5.3 基础实验3 叠加定理和等效电源定理验证
一、实验目的
1.验证线性电路中的叠加定理,加深对叠加定理的理解。
2.验证等效电源定理。
3.掌握含源一端口网络外特性的测量方法。
4.了解实验时电源的非理想状态对实验结果的影响。
二、实验设备
1.电工电子综合实验台
2.实验板
3.数字万用表
三、实验原理
1.叠加定理
线性电路中,若干独立电源共同作用下的任意支路上的电流或电压等于各个独立电源单独作用时分别在该支路所产生的电流或电压的代数和。当其中某个独立电源单独作用时,其余的独立应除去(电压源予以短路,电流源予以开路)。
2.等效电源定理
等效电源定理包括戴维宁等效定理和诺顿等效定理。
一个线性有源二端网络可用一个电压源和一个电阻串联的电路来等效,该电压源的电压等于此有源二端网络的开路电压U OC,串联电阻等于此有源二端网络除去独立电源后在其端口处的等效电阻R0。此即为戴维宁定理,而这个电压源和电阻串联的等效电路称为戴维宁等效电路。
一个线性有源二端网络可用一个电流源和一个电阻并联的电路来等效,该电流源的电流等于此有源二端网络的短路电流I SC,串联电阻等于此有源二端网络除去独立电源后在其端口处的等效电阻R0。此即为诺顿定理,而这个电流源和电阻并联的等效电路称为诺顿等效电路。
戴维宁等效电路与诺顿等效电路均与原始线性有源二端网络等效,而等效之后的戴维宁等效电路与诺顿等效电路之间也相互等效。戴维宁等效电路与诺顿等效电路的参数测量实际可归结为原始线性有源二端网络的开路电压U OC、短路电流I SC以及等效电阻R0的测量。四、预习要求
在被测电压或电流给定参考方向之下,被测电压、电流值是否可能为负值?具体测量时仪表的接入与被测量量的参考方向有怎样的对应关系?
五、实验内容与数据记录
1.验证叠加定理
按图5.3-1(a)连接实验电路,其中U S=9V、I S=10mA。分别测量电压源U S单独作用、电流源I S单独作用以及电压源U S与电流源I S共同作用时,两个510 电阻上的电压U1、U3,流经510Ω电阻的电流I2(注意电压、电流的参考方向)。将测量数据填入表5.3-1中,验证
叠加定理的正确性。
图5.3-1 验证叠加定理电路图
表5.3-1
2. 验证等效电源定理
(1)按图5.3-2连接实验电路,改变AB 端口上外接的电阻R ,测量图中所示含源二端网络的外特性,记录电阻R 的阻值,端口电压U AB 以及端口电流I R ,将测量数据填入表5.3-2。
表5.3-2
图5.3-2 验证等效电源定理电路图
(2)将图5.3-2中独立电压源、独立电流源去除(电压源予以短路,电流源予以开路),同时不接外部电阻R ,用万用表测量此含源二端网络的等效电阻R 0= 。
S
U S
I 10mA
R
(3)依据以上所测量的开路电压U
与等效电阻R0构造戴维宁等效电路,并测量此戴维
OC
宁等效电路的外特性,将测量数据填入表5.3-3。
表5.3-3
与等效电阻R0构造诺顿等效电路,并测量此诺顿等(4)依据以上所测量的短路电流I
SC
效电路的外特性,将测量数据填入表5.3-4。
表5.3-4
(5)依据测量数据表5.3-2、表5.3-3、表5.3-4,完成外特性曲线的描绘,并对比分析,是否可验证原始电路,戴维宁等效电路以及诺顿等效电路之间的等效性。
六、实验总结
1.将理论计算值与实测值进行比较,观察两者之间的差异。寻找差异产生的原因,使
得现实与理想的状态更加接近。
2.整理实验数据,分析实验过程中的现象或故障。
3.总结实验的心得与体会。
实验二等效电源定理 一、实验目的 1. 验证戴维宁定理和诺顿定理的正确性,加深对该定理的理解。 2. 掌握测量有源二端网络等效参数的一般方法。 二、原理说明 1. 任何一个线性含源网络,如果仅研究其中一条支路的电压和电流,则可将电路的其余部分看作是一个有源二端网络(或称为含源一端口网络)。 戴维宁定理指出:任何一个线性有源网络,总可以用一个电压源与一个电阻的串联来等效代替,此电压源的电动势Us等于这个有源二端网络的开路电压Uoc,其等效内阻R0等于该网络中所有独立源均置零(理想电压源视为短接,理想电流源视为开路)时的等效电阻。 诺顿定理指出:任何一个线性有源网络,总可以用一个电流源与一个电阻的并联组合来等效代替,此电流源的电流Is等于这个有源二端网络的短路电流I SC,其等效内阻R0定义同戴维宁定理。 Uoc(Us)和R0或者I SC(I S)和R0称为有源二端网络的等效参数。 2. 有源二端网络等效参数的测量方法 (1) 开路电压的测量 在有源二端网络输出端开路时,用电压表直接测其输出端的开路电压Uoc。 (2)短路电流的测量 在有源二端网络输出端短路,用电流表测其短路电流Isc。 (3)等效内阻R0的测量 Uoc R0=── Isc 如果二端网络的内阻很小,若将其输出端口短路,则易损坏其内部元件,因此不宜用此法。 三、实验设备
四、实验内容 被测有源二端网络如图5-1(a)所示,即HE-12挂箱中“戴维宁定理/诺顿定理”线路。 (a) (b) 图5-1 1. 用开路电压、短路电流法测定戴维宁等效电路的Uoc、R0。 按图5-1(a)接入稳压电源Us=12V和恒流源Is=10mA,不接入R L。测出U O c和Isc,并计算出R0(测U OC时,不接入mA表。),并记录于表1。 表1 实验数据表一 2. 负载实验 按图5-1(a)接入可调电阻箱R L。按表2所示阻值改变R L阻值,测量有源二端网络的外特性曲线,并记录于表2。 3. 验证戴维宁定理 把恒压源移去,代之用导线连接原接恒压源处;把恒流源移去,这时,A、B两点间的电阻即为R0,然后令其与直流稳压电源(调到步骤“1”时所测得的开路电压Uoc之值)相串联,如图5-1(b)所示,仿照步骤“2”测其外特性,对戴氏定理进行验证,数据记录于表3。
