实验一报告(电工学)

一、实验目的

1、验证基尔霍夫定律和叠加原理的正确性，加深对电路规律的理解。 2、通过实验加深对电流、电压参考方向的理解。

3、熟悉实验台上各类电源及各类测量仪表的布局和使用方法。

二、实验仪器

1、可调直流稳压电源 2、直流数字电压表 3、直流数字毫安表 4、万用表

5、基尔霍夫定律/叠加原理实验电路板

三、实验原理

1、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每个元件两端电压，应能分别满

足：对电路中的任一个节点而言，应有ΣI＝0；对任何一个闭合回路而言，应有ΣU＝0。运用上述定律时必须注意各电流和电压的方向。 2、叠加原理指出：在有多个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源单独作用时在该元件上所产生的电流或电压的代数和。 3、要准确地测量实际的电压和电流，必须保证仪表接入电路后不会改变被测电路的工作状态。这就

要求电压表内阻为无穷大；电流表内阻为零。而实际电工仪表都不能满足上述要求。这就导致仪表的读数值与电路原有的实际值之间出现误差。

四、实验内容

1. 熟悉实验台上各类电源及各类测量仪表的布局和使用方法。

2. 验证基尔霍夫定律（如图连接电路）：

（1）先设定三条支路电流的方向如图I1、I2、I3和三个闭合回路的绕行方向，如：ADEFA、BADCB

和FBCEF。。 （2）将两路直流稳压源接入电路，令U1＝6V，U2＝12V。

（3）熟悉电流插头的结构，将其两端接至毫安表的“＋、－”两端；将电流插头分别插入三条支路

的电流插座中，记录电流值。 （4）用直流电压表分别测量两路电源及电阻上的电压值，记录之。 第（3）与第（4）步测得数据记录于下表1：

表1：基尔霍夫定律的验证

被测量 I1(mA) I2(mA) I3(mA) U1(V) U2(V) UFA((V) UAB(V) UAD(V) UCD(V) UDE(V) 仿真值 测量值 1.93 1.97 5.99 5.80 7.91 7.82 6 12 0.984 -5.98 4.034 -5.88 3.99 -2.61 0.984 -2.512 1.009 5.978 11.92 0.992 3. 验证线性电路叠加原理（如图连接电路）：

（1）将两路稳压源输出分别调节为12V和6V，接入U1和U2处； （2）令U1单独作用，测量各支路电流及各电阻电压，数据记入表2中； （3）令U2单独作用，测量各支路电流及各电阻电压，数据记入表2中； （4）令U1和U2共同作用，重复上述的测量和记录数据于表2中。

仿真值记录：

测量项目 实验内容 U1 (V) U2 I1 I2 I3 UAB (V) UCD (V) 0.7 UAD (V) UDE (V) UFA (V) 4.41 (V) (mA) (mA) (mA) 0 6 6 8. -2.4 -1.2 U1单独作用 12 U2单独作用 0 U、U共同作用 12 126.25 2.39 3.19 4.41 3.59 2.4 -3.59 -1.19 1.22 -0.61 -0.61 3.8 7.44 1.2 8. -1.2 -0.395 4.41 -3.8 实验测量值：

表2：叠加原理的验证（线性电路）

测量项目 实验内容 U1单独作用 U2单独作用 U、U共同12U1 (V) U2 (V) I1 I2 I3 UAB (V) UCD (V) UAD (V) UDE (V) UFA (V) (mA) (mA) (mA) 11.94 0 8.58 -2.38 6.19 2.29 0.786 3.18 4.36 4.40 0 5.85 -1.16 3.49 2.32 -3.526 -1.15 1.1 -0.595 -0.58 11.94 5.85 7.42 1.11 8.52 -1.117 -0.385 4.36 -3.76 3.80 作用

（5）将R5(330Ω) 换成二极管，重复(2)~(4)测量过程，数据记入表3中。

仿真值记录：

测量项目 U 1实验内容 U1单独作用 U2单独作用 12U2 (V) 0 6 6 I1 I2 I3 UAB (V) UCD (V) 0 UAD (V) UDE (V) UFA (V) (V) 12 0 (mA) (mA) (mA) 8.84 -2.99 5.85 2.98 0 0 0 2.98 4.51 4.51 0 0 0 -6.00 0 U、U共同作用 12 8.84 -2.99 5.85 -3.02 0 2.98 4.51 4.51 实验测量值：

