基尔霍夫电压定律和电流定律的验证

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,项目,3,基尔霍夫电压定律和电流定律的验证,3,1,1,项目内容,已知线性电路由两直流电压源激励，测量电路中各支路电流和支路电压，对测量数据进行处理分析，验证基尔霍夫电压定律和电流定律在直流电路中应用的正确性。,3,1,项目要求,3,1,2,知识要求,熟悉基尔霍夫电压定律和电流定律，了解电流、电压参考方向的概念，掌握直流电压、直流电流测量的基本方法，了解常用直流电压、直流电流测量设备及工作原理，具有数据处理数据分析的能力。,3,2,相关知识,3,2,1,本章涉及的电路定理及定义,1,、基尔霍夫电压定律和电流定律,2,、电压与电位,3,、电压和电流的参考方向,3,2,2,直流电压的测量,1,、直流电压测量方案,2,、简单模拟直流电压表,3,2,3,直流电流的测量,1,、直流电流测量方案,2,、磁电式电流表,3,、电磁式电流表,4,、数字式万用表测量直流电流的原理,3,2,1,本章涉及的电路定理及定义,1,、基尔霍夫电压定律和电流定律,电压定律说明，在集总电路中，任何时刻，对任一节点，所有支路电流的代数和恒等于零；沿任一回路，所有支路电压的代数和恒等于零。,基尔霍夫定律描述了由于电路元件间的连接而引入的约束关系。在项目,2,中，我们介绍的仅是由电路元件决定的元件约束关系，因此，与项目,2,内容相比，本章涉及内容更全面，是在集总参数电路范围内的测量。,2,、电压与电位,在电路中，电位是指把单位正电荷从无限远处（此处为参考电位点，可假设电位为零，也可为其它任意数值）移到该点所消耗的电能。,在电路中，任意两点之间的电位差，称为电势差或电压。因此，电压仅与电场中的选定的两点位置有关，反映了电场的本质。,一般，我们测量两点之间电压。,3,、电压和电流的参考方向,在电路分析计算时，当涉及某个元件或部分电路的电流或电压时，指定电压或电流的参考方向，这是因为电流或电压的实际方向可能是未知的，也可能是随时间变动的。,指定电压或电流参考方向后，电压或电流就是一个代数量，当测量的实际方向与参考方向一致时，电压或电流为“,+”,值；当实际方向与参考方向不一致时，电压或电流为“,-”,值。,对于数字电压表，数字电流表，测量结果可以直接读数；而对于模拟表指针反偏时，则应立即更换红黑表笔次序，再测试。,3,2,2,直流电压的测量,直流电压的测量一般可采用直接测量法和间接测量法两种。,直接测量法测量时，将电压表直接并联在被测支路的两端，如果电压表的内阻为无限大，则电压表的示值即是被测支路两点间的电压值。,间接测量法则是先分别测量两端点的对地电位，然后求两点的电位差，差值即为要测量的电压值。,1,、直流电压测量方案,（,1,）用数字式万用表测量直流电压,用数字式万用表测量直流电压，可直接显示被测直流电压的数值和极性。,数字式万用表的有效位数较多，精确度高；另外数字万用表直流电压档的输入电阻较高，可达,10M,以上，如,DT-990C,型数字万用表的直流电压档的输入电阻为,20M,，将它并接在被测支路两端对被测电路的影响较小。,（,2,）用模拟式万用表测量直流电压,模拟式万用表的直流电压档由表头串联分压电阻组成，其输入电阻一般不太大，而且各量程档的内阻不同，同一块表，量程越大内阻越大。,在用模拟式万用表测量直流电压时，一定要注意表的内阻对被测电路的影响，否则将可能产生较大的测量误差。,当所用万用表直流电压档的内阻,Rv,与被测电路等效内阻相比不够大时，测量是会带来很大误差的，是测量方法不当引起的系统误差。,模拟式万用表的直流电压档测量电压只适用于被测电路的等效内阻很小或信号源内阻很小的情况。,（,3,）用零示法测量直流电压,从电路分析，第,1,次测量结果中,标准电压,Es,应等于被测直流电压,E,和,50k,电阻的电压代数和，但,事实上电路中没有电流，故标准,电源,Es,的大小，测量值即为被测,电动势,E,的大小。,零示法对可调电压源要求较高，,它必须具有被测电压所有可能,出现的值。