实验3 叠加原理的验证 实验三叠加原理的验证 一、实验目的 验证线性电路叠加原理的正确性,加深对线性电路的叠加性和齐次性的认识和理解。 二、原理说明 叠加原理:在有几个独立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独立源单独作用时在该元件上所产生的电流或电压的代数和。 线性电路的齐次性是指当激励信号(某独立源的值)增加或减小K倍时,电路的响应(即在电路其它各电阻元件上所建立的电流和电压值)也将增加或减小K倍。 三、实验设备 、RXDI-1A电路原理实验箱 1台 1 2、万用表 1台 四、实验内容及步骤 实验电路如图A所示。 1、按图A电路接线,取U1=12V,U2为可调直流稳压电源,调至 U2=+6V。 图A
2、令U1单独作用时(使BC短接),用电流表测量各支路电流、用万用表测量各电阻元件两端电压,将数据记入表格中。 3、令U2单独作用时(使FE短接),重复实验步骤2的测量,并记录。 4、令U1和U2共同作用时,重复上述的测量和记录。 (V) U1(V) UU2=+6V I(mA) I(mA) I(mA) U(V) U(V) U(V) U(V) U(V) 2123ABADCDDEFAU1单独作用计算值 U1单独作用测量值 U2单独作用计算值 U2单独作用测量值 U1和U2 共同作用时计算值 U1和U2 共同作用时测量值 5、将U2=+12V,重复上述第3项的测量并记录。 U(V) U(V) U2=12V I(mA) I(mA) I(mA) U(V) U(V) U(V) U(V) U(V) 12123ABADCDDEFAU2单独作用计算值 U2单独作用测量值 U1和U2 共同作用时计算值 U1和U2 共同作用时测量值 五、实验注意事项 注意仪表量程的及时更换。 六、实验报告
等效电源定理 戴维南定理和诺顿定理分别能把含源二端网络等效成为一个实际电压源支路和实际电流源支路,故统称等效电源定理。 1、戴维南定理 任一线性含源二端网络,对外电路讲,可以等效为一个电压源和电阻串联的组合,电压源的电压为该网络的开路电压u oc,串联电阻等于该网络中所有独立源为零时的入端等效电阻R o。 2、诺顿定理 任一线性含源二端网络,对外电路讲,可以等效为一个电流源和电阻并联的组合,电流源的电流为该网络的短路电流isc,并联电阻等于该网络中所有独立源为零值时的入端等效电阻R o。 图(a)所示为一接有外电路的含源二端网络,根据替代定律,把R L 支路分别用流过它的电流i和两端电压u作为电压源等效替代,然后运用叠加定理分别得到 u=u oc-R o i=i sc-u/R o 等效电源电路如图(b)所示。 这两条定律所得到的电压源支路和电流源支路可以互相等效,所以人们多应用戴维南等效电压源定律,然后变化为诺顿等效电流源电路,如图(b)上、下图所示。戴维南定律对求解电路中某一支路的电压、电流和功率,特别是负载吸收的最大功率最为方便。求解时含源二端网络必须是线性的,待求支是线性的或非线性、有源或无源均可。
应用这两条定律,一般分三个步骤: (1)断开待求支路或将待求支路短路,分别求得开路电压u oc和短路电流i sc; (2)让全部独立源为零,求入端等效电阻R o。 (3)画出等效电源电路,接上待求支路,求解待求量。 3、用戴维南定律分析含受控源电路 根据受控源的性质和等效电源定律的要求,当用戴维南定律和诺顿定律分析受控源电路时,必须掌握: (1)当控制量在端口上时,它要随端口开路或短路变化,必须用变化了的控制量来表示受控源的电压或电流。 (2)当控制量在网络内,则在短路或开路时,必须保证受控源及其控制量同在含源二端网络内。 (3)受控源不能充当激励,具有电阻性。 在求戴维南等效电阻时,独立源为零,受控源和电阻一样要保留,故
叠加定理的验证实验报告
电子科技大学UNIVERSITY OF ELECTRONIC SCIENCE AND TECHNOLOGY OF CHINA 电子技术基础实验报告 Electronic Technology Basic Experiment Report 报告内容:叠加定理的验证
学院: 作者姓名: 学号: 指导教师: 实验:叠加定理的验证 一、实验目的 1.进一步掌握直流稳压电源和万用表的使用方法。 2.掌握直流电压和直流电流的测试方法。 3.进一步加深对叠加定理的理解。 4.通过Multisim仿真软件进行实验仿真,了解Multisim的使用方法。 二、实验原理 叠加定理: 叠加定理指出,全部电源在线性电路中产生的任一电压或电流,等于每一个电源单独作用产生的相应电压或电流的代数和。 三、实验内容 叠加定理的验证 在仿真实验中根据图1所示电路对电路中电压源共同作用时的电流进行测量,根据图2所示电路对电压进行测量:
(图1) (图2) 根据所绘制的电路,在Multisim中进行电路仿真,分别将两电压源置零,即将电压源短路,得到下列所示电路。图3、图4所示电路,对支路电流进行测量,图5、图6所示电路,对支路电压进行测量。 (图3)(图4) 参数I R1(mA)I R2 (mA) I R3 (mA) U R1 (V) U R2 (V) U R3 (V) V1单独 作用 7.2 2.4 4.8 7.2 4.8 4.8 V2单独 作用 -2.4 -4.8 2.4 -2.4 -9.6 2.4 共同作 用时的 测量值 4.8 -2.4 7.2 4.8 -4.8 7.2
