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基尔霍夫定律实验报告(2)

工作计划 时间:2021-08-31 手机版

  补偿法一:用发光管判断等电位的方法,利用对两个正反连接的发光管的亮与不亮的直接观察,进行发光管两端是否接近等电位的判断。可自行设计电路。此种方法直观、简单、易行又有趣味,但不够准确。可与电压表、毫伏表和电流表配合使用。具体操作方法,留给同学自行考虑选作。

  补偿法二:用电压表判断等电位。如图2-3所示,把有源一端口网络端口的1'与外电路的2'端连成一个等位点;Us两端外加电压,起始值小于开路电压Ull';短接电位器Rw和发光管D1、D2,这样可保证外加电压Us正端2与有源一端口开路电压正端1直接相对,然后把电压表接到1、2两端后,再进行这两端的电位比较。经过调节外加电源Us的输出电压压,调到1、2两端所接电压表指示为零时,即说明1端与2端等电位,再把l、2端断开后,测外加电源Us的电压值,即等于有源一端口网络的开路电压Uoc,此值记入附本表2-2中。

  补偿法三:用电流表或检流计判断等电位的方法,条件与方法同上,当调到l、2两端所接电压表指示为零时,再换电流表或检流计接到l、2两端上,见图2-3。微调外加电源Us的电压使电流表或检流计指示为0(注意一般电源电压调量很小),再断开电流表或检流计后,用电压表去测外加电源Us的电压值,应等于 Uoc,此结果对应记入附本表2-2。此方法比用电压表找等电位的方法更准确,但为了防止被测两端1、2间电位差过大会损坏电流表,所以一定要在电压表指示为零后,再把电流表或检流计换接上。

  以上方法中,补偿法一测量结果误差较大,补偿法三测量结果较为精确,但也与电流表灵敏度有关。

  (二)计算与测量有源一端口网络的等效电阻Req

  (1)计算有源一端口网络的等效电阻Req。当一端口网络内部无源时(把双刀双投开关K1合向短路线),计算有源一端口网络的等效电阻尺Req。电路参数见附本表2-1中,把计算结果记入该表中。

  (2)测量有源一端口网络的等效电阻只Req。 可根据一端口网络内部是否有源,分别采用如下方法测量:1)开路电压、短路电流法。当一端口网络内部有源时(把双刀双投开关K1合向电源侧),见图2-2所示,USN=30V不变,测量有源一端口网络的开路电压和短路电流Isc。把电流表接l-1'端进行短路电流的测量。测前要根据短路电流的计算选择量程,并注意电流表极性和实际电流方向,测量结果记入附本表2-3,计算等效电阻Req。

  2)伏安法。当一端口网络内部无源时(把双刀双投开关Kl合向短路线侧),整个一端口网络可看成一个电阻,此电阻值大小可通过在一端口网络的端口外加电压,测电流的方法得出,见图2-4。具体操作方法是外加电压接在Us两端,再把l'、2'两端相连,把发光管和电位器Rw短接,电流表接在1、2两端,此时一端口网络等效成一个负载与外加电源Us构成回路,Us电源电压从0起调到使电压表指示为1OV时,电流Is2与电压值记入附本表2-3,并计算一端口网络等效电阻Req=Us/IS2。

  图2-4 伏安法 图2-5 半流法

  3)半流法。条件同上,只是在上述电路中再串进一个可调电位器Rw(去掉Rw短接线)如图2-5所示,外加电源Us电压10V不变。当调Rw使电流表指示为伏安法时电流表的指示的一半时,即I's2=Is2/2,此时电位器Rw的值等于一端口网络等效电阻Req,断开电流表和外加电源Us,测Rw值就等于是及Req,结果记入附本表2-3。

  4)半压法。半压法简单、实用,测试条件同上,见图2-6。把1、2两端直接相连,外加电源Us=10V,调Rw使URw=(1/2)Us时,说明Rw值即等于一端口网络等效电阻Req,断开外接电源Us,再测量Rw的值,结果记入附本表2-3。

  5)直接测量法。当一端口网络内部无源时,如图2-7所示,可用万用表欧姆档测量或直流电桥直接测量1-1'两端电阻Req (此种方法只适用于中值、纯电阻电路),测试结果记入附本表2-3中。

  图2-6 半压法 图2-7 直接测量法

  说明:以上各方法测出的值均记入附本表2-3中,计算后进行比较,并分析判断结果是否正确。 (3)验证戴维南定理,理解等效概念:

  1)戴维南等效电路外接负载。如图2-8(a)所示,首先组成一个戴维南等效电路,即用外电源Us(其值调到附本表2-2用直接测量法测得的Uoc值)与戴维南等效电阻R5=Req相串后,外接R5=100Ω的负载,然后测电阻R6两端电压UR6和流过R6的电流值IR6,记入附本表2-4。

  图2-8 验证戴维南定理

  (a)戴维南等效电路端口负载R6;(b)N网络的端口接负载R6

  2)N有源网络1-1'端口外接负载。如图2-8(b)所示,同样接R6=100Ω的负载,测电压UR6与电流IR6,结果记入附本表2-4中,与1)测试结果进行比较,验证戴维南定理

  (4)验证诺顿定理,理解等效概念:

  1)诺顿等效电路外接负载。如图2-9(a)所示,首先组成一个诺顿等效电路,即用外加电流源Is(其值调到附本表2-3中开路电压、短路电流法测得的短路电流Isc值)与戴维南等效电阻R5=Req并后,外接R6=100Ω的负载,然后测电阻R6两端电压UR6和流过R6的电流值IR6,记入本表2-5。采用此方法时注意,由于电流源不能开路,具体操作要在教师具体指导下进行,否则极易损坏电流源。

  图2-9 验证诺顿定理等效电路

  (a)诺顿等效电路端口接负载R6;(b)N网络的端口接负载R6

  2)与上述(3)之2)中的测试结果进行比较,参阅图2-8(b),验证诺顿定理。  五、测试记录

  表2-1 戴维南等效参数计算

  表2-2 等效电压源电压Uoc测量结果

  表2-3 戴维南等效电阻Req测量(计算)结果

  表2-4 验证戴维南定理

  指导教师签字: 年 月 日

  六、实验注意事项

  (1)USN是N网络内的电源,Us是外加电源,接线时极性位置,电压值不要弄错。

  (2)此实验是用多种方法验证比较,测量中一定要心中有数,注意各种方法的特点、区别,决不含糊,否则无法进行比较,实验也将失去意义。

  (3)发光管是用作直接观察电路中有否电流、电流的方向及判断两点是否接近等电位用。但因发光管是非线性元件,电阻较大,不管那种方法,只要测量电流、电压时就把它短接掉,即用短线插到发光管两头的N2、N3插孔即可。  (4)测量电流、电压时都要注意各表极性、方向和量程的正确选择。测量时要随时与事先计算的含源一端口网络的等效电阻、开路电压、短路电流等值进行比较,以保证测量结果的准确。

  七、预习及思考题

  (1)根据附本表2-1中一端口网络的参数,计算开路电压Uoc、短路电流Isc和等效电阻Req,并将结果记入该表中。

  (2)用开路电压、短路电流法测量等效电阻时,开路电压、短路电流是否可以同时进行测量,为什么?


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