表3：叠加原理的验证（含非线性元件）

测量项目 实验内容 U1单独作用 U2单独作用 12U1 (V) U2 (V) I1 I2 I3 UAB (V) UCD (V) UAD (V) UDE (V) UFA (V) (mA) (mA) (mA) 11.96 0 0 8. -2.50 6.12 2.76 0 0 -6.21 3.11 4.42 4.39 0 0 5. 0 -5. 11. 0 U、U共同作用 11.96 5. 8.65 -2.76 5.67 -2.88 7.65 2.75 4.34 3.39

四、实验数据处理和实验结果

1、基尔霍夫定律的验证

I1I2I30根据基尔霍夫定律，可得：

(R1R4)I1R3I3U10(R2R5)I2R3I3U20

I1I2I30 即：

I11.93mA 得：

1020I1510I361330I2510I312I25.98mAI37.91mA

UFAUR1R1I10.51*1.930.984VUABUR2R2I21*5.985.98VUADUR3R3I30.51*7.914.034V且：

UCDUR5R5I20.33*1.932.61VUDEUR4R4I10.51*1.930.984V

将计算所得数据计入下表计算值所在行：

被测量 I1(mA) I2(mA) I3(mA) U1(V) U2(V) 计算值 测量值 相对误差 1.93 1.97 2% 5.98 5.80 3% 7.91 7.82 1.1% 6 5.978 12 11.92 UFA(V) 0.984 0.992 UAB(V) -5.98 -5.88 1.7% UAD(V) 4.034 3.99 1.1% UCD(V) UDE(V) -2.61 -2.512 3.8% 0.984 1.009 2.5% 0.37% 0.67% 0.81% 观察表中数据，测量值与计算值基本一致，可得结论：

I1I2I3

基尔霍夫节点电流定律得到证实；

UFA+UAD+UDE+UEF=0; UAB+UBC+UCD+UDA=0;

UFA+UAB+UBC+UCD+UDE+UEF=0;

基尔霍夫回路电压定律得到证实

2．叠加原理的验证

（1）将U1单独作用的值加上U2单独作用的值与U1、U2共同作用比较，填入最末一行，可得：

测量项目 U1 实验内容 U1单独作用 U2单独作用 U、U共同12U2 I1 I2 I3 UAB (V) UCD (V) UAD (V) UDE (V) UFA (V) (V) (V) (mA) (mA) (mA) 11.94 0 8.58 -2.38 6.19 2.29 0.786 3.18 4.36 4.40 0 5.85 -1.16 3.49 2.32 -3.526 -1.15 1.1 -0.595 -0.58 11.94 5.85 7.42 0 0 0 1.11 0 8.52 -1.117 -0.385 4.36 -3.76 3.80 0.02 作用 比较 -0.01 -0.119 0.021 0.009 0.005 显然，最大相差为 0.119 ，可见：U1单独作用的值加上U2单独作用的值等于U1、U2共同作用所得的

值，叠加原理在线性电路中是正确的。

（2）将U1单独作用的值加上U2单独作用的值与U1、U2共同作用比较，填入最末一行，可得：

测量项目 实验内容 U1单独作用 U2单独作用 U、U共同12U1 (V) U2 I1 I2 I3 UAB (V) UCD (V) UAD (V) UDE (V) UFA (V) (V) (mA) (mA) (mA) 11.96 0 8. -2.50 6.12 2.76 -6.21 3.11 4.42 4.39 0 5. 0 0 0 -5. 11. 0 0 0 11.96 5. 8.65 0 0 0.01 -2.76 5.67 -2.88 0.26 0.45 0.25 7.65 2.22 2.75 0.36 4.34 0.08 3.39 1.00 作用 比较 显然，最大相差达 2.22 ，即：U1单独作用的值加上U2单独作用的值等于U1、U2共同作用所得的值，叠加

原理在非线性电路中是不成立的。

五、实验问题讨论

实验中我们发现，验证几乎都是近似关系，这是为什么呢？可能的原因是： 实验存在误差：1、仪器本身存在误差，数据不是非常精确。 2、操作误差，因为数据不稳定，度数时存在误差。