实验一 叠加定理的验证 一、实验目的 验证线性电路叠加定理的正确性,加深对线性电路的叠加性和齐次性的认识和理解。 二、原理说明 叠加定理指出:在有多个独立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独立源单独作用时在该元件上所产生的电流或电压的代数和。 线性电路的齐次性是指当激励信号(某独立源的值)增加或减小K 倍时,电路的响应(即在电路中各电阻元件上所建立的电流和电压值)也将增加或减小K 倍。 四、实验内容 实验线路如图1-1所示,用DG05挂箱的“基尔夫定律/叠加定理”线路。 图 1-1 1. 将两路稳压源的输出分别调节为12V 和6V ,接入U 1 和U 2处,K3合至330Ω。 2. 令U 1电源单独作用(将开关K 1投向U 1侧,开关K 2 投向短路侧)。用直流数字电压表和毫安表(接电流插头) 测量各支路电流及各电阻元件两端的电压,数据记入表1-1。 电流插座
3. 令U2电源单独作用(将开关K1投向短路侧,开关K2投向U2侧),重复实验步骤2的测量和记录,数据记入表1-1。 4. 令U1和U2共同作用(开关K1和K2分别投向U1和U2侧),重复上述的测量和记录,数据记入表1-1。 5. 将R5(330Ω)换成二极管1N4007(即将开关K3投向二极管IN4007侧),重复1~4的测量过程,数据记入表1-2。 表1-2 五、实验注意事项 1. 用电流插头测量各支路电流时,或者用电压表测量电压降时,应注意仪表的极性,正确判断测得值的+、-号后,记入数据表格。 2. 注意仪表量程的及时更换。 六、预习思考题 1. 在叠加定理实验中,要令U1、U2分别单独作用,应如何操作?可否直接将不作用的电源(U1或U2)短接置零? 2. 实验电路中,若有一个电阻器改为二极管,试问叠加定理的迭加性还成立吗?为什么? 七、实验报告 1. 根据实验数据表格,进行分析、比较,归纳、总结实验结论,即验证线性电路的叠加性。 2. 各电阻器所消耗的功率能否用叠加定理计算得出?试用上述实验数据,进行计算并作结论。 3. 通过实验步骤5及分析表格1-2的数据,你能得出什么样的结论? 4. 心得体会及其他。
《电路与模电》实验报告 实验题目:叠加原理的验证 姓名: 学号: 实验时间: 实验地点: 指导老师: 班级: 一、实验目的 1.验证线性电路中叠加原理的正确性,加深对线性电路的叠加性和齐次性的理解。 2.掌握叠加原理的适用范围。 二、实验原理 叠加原理指出:在有几个独立电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独立源单独作用时在该元件上所产生的电流或电压的代数和。 线性电路的齐次性是指当激励信号(某独立源的值)增加或减小K 倍时,电路的响应(即在电路其他各电阻元件上所建立的电流和电压值)也将增加或减小K 倍。 三、实验内容 1. 实验线路如图2-1。分别将两路直流稳压电源接入电路,令 US 1=6V ,US 2=12V 。 2.将实验电路中的开关S 3向上,即拨向510Ω侧。进行步骤3-6的测量。 图2-1 叠加原理实验电路 装订线 装订线
3. 令US1电源单独作用(US 1=6V ,US 2=0V ),即将开关S 1投向US 1侧,开关S 2投向短路侧,用直流数字电压表和直流数字毫安表(接电流插头)测量各支路电流及各电阻元件两端的电压,数据记入表格2-1。 4. 令US 2电源单独作用(US 1=0V ,US 2=12V ),即将开关S 2投向US 2 侧,开关S 1投向短路侧,用直流数字电压表和直流数字毫安表测量各支路电流及各电阻元件两端的电压,数据记入表格2-1。 5. 令US 1、US 2电源共同作用(US 1=6V ,US 2=12V ),即将开关S 1投向US 1侧,开关S 2投向US 2侧,用直流数字电压表和直流数字毫安表测量各支路电流及各电阻元件两端的电压,数据记入表格2-1。 6. 令US 2电源整为原先的两倍并令其单独作用(US 1=0V ,US 2=24V ),即将开关S 2投向US 2侧,开关S 1投向短路侧,用直流数字电压表和直流数字毫安表测量各支路电流及各电阻元件两端的电压,数据记入表格2-1。 表2-1 无非线性元件时的测量数据 电流单位: mA 电压单位: V 7. 将实验电路中的S 3向下,拨向IN4007侧,即电路中接入非线性元件(二极管,型号为1N4007),重复第三步至第六步的测量过程,数据记入表格2-2,验证叠加原理或齐次性原理是否成立。 表2-2 含非线性元件时的测量数据 电流单位: 电压单位: 装 订线
电路分析等效电源定理实验报告 一、实验名称 等效电源定理 二、实验目的 1. 验证戴维宁定理和定理的正确性,加深对该定理的理解。 2. 掌握测量有源二端网络等效参数的一般方法。 三、原理说明 1. 任何一个线性含源网络,如果仅研究其中一条支路的电压和电流,则可将电路的其余部分看作是一个有源二端网络(或称为含源一端口网络)。 戴维宁定理指出:任何一个线性有源网络,总可以用一个电压源与一个电阻的串联来等效代替,此电压源的电动势Us等于这个有源二端网络的开路电压Uoc,其等效阻R0等于该网络中所有独立源均置零(理想电压源视为短接,理想电流源视为开路)时的等效电阻。 定理指出:任何一个线性有源网络,总可以用一个电流源与一个电阻的并联组合来等效代替,此电流源的电流Is等于这个有源二端网络的短路电流I SC,其等效阻R0定义同戴维宁定理。 Uoc(Us)和R0或者I SC(I S)和R0称为有源二端网络的等效参数。 2. 有源二端网络等效参数的测量方法 (1) 开路电压的测量 在有源二端网络输出端开路时,用电压表直接测其输出端的开路电压Uoc。 (2)短路电流的测量 在有源二端网络输出端短路,用电流表测其短路电流Isc。 (3)等效阻R0的测量 Uoc R0=── Isc 如果二端网络的阻很小,若将其输出端口短路,则易损坏其部元件,因此不宜用此法。 四、实验设备
