實驗2　基爾霍夫定律和疊加原理的驗證

1.實驗目的

（1）驗證基爾霍夫定律的正確性，加深對基爾霍夫定律的理解。

（2）學會用電流插頭、插座測量各支路電流。

（3）驗證線性電路疊加原理的正確性，加深對線性電路的疊加性和齊次性的認識和理解。

2.原理說明

（1）基爾霍夫定律

基爾霍夫的電流定律和電壓定律是電路的基本定律。測量某電路各支路的電流和每個元器件兩端的電壓應能分別滿足基爾霍夫電流定律（KCL）和電壓定律（KVL），即對電路中的任一個節點而言，應有ΣI=0；對任何一個閉合回路而言，應有ΣU=0。

（2）疊加原理

在由多個獨立源共同作用下的線性電路中，通過每一個元器件的電流或其兩端的電壓，都可以看成由每一個獨立源單獨作用時在該元器件上所產生的電流或電壓的代數和。疊加原理反映了線性電路的疊加性。

線性電路的齊次性是當激勵信號（某獨立源）增加或減小時，電路的響應（在電路中各元器件上所產生的電流和電壓值）也將相應地增加或減小。

運用上述定律時，必須注意各支路或閉合回路中電流的正方向，此方向可預先任意設定。

3.實驗設備與元器件

（1）雙路可調直流穩壓電源（0～30V可調）。

（2）直流數字電壓表（0～200V）。

（3）直流數字毫安表（0～2000mA）。

（4）基爾霍夫定律/疊加原理實驗電路板。

4.實驗內容

基爾霍夫定律/疊加原理實驗電路如圖2-1所示。

（1）基爾霍夫定律的驗證

①實驗前，先任意設定三條支路和三個閉合回路電流的正方向。圖2-1中，I1、I2、I3的方向已被設定；三個閉合回路電流的正方向可設為ADEFA、BADCB及FBCEF。

②分別將兩路直流穩壓電源接入電路，令U1=6V，U2=12V。

③熟悉電流插頭的結構，將電流插頭的兩端接至直流數字毫安表的“+、-”兩端。

④將電流插頭分別插入三條支路的三個電流插座中，讀出電流值并將數據記錄在表2-1中。

⑤用直流數字電壓表分別測量兩路穩壓電源和電阻上的電壓值，將數據記錄在表2-1中。

（2）疊加原理的驗證

①分別將兩路直流穩壓電源接入電路，令U1=12V，U2=6V。

②令U1單獨作用（將開關K1投向U1側，開關K2投向短路側），用直流數字電壓表和毫安表（接電流插頭）測量各支路電流和各電阻兩端的電壓，將數據記錄在表2-2中。

③令U2單獨作用（將開關K1投向短路側，開關K2投向U2側），重復②，將數據記錄在表2-2中。

④令U1和U2共同作用（開關K1和K2分別投向U1側和U2側），重復②，將數據記錄在表2-2中。

⑤將U2調至12V，重復②，將數據記錄在表2-2中。

⑥將R5（330Ω）換成二極管IN4007（將開關K3投向二極管IN4007側），重復①～⑤，將數據記錄在表2-3中。

5.實驗注意事項

（1）注意如圖2-1所示中的三個鉤子形符號是串聯毫安表的插座。

（2）所有需要測量的電壓值均以電壓表測量的讀數為準。U1、U2也需測量，不應取穩壓電源本身的顯示值。

（3）防止穩壓電源的兩個輸出端碰線短路。

（4）用指針式電壓表或毫安表測量電壓或電流時，如果指針反偏，則必須調換表筆極性重新測量。此時指針應正偏，可讀得電壓或電流值。若用數字電壓表或毫安表測量，則可直接讀出電壓或電流值。但應注意，所讀得電壓或電流值的正、負號應根據設定的電流參考方向來判斷。

（5）用電流插頭測量各支路電流時，或者用電壓表測量電壓降時，應注意儀表的極性，在正確判斷所測值的+、-號后，再記錄在數據表格中。

（6）在實驗過程中，應注意及時更換儀表量程，以減小數據的誤差。

6.預習思考題

（1）根據如圖2-1所示的電路參數計算待測電流I1、I2、I3和各電阻上的電壓值并記錄，以便在實驗測量時能正確選擇毫安表和電壓表的量程。

（2）在實驗中，若用指針式萬用表的直流毫安擋測各支路電流，則在什么情況下可能出現指針反偏？應如何處理？在記錄數據時應注意什么？若用直流數字毫安表進行測量時，則會有什么樣的顯示？

（3）在疊加原理實驗中，要令U1、U2分別單獨作用，應如何操作？可否直接將不用的電源（U1或U2）短接置零？

（4）在實驗電路中，若將一個電阻改為二極管，則疊加原理的疊加性和齊次性還成立嗎？為什么？

7.實驗報告

（1）根據實驗數據選定節點A，驗證KCL的正確性。

（2）根據實驗數據選定實驗電路中的任意一個閉合回路，驗證KVL的正確性。

（3）重新設定支路和閉合回路的電流方向，重復（1）、（2）兩項驗證。

（4）根據實驗數據表格進行分析、比較，歸納、總結實驗結論，驗證線性電路的疊加性和齊次性。

（5）各電阻所消耗的功率能否用疊加原理計算得出？試用上述實驗數據進行計算并給出結論。

（6）通過疊加原理的驗證及其表格中的數據，能得出什么樣的結論？

（7）在報告中要進行實驗數據的處理和誤差原因的分析。