基尔霍夫定律的验证
一.实验目的
1.验证基尔霍夫定律,加深对基尔霍夫定律的理解;
2.掌握直流电流表的使用以及学会用电流插头、插座测量各支路电流的方法;
3.学习检查、分析电路简单故障的能力。
二.原理说明
1.基尔霍夫定律
基尔霍夫电流定律和电压定律是电路的基本定律,它们分别用来描述结点电流和回路电压,即对电路中的任一结点而言,在设定电流的参考方向下,应有ΣI =0,一般流出结点的电流取正号,流入结点的电流取负号;对任何一个闭合回路而言,在设定电压的参考方向下,绕行一周,应有ΣU =0,一般电压方向与绕行方向一致的电压取正号,电压方向与绕行方向相反的电压取负号。
在实验前,必须设定电路中所有电流、电压的参考方向,其中电阻上的电压方向应与电流方向一致,见图8-1所示。
2.检查、分析电路的简单故障
电路常见的简单故障一般出现在连线或元件部分。连线部分的故障通常有连线接错,接触不良而造成的断路等;元件部分的故障通常有接错元件、元件值错,电源输出数值(电压或电流)错等。
故障检查的方法是用用万用表(电压档或电阻档)或电压表在通电或断电状态下检查电路故障。
(1)通电检查法:在接通电源的情况下,用万用表的电压档或电压表,根据电路工作原理,如果电路某两点应该有电压,电压表测不出电压,或某两点不应该有电压,而电压表测出了电压,或所测电压值与电路原理不符,则故障必然出现在此两点间。
(2)断电检查法:在断开电源的情况下,用万用表的电阻档,根据电路工作原理,如果电路某两点应该导通而无电阻(或电阻极小),万用表测出开路(或电阻极大),或某两点应该开路(或电阻很大),而测得的结果为短路(或电阻极小),则故障必然出现在此两点间。
本实验用电压表按通电检查法检查、分析电路的简单故障。
三.实验设备
1.直流数字电压表、直流数字毫安表(根据型号的不同,EEL—Ⅰ型为单独的MEL-06组件,其余型号含在主控制屏上)
2.恒压源(EEL—Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ均含在主控制屏上,根据用户的要求,可能有两种配置(1)+6 V(+5V),+12V,0~30V可调或(2)双路0~30V可调。)
3.EEL-30组件(含实验电路)或EEL-53组件
四.实验内容
实验电路如图8-1所示,图中的电源US1用恒压源中的+6V(+5V)输出端,US2用0~+30V可调电压输出端,并将输出电压调到+12V(以直流数字电压表读数为准)。实验前先设定三条支路的电流参考方向,如图中的I1、I2、I3所示,并熟悉线路结构,掌握各开关的操作使用方法。
1.熟悉电流插头的结构,将电流插头的红接线端插入数字毫安表的红(正)接线端,电流插头的黑接线端插入数字毫安表的黑(负)接线端。
2.测量支路电流
将电流插头分别插入三条支路的三个电流插座中,读出各个电流值。按规定:在结点A,电流表读数为‘+’,表示电流流出结点,读数为‘-’,表示电流流入结点,然后根据图8-1中的电流参考方向,确定各支路电流的正、负号,并记入表8-1中。
表8-1 支路电流数据
各元件电压(V) |
US1 |
US2 |
UR1 |
UR2 |
UR3 |
UR4 |
UR5 |
计算值(V) |
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测量值(V) |
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相对误差 |
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4.检查、分析电路的简单故障(EEL—Ⅴ型无此实验)
在图8-1实验电路中,用选择开关已设置了开路、短路、元件值、电源值错误等故障,用电压表按通电检查法检查、分析电路的简单故障:首先用选择开关选择‘正常’,在单电源作用下,测量各段电压,记入自拟的表格中,然后分别选择‘故障1~5’,测量对应各段电压,与‘正常’时的电压比较,并将分析结果记入表8-3中。
表8-3 故障原因
故障1 |
故障2 |
故障3 |
故障4 |
故障5 |
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五.实验注意事项
1.所有需要测量的电压值,均以电压表测量的读数为准,不以电源表盘指示值为准。
2.防止电源两端碰线短路。
3.若用指针式电流表进行测量时,要识别电流插头所接电流表的“+、-”极性,倘若不换接极性,则电表指针可能反偏(电流为负值时),此时必须调换电流表极性,重新测量,此时指针正偏,但读得的电流值必须冠以负号。
六.预习与思考题
1.根据图8-1的电路参数,计算出待测的电流I1、I2、I3和各电阻上的电压值,记入表8-2中,以便实验测量时,可正确地选定毫安表和电压表的量程;
2.在图8-1的电路中,A、D两结点的电流方程是否相同?为什么?
3.在图8-1的电路中可以列几个电压方程?它们与绕行方向有无关系?
4.实验中,若用指针万用表直流毫安档测各支路电流,什么情况下可能出现毫安表指针反偏,应如何处理,在记录数据时应注意什么?若用直流数字毫安表进行测量时,则会有什么显示呢?
七.实验报告要求
1.回答思考题;
2.根据实验数据,选定实验电路中的任一个结点,验证基尔霍夫电流定律(KCL)的正确性;
3.根据实验数据,选定实验电路中的任一个闭合回路,验证基尔霍夫电压定律(KCL)的正确性;
4.列出求解电压UEA和UCA的电压方程,并根据实验数据求出它们的数值;
5.写出实验中检查、分析电路故障的方法,总结查找故障的体会。
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