五、实验容 被测有源二端网络如图5-1(a)所示,即HE-12挂箱中“戴维宁定理/定理”线路。 (a) (b) 图 5-1 1. 用开路电压、短路电流法测定戴维宁等效电路的Uoc、R0。 按图5-1(a)接入稳压电源Us=12V和恒流源Is=10mA,不接入R L。测出U O c和Isc,并计算出R0(测U OC时,不接入mA表。),并记录于表1。 表1 实验数据表一 2. 负载实验 按图5-1(a)接入可调电阻箱R L。按表2所示阻值改变R L阻值,测量有源二端网络的外特性曲线,并记录于表2。 表2 实验数据表二 3. 验证戴维宁定理 把恒压源移去,代之用导线连接原接恒压源处;把恒流源移去,这时,A、B两点间的电阻即为R0,然后令其与直流稳压电源(调到步骤“1”时所测得的开路电压Uoc之值)相串联,如图5-1(b)所示,仿照步骤“2”测其外特性,对戴氏定理进行验证,数据记录于表3。 表3 实验数据表三 4. 验证定理 在图5-1(a)中把理想电流源及理想电压源移开,并在电路接理想电压源处用导线短接(即相当于使两电源置零了),这时,A、B两点的等效电阻值即为定理中R0,然后令其
实验四叠加原理的验证
实验四 叠加原理的验证 一、实验目的 验证线性电路叠加原理的正确性,加深对线性电路的叠加性和齐次性的认识和理解。 二、原理说明 叠加原理指出:在有多个独立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独立源单独作用时在该元件上所产生的电流或电压的代数和。 线性电路的齐次性是指当激励信号(某独立源的值)增加或减小K 倍时,电路的响应(即在电路中各电阻元件上所建立的电流和电压值)也将增加或减小K 倍。 三、实验设备 序号 名 称 型号与规格 数量 备 注 1 直流稳压电源 0~30V 可调 二路 2 万用表 1 自备 3 直流数字电压表 0~200V 1 4 直流数字毫安表 0~200mV 1 5 迭加原理实验电路板 1 DGJ-03 四、实验内容 实验线路如图6-1所示,用DGJ-03挂箱的“基尔夫定律/叠加原理”线路。
图6-1 1. 将两路稳压源的输出分别调节为12V和6V,接入U1和U2处。 2. 令U1电源单独作用(将开关K1投向U1侧,开关K2投向短路侧)。用直流数字电压表和毫安表(接电流插头)测量各支路电流及各电阻元件两端的电压,数据记入表6-1。 表6-1 测量项目 实验内容U1 (V ) U2 (V ) I1 (m A) I2 (m A) I3 (m A) U A B (V) U C D (V) U A D (V) U D E (V) U F A (V) U1单独作用12. 09 0 8.6 9 -2. 04 6.2 2 2.4 7 0.8 2 3.2 8 4.4 4.4 1 U2单独作用0 6.0 8 -1. 2 3.6 3 2.4 1 -3. 67 -1. 17 1.2 3 -0. 6 -0. 6 U1、U2共同作用12. 6.07.4 1.28.6-1.-0. 4.5 3.7-3.
实验四 等效电源定理与叠加定理 一、 实验目的 1. 加深对等效电源定理(戴维南定理和诺顿定理)与叠加定理的理解。 2. 学习线性含独立源一端口网络等效电路参数的测量方法。 二、 实验仪器 直流电压表 直流电流表 万用表 直流稳压电源 直流稳流电源 相关电阻元件 三、 预习要求 1. 复习等效电源定理和叠加定理。 2. 确定等效电源电阻的几种方法及其优缺点。 3. 含独立源二端网络及其戴维南等效电路的等效条件。 四、 实验原理 1. 叠加定理 具有唯一解的线性电路,由几个独立源共同作用所产生的各支路电流或电压,是各个独立电源分别单独作用时产生的各支路电流或电压的代数叠加。 2. 等效电源定理 (1) 戴维南定理:任一线性含独立源一端口网络,其对外作用可以用一个电压源串 电阻的等效电源代替,该电压源的电压等于此一端口网络的开路电压,该电阻等于此一端口网络内部各独立源置零后的等效电阻。 (2) 诺顿定理:任一线性含独立源一端口网络,其对外作用可以用一个电流源并电 导的等效电源代替,该电流源的电流等于此一端口网络的短路电流,该电导等于此一端口网络内部各独立源置零后的等效电导。 线性含源一端口网络的等效电路如图1-19所示。 图1-19 等效电源定理 3. 等效电源电路参数的测定 (1) 测定开路电压。如果电压表的内阻相对于被测一端口网络的内阻大很多,电压 表几乎不取网络电流,可以直接用电压表或万用表的电压档测定。 (2) 测定短路电流。如果电流表的内阻相对于被测一端口网络的内阻小很多,其上 电压降可忽略不计,可以直接用电流表测定。 线性含源一端口a b Ro Uoc +-a b a b 或
实验三等效电源定理的应用 一、实验目的 进一步学习MULTISIM的使用方法,学习测量有源二端线性网络的开路电压和短路电流及其除源网络的电阻的方法,验证戴维宁定理和诺顿定理的正确性,并加深对他们的理解和灵活运用。 二、实验原理 等效电源(戴维南定理)内容:任何一个有源二端线性网络都可用一个理想电压源和内阻为R0串联的电压源来等效代替,理想电压源的电压等于二端网络的开路电压U0,即将负载断开后两端的电压,内阻R0为将电源去除后的无源网络负载两端的等效电阻。 等效电源(诺顿定理)内容:任何一个有源二端线性网络都可用一个理想电流源和内阻为R0并联的电流源来等效代替,理想电流源的电流值等于二端网络的短路电流ISC,即将负载短路后的电流,内阻R0为将电源去除后的无源网络负载两端的等效电阻。 当电路中含有受控源时,电路的等效电阻可以用两种方法计算: (1)实验法:R0=U OC I SC (2)外加电源法:先除去电路中的独立电源,外加电源U T,R0=U T I T 所谓受控源,是指电压或电流受电路中其它部分的电压或电流控制的电压源或电流源。受控源是一种四端元件,它含有两条支路,一条是控制支路,另一条是受控支路。受控支路为一个电压源或为一个电流源,它的输出电压或输出电流(称为受控量),受另外一条支路的电压或电流(称为控制量)的控制,该电压源,电流源分别称为受控电压源和受控电流源,统称为受控源。 (a)(b)
