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線性電路疊加性和齊次性驗證--電工基本實驗

一．實驗?zāi)康?/strong>
1．驗證疊加原理
2．了解疊加原理的應(yīng)用場合。
3．理解線性電路的疊加性。
二．原理說明
疊加原理指出：在有幾個電源共同作用下的線性電路中，通過每一個元件的電流或其兩端的電壓，可以看成是由每一個電源單獨作用時在該元件上所產(chǎn)生的電流或電壓的代數(shù)和。具體方法是：一個電源單獨作用時，其它的電源必須去掉（電壓源短路，電流源開路）；在求電流或電壓的代數(shù)和時，當(dāng)電源單獨作用時電流或電壓的參考方向與共同作用時的參考方向一致時，符號取正，否則取負(fù)。在圖4－1中：


疊加原理反映了線性電路的疊加性，線性電路的齊次性是指當(dāng)激勵信號（如電源作用）增加或減小Ｋ倍時，電路的響應(yīng)（即在電路其它各電阻元件上所產(chǎn)生的電流和電壓值）也將增加或減小Ｋ倍。疊加性和齊次性都只適用于求解線性電路中的電流、電壓。對于非線性電路，疊加性和齊次性都不適用。
三．實驗設(shè)備
1．直流數(shù)字電壓表、直流數(shù)字電流表；
2．恒壓源（雙路0～30V可調(diào)）；
四．實驗內(nèi)容
實驗電路如圖4－2所示，圖中：,,，圖中的電源U_S1用恒壓源I路0～＋30V可調(diào)電壓輸出端，并將輸出電壓調(diào)到＋12V，U_S2用恒壓源II路0～＋30V可調(diào)電壓輸出端，并將輸出電壓調(diào)到＋6V（以直流數(shù)字電壓表讀數(shù)為準(zhǔn)），開關(guān)S₃投向R₃側(cè)。
1．U_S1電源單獨作用（將開關(guān)S₁投向U_S1側(cè)，開關(guān)S₂投向短路側(cè)），參考圖4－1（b），畫出電路圖，標(biāo)明各電流、電壓的參考方向。
用直流數(shù)字毫安表接電流插頭測量各支路電流：將電流插頭的紅接線端插入數(shù)字電流表的紅（正）接線端，電流插頭的黑接線端插入數(shù)字電流表的黑（負(fù)）接線端，測量各支路電流，按規(guī)定：在結(jié)點A，電流表讀數(shù)為‘＋’，表示電流流入結(jié)點，讀數(shù)為‘－’，表示電流流出結(jié)點，然后根據(jù)電路中的電流參考方向，確定各支路電流的正、負(fù)號，并將數(shù)據(jù)記入

表4—1中。
用直流數(shù)字電壓表測量各電阻元件兩端電壓：電壓表的紅（正）接線端應(yīng)插入被測電阻元件電壓參考方向的正端，電壓表的黑（負(fù)）接線端插入電阻元件的另一端（電阻元件電壓參考方向與電流參考方向一致），測量各電阻元件兩端電壓，數(shù)據(jù)記入表4—1中。
表4—1實驗數(shù)據(jù)一

     測量項目
實驗內(nèi)容 U_S1
(V) U_S2
(V) I₁
(mA) I₂
(mA) I₃
(mA) U_AB
(V) U_CD
(V) U_AD
(V) U_DE
(V) U_FA
(V)

U_S1單獨作用 12 0

U_S2單獨作用 0 6

U_S1, U_S2共同作用 12 6

U_S2單獨作用 0 12

2．U_S2電源單獨作用（將開關(guān)S₁投向短路側(cè)，開關(guān)S₂投向U_S2側(cè)），畫出電路圖，標(biāo)明各電流、電壓的參考方向。
重復(fù)步驟1的測量并將數(shù)據(jù)記錄記入表格4—１中。
3．U_S1和U_S2共同作用時（開關(guān)S₁和S₂分別投向U_S1和U_S2側(cè)），各電流、電壓的參考方向見圖4－2。
完成上述電流、電壓的測量并將數(shù)據(jù)記錄記入表格4—１中。
4．將開關(guān)S₃投向二極管VD側(cè)，即電阻R₅換成一只二極管1N4007，重復(fù)步驟１～3的測量過程，并將數(shù)據(jù)記入表4—２中。
表4—２     實驗數(shù)據(jù)二

     測量項目
實驗內(nèi)容 U_S1
(V) U_S2
(V) I₁
(mA) I₂
(mA) I₃
(mA) U_AB
(V) U_CD
(V) U_AD
(V) U_DE
(V) U_FA
(V)

U_S1單獨作用 12 0

U_S2單獨作用 0 6

U_S1, U_S2共同作用 12 6

U_S2單獨作用 0 12

五．實驗注意事項
1．用電流插頭測量各支路電流時，應(yīng)注意儀表的極性，及數(shù)據(jù)表格中“＋、－”號的記錄。
2．注意儀表量程的及時更換。
3．電壓源單獨作用時，去掉另一個電源，只能在實驗板上用開關(guān)S1或S2操作，而不能直接將電壓源短路。
六．預(yù)習(xí)與思考題
1．疊加原理中U_S1, U_S2分別單獨作用，在實驗中應(yīng)如何操作？可否將要去掉的電源（U_S1或U_S2）直接短接？
2．實驗電路中，若有一個電阻元件改為二極管，試問疊加性還成立嗎？為什么？
七．實驗報告要求
1．根據(jù)表4－1實驗數(shù)據(jù)一，通過求各支路電流和各電阻元件兩端電壓，驗證線性電路的疊加性與齊次性。
2．各電阻元件所消耗的功率能否用疊加原理計算得出？試用上述實驗數(shù)據(jù)計算、說明。
3．根據(jù)表4－1實驗數(shù)據(jù)一，當(dāng)U_S1＝U_S2＝12V時，用疊加原理計算各支路電流和各電阻元件兩端電壓。
4．根據(jù)表4－2實驗數(shù)據(jù)二，說明疊加性和齊次性是否適用該實驗電路。

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測量項目實驗內(nèi)容	U_S1 (V)	U_S2 (V)	I₁ (mA)	I₂ (mA)	I₃ (mA)	U_AB (V)	U_CD (V)	U_AD (V)	U_DE (V)	U_FA (V)
U_S1單獨作用	12	0
U_S2單獨作用	0	6
U_S1, U_S2共同作用	12	6
U_S2單獨作用	0	12

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