,图,3.2,零示法测量直流电压,E=9V,50k,V,+,E,S,（,4,）用电子电压表测量直流电压,一般在放大,检波式的电子电压表中，采用跟随器和放大器等电路提高电压表的输入阻抗和测量灵敏度。可直接测量直流电压。,（,5,）用示波器测量直流电压,用示波器测量电压是一种近似测量法时，因为此时人眼参与读数，可能带来误差较大。,（,6,）微安法测量直流电压,微差法和零示法都是减小系统误差的典型技术，零示法对可调电压源要求较高，因为它必须适应被测电压所有可能出现的值。微差法减低了对可调标准电源的要求，测量电路与零示法相同。,（,7,）含交流成分的直流电压的测量,如果叠加在直流电压上的交流成分具有周期性，可直接用模拟式电压表测量其直流电压的大小。,2,、简单模拟直流电压表,(1),单量程电压表,(2),多量程电压表,图,3.3,单量程直流电压表原理图,+,R,V,R,g,I,0,图,3.4,多量程直流电压表原理图,R,V1,R,g,I,0,U,1,U,2,U,3,U,4,R,V2,R,V3,R,V4,3,2,3,直流电流的测量,电流的测量一般采用直接测量法和间接测量法两种方法。相对而言，直接测量法使用更广泛。,采用间接测量的原因主要有二个，一是模拟式电流表的阻抗不能做到很小，更不可能接近于零。所以，将电流表串入被测量电路测量电流时，电流表本身的内阻将给电路带来一定的影响。二是电流的直接测量必须将电流表串联在电路中，这样，为了测定电流，必须断开电路，给测量带来麻烦。,1,、直流电流测量方案,直流电流一定要用直流结构的电流表来测量，不能用交流电流表来测量。,（,1,）用模拟式万用表测量,将模拟万用表串联在被测电路中测量，因此表的内阻可能影响电路的工作状态，使测量结果出错，也可能由于量程不当而烧坏万用表。,（,2,）用数字式万用表测量,数字式万用表同样是将万用表串联在被测电路中的。,（,3,）用间接测量法测量直流电流,取样电阻的取值对被测电路的影响越小越好。,2,、磁电式电流表,（,1,）工作原理,表头可直接作为电流表使用。但直接采用表头测量，只能测量直流。,（,2,）量程扩展,量程的扩大通过并联不同的分流电阻实现，电流表的内阻随量程的大小而不同，量程越大，测量机构流过的电流越大，分流电阻越小，电流表对外显示的总内阻也越小。,A1,B,R,R,g,I,x,I,0,S,A,B,3,1,2,R,1,R,2,R,3,R,g,3,、电磁式电流表,(1),工作原理,电磁式仪表既可测直流，也可测交流。这是与磁电式仪表不同的。,（,2,）量程扩展,一般采用加粗线径和减少匝数的办法。但线径也不能太粗，否则重量太大。,图,3.7,多量限电流表的线路,I,2I,4I,3,、数字式万用表测量直流电流的原理,图,3.8,数字式万用表的测量过程,转换电路,被测信号,模拟电压,A/D,转换器,电子计数器,译码显示器,数字量,图,3.9,电流,-,电压转换电路,20A,R,N3,K,1,K,2,K,3,K,4,K,5,R,N1,R,N2,R,N4,R,N5,200mA,20mA,2mA,I,x,2A,电流表的两种外形图,3,3,项目实施,3,3,1,所需实验设备和附件,1,、双路输出直流稳压电源,1,台,2,、直流毫安表,2,只,3,、,UT56,数字多用表,1,台,4,、,1k,电阻,3,只,5,、测试连接线 若干,2,3,2,实施步骤,1,、实验原理,2,、实验内容与步骤,3,、结果记录和分析,图,3.1,基尔霍夫电路验证电路,+,U,2,-,B,+,U,1,-,A,I,1,D,C,I,2,I,3,R,3,R,2,R,1,3,4,1,输入电阻 的测量,3,4,2,输出电阻 的测量,3,4,3,直流电子负载,电子负载即电子负荷。静态的负载可以是电阻性器件、电容性器件或电感性器件。,电子负载形式比较复杂，可能恒定电阻负载、恒定电流负载，恒定电压负载，或是动态负载，如负载消耗的功率是时间的函数等，可以具备恒定电流、恒定电阻、恒定电压、动态负载及短路负载工作方式。,3,4,扩展知识,