(c)(d) 图2.12 受控源的电路符号上图中(a)、(b)为受控电压源,(c)、(d)为受控电流源。 三、实验内容 1.连接电路如图 2.13,将RL支路当作有源二端网络的负载电阻。 图2.13 等效电源定理验证电路模型1 图2.14 选择可变电阻器
叠加原理的验证作业 【实验名称】叠加原理的验证 【实验目的】 用实验方法验证叠加原理的正确性。 学习复杂电路的连接方法,进一步熟悉直流电流表的使用。 【实验仪器】 直流稳压电源(两台),分别为12V和6V; 万用表; 转换开关(两个); 标准电阻(三个),分别为100Ω、430Ω和180Ω。 【实验原理】 叠加原理是指几个电源在线性电路的任何部分共同作用所产生的电流和电压等于这些电源单独地在该部分所产生的电流或电压叠加的结果。 【实验内容】 按照所给的电路图搭建电路(图1)。 【实验步骤】 (1)测出S1接1端,同时S2接1端时的电流IL。 (2)将开关S1接至1端,S2接至2端,使12V电源单独作用,测出此时通过R1的电流I11和通过R2的电流I21;将开关S1接至2端,S2接至1端,使6V电源单独作用,测出此时通过R1的电流I12和通过R2的电流I22;令I1=I11+I12,I2=I21+I22,注意电流的方向和符号。 将上述2步所测数据填写到表1。(单位:mA) (3)测出S1接1端,S2接2端,各支路的电压U1、U2、UL。 (4)测出S1接2端,S2接1端,各支路的电压U1、U2、UL。 (5)测出S1接1端,S2接1端,各支路的电压U1、U2、UL。 将上述3组所测数据分别填入表2。(单位:V) 图1 实验电路
实验报告 姓名:孟庆亮 报名编号:C0731701101410809000004 学习中心:河北沧州黄骅奥鹏学习中心 层次:专升本(高起专或专升本) 专业:专升本电气工程及其自动化 (一)填写数据表格 表1:叠加原理的验证—数据记录(1) 表2:叠加原理的验证—数据记录(2) (二)实验结论 叠加原理是指几个电源在线性电路的任何部分共同作用所产生的电流和电压等于这些电源单独地在该部分所产生的电流或电压叠加的结果。
叠加原理的验证 一、实验目的 1. 验证叠加定理,加深对该定理的理解。 2. 掌握叠加原理的测定方法。 3. 加深对电流和电压参考方向的理解。 二、实验原理与说明 对于一个具有唯一解的线性电路,由几个独立电源共同作用所形成的各支路电流或电压,是各个独立电源分别单独作用时在各相应支路中形成的电流或电压的代数和。 图2-1所示实验电路中有一个电压源Us 及一个电流源Is 。 设Us 和Is 共同作用在电阻R 1上产生的电压、电流分别为U 1、I 1,在电阻R 2上产生的电压、电流分别为U 2、I 2,如图2-1(a)所示。为了验证叠加原理令电压源和电流源分别作用。当电压源Us 不作用,即Us=0时,在Us 处用短路线代替;当电流源Is 不作用,即Is=0时,在Is 处用开路代替;而电源内阻都必须保留在电路中。 (1) 设电压源Us 单独作用时(电源源支路开路)引起的电压、电流分别 为'1U 、' 2U 、'1I 、'2I ,如图2-1(b)所示。 (2) 设电流源单独作用时(电压源支路短路)引起的电压、电流分别为"1U 、 "2U 、"1I 、"2I ,如图2-1(c)所示。 这些电压、电流的参考方向均已在图中标明。验证叠加定理,即验证式(2-1)成立。
"1'11U U U += " 2'22U U U += "1'11I I I += 式(2-1) "2'22I I I += 四、实验内容 实验线路如图6-1所示,用TT-DG-003挂箱的“基尔夫定律/叠加原理”线路。 1. 将两路稳压源的输出分别调节为12V 和6V ,接入U 1和U 2处。 2. 令U 1电源单独作用(将开关K 1投向U 1侧,开关K 2投向短路侧)。用直流数字电压表和毫安表(接电流插头)测量各支路电流及各电阻元件两端的电压,数据记入表2-1。 2122
电子科技大学 UNIVERSITY OF ELECTRONIC SCIENCE AND TECHNOLOGY OF CHINA 电子技术基础实验报告 Electronic Technology Basic Experiment Report 报告内容:叠加定理的验证 学院:
作者姓名: 学号: 指导教师: 实验:叠加定理的验证 一、实验目的 1.进一步掌握直流稳压电源和万用表的使用方法。 2.掌握直流电压和直流电流的测试方法。 3.进一步加深对叠加定理的理解。 4.通过Multisim仿真软件进行实验仿真,了解Multisim的使用方法。 二、实验原理 叠加定理: 叠加定理指出,全部电源在线性电路中产生的任一电压或电流,等于每一个电源单独作用产生的相应电压或电流的代数和。 三、实验内容 叠加定理的验证 在仿真实验中根据图1所示电路对电路中电压源共同作用时的电流进行测量,根据图2所示电路对电压进行测量: (图1)(图2) 根据所绘制的电路,在Multisim中进行电路仿真,分别将两电压源置零,即将电压源短路,得到下列所示电路。图3、图4所示电路,对支路电流进行测
量,图5、图6所示电路,对支路电压进行测量。 (图3)(图4) 四、实验结果 根据仿真实验我们可以得到,全部电源在线性电路中产生的任一电压或电流,等于每一个电源单独作用产生的相应电压或电流的代数和,验证了叠加定理。 五、实验收获与感悟 通过使用Multisim 仿真软件对叠加定理进行验证,证实了叠加定理的正确性,同时对该仿真软件的使用有了最初步的了解和认识。在绘制电路的过程中,感受电子实验的魅力所在。并且通过与亲手进行实验和电路仿真进行比较,感受
