实验二基尔霍夫电压定律的multisim验证实验

实验二 基尔霍夫电压定律的验证实验一、实验目的1、通过实验验证基尔霍夫电压定律，巩固所学的理论知识。2、加深对参考方向概念的理解。二、实验原理1、基尔霍夫定律： 基尔霍夫电压定律为 U = 0，应用于回路。基尔霍夫定律是分析与计算电路的基本重要定律之一。 图2-1 两个电压源电路图 图2-2 基尔霍夫电压定律2、基尔霍夫电压定律（Kirchhoff s Voltage law）可简写为KVL： 基尔霍夫电压定律，从回路中任意一点出发，以顺时针方向或逆时针方向沿回路循行一周，则在这个方向上的电位升之和应该等于电位降之和。就是在任一瞬时，沿任一回路循行方向（顺时方向或逆时方向），回路中各段电压的代数和恒等于零。（如果规定电位升为正号则电位降为负号）。在电阻电路中的另一种表达式，就是在任一回路循行方向上，回路中电动势的代数和等于电阻上电压降的代数和。在图2-1所示电路中，对回路adbca由图2-2可以写出U2 + U3 = U1 + U4U2 + U3U1U4 = 0即 U = 0上式可改为E1E2I1R1 + I2R2 = 0E1E2 = I1R1I2R2即 E = （IR）4、参考方向： 为研究问题方便，人们通常在电路中假定一个方向为参考，称为参考方向。(1) 若流入节点的电流取正号，则流出节点的电流取负号。(2) 任一回路中，凡电压的参考方向与回路绕行方向一致者，则此电压的前面取正号，电压的参考方向与回路绕行方向相反者，前面取负号。(3) 任一回路中电流的参考方向与回路绕行方向一致者，前面取正号，相反者前面取负号。在实际测量电路中的电流或电压时，当电路中所测的电流或电压的实际方向与参考方向相同时取正值，其实际方向与参考方向相反时取负值。三、实验内容及步骤KVL定律实验电路如图2-3所示，有两个直流电压源作用于电路中，选定电路的参考方向为U6U5U4U3U2U1U6，电压表中除U3的正、负极性与参考方向相反以外，其余电压表均与该参考方向一致，则列写KVL方程为： U = U6+U5+U4U3+U2+U1=0（上式中的U1、U2、U3、U4、U5、U6分别对应图上器件R1、R2、E2、R3、R4、E1的电压）故：若用电压表测得的电压值符合上式，则KVL定律得证。实验步骤如下：(1) 打开multisim软件，选中主菜单View选项中的Show grid，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Place Sources元器件库中调出1个Ground（接地点）和2个Battery（直流电压源）器件，从Place Basic元器件库中调出4个Resistor（电阻）器件，最后从Place Indicators元器件库中调出6个Voltmeter（电压表）器件，按下图所示排列好。(3) 将各元器件的标号、参数值亦改变成与图2-3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，注意文件的扩展名（.sm10）要保留。(7) 按下EWB界面右上方按纽“1”对该保存过的绘图文件进行仿真。(8) 按下EWB界面右上方按纽“0”停止仿真，读取电流表的读数，将读数填到表2-1相应的表格中。图2-3 基尔霍夫电压定律验证实验电路图图2-3 基尔霍夫电压定律验证实验电路图 表2-1 基尔霍夫电压定律电压测量表测量电压U1（V）U2（V）U3（V） U4（V）U5（V）U6（V） U = ?（V ）测量结果1.7412.730-18.002.2391.857100（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验报告的撰写。四、注意事项1、 每个multisim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，multisim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View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“.sm10”。关闭文件或multisim软件后想再次打开保存后的文件时，必须打开multisim软件后通过主菜单File/open选项或者工具栏中的“打开”快捷键来实现。五、实验拓展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。六、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。七、思考题1、基尔霍夫电压定律的内容是什么？2、在验证基尔霍夫电压定律时，所测得的电压结