出电流I1、I2、I3，将实测数据记入表1中。并根据I= I1+I2I3计算。 表1 验证KCL的实验数据 I1 (mA)I2 (mA)I3（mA）I理论计算值 实测数据 2、验证基尔霍夫电压定律（KVL） 打开电压源开关，用实验台提供的直流电压表或数字万用表的电压档依次测出回路1（绕行方向：FADEF）和回路2（绕行方向：BADCB）中各支路电压值，将实测数据记入表2中。 并计算U。 表2 验证KVL实验数据 回路1(FADEF)UFA(V)UAD(V)UDE(V)UEF(V)U理论计算值 实测数据 回路2(BADCB)UBA(V)UAD(V)UDC(V)UCB(V)U理论计算值 实测数据 五、实验注意事项 1验证KCL、KVL时，所有需要测量的电压值，均以电压表测量的读数为准，电压源的电压也要进行测量，不要以电源表盘指示值为准。实验中给定的值仅作为参考。2防止电源两端碰线短路。3若用指针式电流表进行测量时，要识别电流插头所接电流表的“+、-”极性，注意指针的偏转情况，防止指针打弯或损坏仪表。同时必须调换电流表极性，重新测量，此时指针正偏，按读得的电流值必须冠以正确的符号。4测量电压、电流时，不但要读出数值来，还要判断实际方向，并与设定的参考方向进行比较，若不一致，则该数前加“”号。六、预习思考题1根据图1-1的电路参数，计算出待测的电流I1，I2和I3和各电阻上的电压值，记入表中，以便实验测量时，可正确地选择毫安表和电压表的量程。2实验中，若用万用表直流毫安档测各支路电流，什么情况下可能出现毫安表指针反偏，应如何处理，在记录数据时应注意什么？若用直流数字毫安表进行测量时，则会有什么显示呢？七、思考题 1、测量电压、电流时，如何判断它们的正负号？正负号的意义是什么？ 2、比较表1和表2中的理论计算值、仿真数据和实测数据，观察是否有误差，并分析误差产生的原因。 3、计算表1中的I 和表2中的U是否为零？为什么？ 八、实验报告要求 1、根据实验数据，选定实验电路中的任何一个节点，验证KCL的正确性。 2、根据实验数据，选定实验电路中的任何一个闭合回路，验证KVL的正确性。用proteus仿真实验一、 实验步骤如下：(1) 打开Proteus 软件，编辑窗口内有点状的栅格，可以通过View菜单的Grid命令在打开和关闭间切换。点与点之间的间距由当前捕捉的设置决定。选中主菜单view/snap 10th/，使得绘图区域中出现均匀的网格线，并将绘图尺寸调节到最佳。(2) 在常用工具栏中点击，然后在对象选择器窗口中点击选取对象选择按钮P，打开pick devices,在元件分类categroy中选取相应的分类，查询元件库的结果便显示在results中。从元件库中调出1 个Ground（接地点）和1个simulator primitives Vsource（直流电压源）器件，1 个Resistor（电阻）器件，1个sw-DPDT开关,1个IN4007二极管，最后点测量器件库中调出DC Voltmeter（直流电压表）器件和DC AMMETER（直流电流表）。(3) 将各元器件的标号、参数值亦改变成与图1-1所示一致。(4) 将所有的元器件通过连线连接起来。注意：电压源、电压表的正负极性。(5) 检查电路有无错误。(6) 对该绘图文件进行保存，注意文件的类型为（design file）要保留。(7) 按下proteus界面左下方按纽对文件进行仿真。(8)读取电流表的读数，将读数填到相应的表格中。待测值I1 (mA)I2 (mA)I3（mA）I理论计算值 仿真数据 实测数据 读取电压表的读数，将读数填到表相应的表格中。回路1(FADEF)UFA(V)UAD(V)UDE(V)UEF(V)U理论计算值 仿真数据 实测数据 回路2(BADCB) UBA(V)UAD(V)UDC(V)UCB(V)U理论计算值 仿真数据 实测数据 （9）实验完成后，将保存好的绘图文件另存到教师指定的位置，并结合实验数据完成实测量电压U1 （V） U2（V） U3（V） U4（V） U5（V） U6（V） U = ?（V ）二、注意事项1、每个电路中均必须接有接地点，且与电路可靠连接（即接地点与电路的连接处有黑色的结点出现）。2、改变电阻的阻值时，需要在Resistor（电阻）器件的元器件属性（Resistor Properties）对话框中选择Value/Resistance（R）选项，在其后的框中填写阻值，前一框为数值框，后一框为数量级框，填写时注意两个框的不同。3、测量电压时应该把直流电压表并联在电路中进行测量，电路中电压表粗线接线端要与欲测电路的负极相连，另一个接线端则与欲测电路的正极相连，使用时应特别注意电压表的极性。4、基于绘图美观的考虑，可将电压表通过工具栏中的“翻转”快捷键调整到与待测器件或电路平行的状态再连线。5、电压表测量模式选择默认的直流模式，即在Voltmeter（电压表）器件的元器件属性（Voltmeter Properties）对话框中选择Value/mode/DC 选项，另在Label/Label 对话框中可为电压表命名。6、绘制好的实验电路必须经认真检查后方可进行仿真。若仿真出错或者实验结果明显偏离实际值，请停止仿真后仔细检查电路是否连线正确、接地点连接是否有误等情况，排除误点后再进行仿真，直到仿真正确、测量得到理想的读数。7、在读取电压表的读数时，为消除网格线对读数的影响，可取消主菜单Circuit/SchematicOptions/Grid 选项中的Show grid，设置好后将看到绘图区中的网格线已消去，此时即可读数了。8、记录到表格中的数据即电压表上显示的直接读数，“+”、“”亦要保留。9、文件保存时扩展名为“.design file”。关闭文件或proteus 软件后想再次打开保存后的文件时，必须打开proteus 软件后通过主菜单load design。三、实验拓展1、在前述实验中通过电压表极性的摆放位置固定了U1、U2、U3、U4、U5、U6 与参考方向是否相关，同学可通过改变电压表极性的位置而改变U1、U2、U3、U4、U5、U6 与参考方向的相关性，再看看此时如何列写KVL 方程，是否符合 U =0。2、改变电源的内阻，请重验证一下基尔霍夫电流定律和电压定律是否还成立？3、试着用电压表和电流表探针来测量相关数据，看看是否方便？四、预习要求1、认真复习基尔霍夫电压定律的基本理论。2、明确实验内容及步骤。五、思考题1、基尔霍夫电压定律的内