实验一 叠加原理的验证 一、实验目的 验证线性电路叠加原理的正确性,加深对线性电路的叠加性和齐次性的认识和理解。 二、原理说明 叠加原理指出:在有多个独立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独立源单独作用时在该元件上所产生的电流或电压的代数和。 线性电路的齐次性是指当激励信号(某独立源的值)增加或减小K 倍时,电路的响应(即电路中各电阻元件上的电流和电压值)也将增加或减小K 倍。 实验线路如图1-1所示,用DGJ-03挂箱的“基尔夫定律/叠加原理”线路。 1. 将两路稳压源的输出分别调节为12V 和6V ,接入U 1和U 2处。 2. 令U 1电源单独作用(将开关K 1投向U 1侧,开关K 2投向短路侧)。用智能直流电压表和毫安表(接电流插头)测量表1-1所示各电压及电流,并将测量数据记入表1-1。 3. 令U 2电源单独作用(将开关K 1投向短路侧,开关K 2投向U 2侧),重复实验内容2的测量和记录。 4. 令U 1和U 2共同作用(开关K 1和K 2分别投向U 1和U 2侧), 重复上述的测量和记录。 4 U U 2 图 1-1
表1-1 5. 将原U2=6V调至2U2=12V,重复实验内容3的测量和记录,数据记入表1-1中的最后一行。 6. 将R5(330Ω)换成二极管1N4007(即将开关K3投向二极管侧),重复实验内容1~5的测量过程,数据记入表1-2。 7. 分别按下故障1、故障2、故障3设置键,重复实验内容4(U1=12V和U2=6V共同作用,开关K3投向R5侧)的测量和记录,数据记入表1-3。根据测量结果判断出故障的性质。 表1-2 五、实验注意事项 1. 用电流插头测量各支路电流时,或者用电压表测量电压降时,应注意仪表的极性,正确判断测得值的“+、-”号后,记入数据表格。 2. 注意仪表量程的及时更换。 六、预习思考题 1. 在叠加原理实验中,要令U1、U2分别单独作用,应如何操作?可否直接将不作用的电源(U1或U2)短接置零? 2. 实验电路中,若有一个电阻器改为二极管,试问叠加原理的叠加性与齐次性还成立
实验二叠加原理和等效电源定理 一、实验目的 1、验证线性电路中的叠加原理、戴维南定理、诺顿定理。 2、熟悉等效电源电路的短路断路和通路情况。 3、学会用实验的方法测定有源二端网络的开路电压U0和除源内阻R0。 二、实验原理 1、叠加原理就是指在线性电路中有多个电源共同作用时,电路上任意一个支路上的电压或电流都是各电源单独作用下,在各支路上产生的电压或电流的叠加(代数和)。 2、戴维南定理是等效电源定理之一。它的内容是指任何一个线性含源二端网络,总可以用一个理想电压源与一个电阻(内阻)串联的支路来代替。该理想电压源的电动势等于二端网络的开路电压U0,串联内阻等于有源二端网络内电源为零时所响应的无源网络的等效电阻。 3、诺顿定理的内容是指任何一个线性含源二端网络,总可以用一个恆流源与一个电阻(内阻)并联的支路来代替。恆流源的电流该网络的短路电流,而电阻的含义与戴维南定理中的相同。 4、求电源内阻的方法: ⑴使用万用表用替代法测量电阻。对二端网络进行除源(将网络内电压源去源短接,电流源去源开路)后,用万用表测出网络A、B两端开路时的电阻值R,再用万用表测量标准(高精度)电阻箱的阻值,调节电阻箱的阻值使万用表的读数与R值相同,则电阻箱的读数即为等效内阻R0。 ⑵采用测量开路电压U0和短路电流IS的方法来计算等效内阻R0,则有 ⑶当网络二端不允许短路时,可串联一个电阻R(已知),测得两端电压后由下列公式计算: ⑷半电压法测等效内阻R0,即网络二端串联一个高精度可调电阻R,当测得两端电压为开路电压的一半时,有R0=R 。 三、仪器设备 1、直流双路稳压电源 2、直流毫安表 3、直流电压表 4、万用表 5、电阻箱 四、实验内容 (一)、任务:设计二端口网络,并对负载支路进行叠加原理、等效电路定理(戴维南、诺顿)验证(二)、要求:端口电路设计:
叠加定理的验证 实验目的: 1.验证线性电路叠加定理的正确性; 2.加深对线性电路的叠加性和齐次性的认识和理解; 3.理解线性电路的叠加性和齐次性。 实验原理: 叠加定理描述了线性电路的可加性或叠加性,其内容是: 在有多个独立源共同作用下的线性电路中,任--电压或电流都是电路中各个独立电源单独作用时,在该处产生的电压或电流的叠加。通过每-个元件的电流或其两端的电压,可以看成是由每-一个独立源单独作用时在该元件上所产生的电流或电压的代数和。 齐性定理的内容是: 在线性电路中,当所有激励(电压源和电流源)都同时增大或缩小K倍(K为实常数)时,响应(电压或电流)也将同时增大或缩小K倍。这是线性电路的齐性定理。这里所说的激励指的是独立电源,并且必须全部激励同时增加或缩小K倍,否则将导致错误的结果。显然,当电路中只有一个激励时,响应必与激励成正比。 使用叠加定理时应注意以下几点: 1)叠加定理适用于线性电路,不适用于非线性电路; 2)在叠加的各分电路中,不作用的电压源置零,在电压源处用短路代替; 不作用的电流源置零,在电流源处用开路代替。电路中的所有电阻都不予更动, 受控源则保留在分电路中;
3)叠加时各分电路中的电压和电流的参考方向可以取为与原电路中的相同。取和时,应注意各分量前的“”“-"号; 4)原电路的功率不等于按各分电路计算所得功率的叠加,这是因为功率是电压和电流的乘积。 实验设备: 序号名称型号与规格数量 1 直流电压源6V 1 2 直流电压源12V 1 3直流数字电压表 1 4 直流数字电流表 1 5 电阻510 3 6 电阻330 1 7 电阻1K 1 实验电路图: 共同作用:
实验2 叠加定理验证 (2学时) 一、实验目的 验证线性电路叠加原理的正确性,加深对线性电路的叠加性和齐次性的认识和理解。 二、原理说明 叠加原理指出:在有多个独立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独立源单独作用时在该元件上所产生的电流或电压的代数和。 线性电路的齐次性是指当激励信号(某独立源的值)增加或减小K 倍时,电路的响应(即在电路中各电阻元件上所建立的电流和电压值)也将增加或减小K 倍。 四、实验内容 实验线路如图2-1所示,用DG05挂箱的“基尔夫定律/叠加原理”线路。 图 2-1 1. 将两路稳压源的输出分别调节为12V 和6V ,接入U 1和U 2处。 2. 令U 1电源单独作用(将开关K 1投向U 1侧,开关K 2投向短路侧)。用直流数字电压表和毫安表(接电流插头)测量各支路电流及各电阻元件两端的电压,数据记入表2-1。
3. 令U2电源单独作用(将开关K1投向短路侧,开关K2投向U2侧),重复实验步骤2的测量和记录,数据记入表1-1。 4. 令U1和U2共同作用(开关K1和K2分别投向U1和U2侧),重复上述的测量和记录,数据记入表2-1。 5. 将U2的数值调至+12V,重复上述第3项的测量并记录,数据记入表2-1。 6. 将R5(330Ω)换成二极管1N4007(即将开关K3投向二极管IN4007侧),重复1~5的测量过程,数据记入表2-2。 7. 任意按下某个故障设置按键,重复实验内容4的测量和记录,再根据测量结果判断出故障的性质。 五、实验注意事项 1. 用电流插头测量各支路电流时,或者用电压表测量电压降时,应注意仪表的极性,正确判断测得值的+、-号后,记入数据表格。 2. 注意仪表量程的及时更换。 六、预习思考题 1. 在叠加原理实验中,要令U1、U2分别单独作用,应如何操作?可否直接将不作用的电源(U1或U2)短接置零? 2. 实验电路中,若有一个电阻器改为二极管,试问叠加原理的叠加性与齐次性还成立吗?为什么? 七、实验报告 1. 根据实验数据表格,进行分析、比较,归纳、总结实验结论,即验证线性电路的叠加性与齐次性。 2. 各电阻器所消耗的功率能否用叠加原理计算得出?试用上述实验数据,进行计算并作结论。 3. 通过实验步骤6及分析表格2-2的数据,你能得出什么样的结论? 4. 心得体会及其他。
本科实验报告2015 年11 月5 日
实验报告 一、 实验目的和要求(必填) 实验目的: 1、验证基尔霍夫电流、电压定律的正确性,加深对基尔霍夫定律的理解。 2、验证叠加定理及其适用范围。 3、掌握万用表、直流电流表及稳压电源的使用方法。 实验要求: 1,基尔霍夫定律实验研究: 实验电路图如图1所示,实验前先任意设定三条支路和三个闭合回路的电流正方向。分别将两路直流稳压源接入点路。按照电路板实际情况及要求进行操作。 将直流稳压源接入电路中,测量各个节点之间的电压值,并作出记录,与计算值相比较,得到相应的实验所需结果。 2,叠加定律实验研究: 实验电路图如图2所示,由电压源,电流源,电阻,稳压二极管组成。 在A 、B 之间接入电压源,开关S 断开,测量各点电压与各支路电流,研究电压源单独工作时电路各部分状况,将测量数据记录于表中。 将A 、B 间短路,开关S 接通,接入电流源,再次测量各点电压与各支路电流,研究电流源单独作用时电路各部分状况,将测量结果记录于表中。 将电压源U S 和电流源I S 同时接通,重复上述测量,将测量数据记录于表中。根据表1中的测量数据验证叠加定律是否成立。 将AD 中的稳压二极管换成线性电阻,重复以上三步,分析实验数据。 (图1)
(图2) 二、实验内容和原理(必填) 实验原理: 1,基尔霍夫电流定律(KCL ):对电路中任一节点而言,应有ΣI=0。 2,基尔霍夫电压定律(KVL ):对电路中任一闭合回路而言,应有ΣU=0。 3,叠加定理:若干个电源在某线性网络的任一支路产生的电流或在任意两个节点之间产生的电压,等于这些电源分别单独作用于该网络时,在该部分所产生的电流与电压的代数和。但是,对于非线性网络,叠加定律将不再适用,也不能用叠加定律计算或处理功率,能量等二次的物理量。 实验内容: 详见“操作方法和实验步骤”。 三、 主要仪器设备(必填) 1,直流稳压电源: HY3002D (F )-3 三路直流稳压电源为三位数字电压、电流显示的含有三路独立的电源输出的直流稳压电源,其中两路为0~30V 连续可调,最大输出电流分别为2A ;一路固定5V 输出,最大输出电流3A 。两路可调电源都可在稳压和稳流之间转换。 2,万用表: MY61数字万用表;具有32个功能量程;3位半LCD 显示,最大显示值为1999;全量程过载保护,自动电源关断;电池不足指示;适用频率范围:40Hz ~ 400Hz 。 3,直流电流表。 4,实验用电路板。(见图3) 装订线
仲恺农业工程学院实验报告纸信息科学与工程(院、系)网络工程专业132 班组电工与电子技术课 一、实验目的 验证线性电路中叠加原理的正确性,加深对线性电路的叠加性和齐次性的认识和理解 二、原理说明 叠加原理指出:在有几个独立源共同作用的线性电路中,通过某个元件的电流或其两端的电压,可以看成是由每一个独立源单独作用时在该元件上所产生的电流或电压的代数和 三、实验设备及器件 (1)直流稳压电源+V,+12V切换。 (2)可调直流稳压电源0-30V。 (3)直流数字电压表、直流数字毫安表各1只。 (4)叠加原理实验线路板 四、实验内容 (1)按图5-2电路接线,E1为+6V,+12V切换电源,取E1=+12V,E2为可调直流稳压电源,调至+6V。 (2)令E1电源单独作用时(将开关S1投向E1侧,开关S2投向短路侧),用直流数字电压表和毫安表(接电流插头)测量个支路电流及各电阻元件两端电压,数据计入表5-2中。 (3)令E2电源单独作用时(将开关S1投向短路侧,开关S2投向E2侧),重复实
验步骤(2)的测量和记录。 (4)令E1和E2共同作用时(将开关S1和S2分别投向E1和E2侧),重复上述的 测量和记录。 (5)将E2数值调至+12V,重复上述第(3)项的测量并记录。 (6)将R5换成一只二极管IN4007(即将开关S3投向二极管D侧)重复(1)-(5)的测量过程,数据计入表5-3中。 五、实验内容 (1)叠加原理中E1,E2分别单独作用,在实验中应如何操作?可否直接将不作用的电源(E1或E2)置零(短路)? 答:单独作用时直接切断一个电压源。置其短接 (2)实验电路中,若有一个电阻改为二极管,试问叠加原理的叠加性与齐次性还成立吗? 为什么? 答:不成立,因为二极管是单向流动的。 (3)根据实验数据验证线性电路的叠加性与齐次性。 答:根据实验数据,两个电压源单独作用时的数据相加等于两个电压源同时作用的总和。 (4)各电阻器所消耗的功率能否用叠加原理计算得出?试用上述实验数据进行计算并作出结论 不能,功率不是线性的,两个电源单独作用的功率相加大于两个电源共同作用的功率。 (5)通过实验内容(6)及实验数据分析,你能得出什么样的结论? 表5-2线性电路实验数据
实验二基尔霍夫定律和叠加原理的验证 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.验证线性电路中叠加原理的正确性及其适用范围,加深对线性电路的叠加性和齐次性的认识和理解。 3.进一步掌握仪器仪表的使用方法。 二、实验原理 1.基尔霍夫定律 基尔霍夫定律是电路的基本定律。它包括基尔霍夫电流定律(KCL)和基尔霍夫电压定律(KVL)。 (1)基尔霍夫电流定律(KCL) 在电路中,对任一结点,各支路电流的代数和恒等于零,即ΣI=0。 (2)基尔霍夫电压定律(KVL) 在电路中,对任一回路,所有支路电压的代数和恒等于零,即ΣU=0。 基尔霍夫定律表达式中的电流和电压都是代数量,运用时,必须预先任意假定电流和电压的参考方向。当电流和电压的实际方向与参考方向相同时,取值为正;相反时,取值为负。 基尔霍夫定律与各支路元件的性质无关,无论是线性的或非线性的电路,还是含源的或无源的电路,它都是普遍适用的。 2.叠加原理 在线性电路中,有多个电源同时作用时,任一支路的电流或电压都是电路中每个独立电源单独作用时在该支路中所产生的电流或电压的代数和。某独立源单独作用时,其它独立源均需置零。(电压源用短路代替,电流源用开路代替。)线性电路的齐次性(又称比例性),是指当激励信号(某独立源的值)增加或减小K倍时,电路的响应(即在电路其它各电阻元件上所产生的电流和电压值)也将增加或减小K倍。 三、实验设备与器件 1.直流稳压电源 1 台 2.直流数字电压表 1 块 3.直流数字毫安表 1 块 4.万用表 1 块 5.实验电路板 1 块 四、实验内容 1.基尔霍夫定律实验 按图2-1接线。
电路分析等效电源定理 实验报告 内部编号:(YUUT-TBBY-MMUT-URRUY-UOOY-DBUYI-0128)
电路分析 等效电源定理 实验报告 一、 实验名称 等效电源定理 二、实验目的 1. 验证戴维宁定理和诺顿定理的正确性,加深对该定理的理解。 2. 掌握测量有源二端网络等效参数的一般方法。 三、原理说明 1. 任何一个线性含源网络,如果仅研究其中一条支路的电压和电流,则可将电路的其余部分看作是一个有源二端网络(或称为含源一端口网络)。 戴维宁定理指出:任何一个线性有源网络,总可以用一个电压源与一个电阻的串联来等效代替,此电压源的电动势Us 等于这个有源二端网络的开路电压Uoc , 其等效内阻R 0等于该网络中所有独立源均置零(理想电压源视为短接,理想电流源视为开路)时的等效电阻。 诺顿定理指出:任何一个线性有源网络,总可以用一个电流源与一个电阻的并联组合来等效代替,此电流源的电流Is 等于这个有源二端网络的短路电流I SC ,其等效内阻R 0定义同戴维宁定理。 Uoc (Us )和R 0或者I SC (I S )和R 0称为有源二端网络的等效参数。 2. 有源二端网络等效参数的测量方法 (1) 开路电压的测量 在有源二端网络输出端开路时,用电压表直接测其输出端的开路电压 Uoc 。 (2)短路电流的测量 在有源二端网络输出端短路,用电流表测其短路电流Isc 。 (3)等效内阻R 0的测量 Uoc R 0= ── Isc 如果二端网络的内阻很小,若将其输出端口短路,则易损坏其内部元件,因此不宜用此法。 四、实验设备
5 万用表 1 自备 6 可调电阻箱 0~99999.9Ω 1 THHE-1 7 戴维宁定理实验电路板 1 THHE-1 五、实验内容 被测有源二端网络如图5-1(a)所示,即HE-12挂箱中“戴维宁定理/诺顿定理”线路。 (a) (b) 图 5-1 1. 用开路电压、短路电流法测定戴维宁等效电路的Uoc 、R 0。 按图5-1(a)接入稳压电源Us=12V 和恒流源Is=10mA ,不接入R L 。测出U Oc 和Isc ,并计算出R 0(测U OC 时,不接入mA 表。),并记录于表1。 表1 实验数据表一 2. 负载实验 按图5-1(a)接入可调电阻箱R L 。按表2所示阻值改变R L 阻值,测量有源二端网络的外特性曲线,并记录于表2。 表2 实验数据表二 3. 验证戴维宁定理 把恒压源移去,代之用导线连接原接恒压源处;把恒流源移去,这时,A 、B 两点间的电阻即为R 0,然后令其与直流稳压电源(调到步骤“1”时所测得的开路电压Uoc 之值)相串联,如图5-1(b)所示,仿照步骤“2”测其外特性,对戴氏定理进行验证,数据记录于表3。 表3 实验数据表三 4. 验证诺顿定理 在图5-1(a )中把理想电流源及理想电压源移开,并在电路接理想电压源处用导线短接(即相当于使两电源置零了),这时,A 、B 两点的等效电阻值即为诺顿定理中R 0, 然后令其与直流恒流源(调到步骤“1”时所测得的短路电流Isc 之值)相并联,如图5-2所示,仿照步骤“2”测其外特性,对诺顿定理进行验证,数据记入表4。 图5-2 表4 实验数据表之四 六、实验结果分析 图2—1 图2—2 1.步骤2和3,分别绘出曲线如图2—1.2—2 由这两个图可以明显看出图1中a 等效于b ,也即戴维南定理得证。