实验2验证叠加原理.docx

验证叠加原理

实验目的
验证叠加定理，加深对该定理的理解
掌握叠加原理的测定方法
加深对电流和电压参考方向的理解
实验原理与说明
对于一个具有唯一解的线性电路，由几个独立电源共同作用所形成的各支路电流或电压，是各个独立电源分别单独作用时在各相应支路中形成的电流或电压的代数和。

(a)电压源电流源共同作用电路(b)电压源单独作用电路(c)电流源单独作用电路
图5-1电压源，电流源共同作用与分别单独作用电路

图5-1所示实验电路中有一个电压源Us及一个电流源Is。设Us和Is共同作用在电阻R1上产生的电压、电流分别为U1、I1，在电阻R2上产生的电压、电流分别为U2、I2，如图5-1(a)所示。为了验证叠加原理令电压源和电流源分别作用。当电压源Us不作用，即Us=0时，在Us处用短路线代替；当电流源Is不作用，即Is=0时，在Is处用开路代替；而电源内阻都必须保留在电路中。
设电压源Us单独作用时（电源源支路开路）引起的电压、电流分别为、、、，如图5-1(b)所示。
设电流源单独作用时（电压源支路短路）引起的电压、电流分别为、、、，如图5-1(c)所示。
这些电压、电流的参考方向均已在图中标明。验证叠加定理，即验证式（5-1）成立。

式（5-1）

实验设备
名称数量型号
直流稳压电源1台0~30V可调
固定稳压电源1台+15V
万用表1台
电阻3只51*1100*1330*1
短接桥和连接导线若干P8-1和50148
实验用9孔插件方板1块297mm×300mm

实验步骤
按图5-2接线，取直流稳压电源US1=10V，US2=15V，电阻R1=330，R2=100，R3=51。

图5-2验证叠加原理的实验线路

当US1、US2两电源共同作用时，测量各支路电流和电压值。
选择合适的电流表和电压表量程，及接入电路的极性。用短接桥（或导线）将“5”和“2”连接起来。接通电源US1；用短接桥（或导线）将“6”和“4”连接起来，接通电源US2，分别测量电流I1、I2、I3和电压U1、U2、U3。根据图5-2电路中各电流和电压的参考方向，确定被测电流和电压的正负号后，将数据记入表5-1中。

当电源US1单独作用时，测量各电流和电压的值。
选择合适的电流表和电压表量程，确定接入电路的极性。用短接桥（或导线）将“5”和“2”连接起来，接通电源US1；将“6”和“3”连接起来，使电源US2不作用。分别测量电流、、和电压、、。根据图5-2中各电流和电压的参考方向，确定被测电流和电压的正负号后，将数据记入表5-1中。

当电源US2单独作用时，测量各电流和电压的值。
选择合适的电流表和电压表量程，确定接入电路的极性，用短接桥（或导线）将“5”和“1”连接起来，使电源US1不工作；将“6”和“4”连接起来，接通电源US2。分别测量电流、、和电压、、。根据图5-2中各电流和电压的参考方向，确定被测电流和电压的正负号后，将数据记入表5-1中。

表5-1验证叠加原理实验数据
电源电流(A)电压(V)US1、US2
共同作用I1I2I3U1U2U30.013-0.0950.1084.40-9.375.56US1
单独作用U’30.0270.0090.0199.010.980.92US2
单独作用-0.014-0.1030.090-4.63-10.304.64验证
叠加原理∆I=0.000∆I=0.001∆I=0.001∆U=0.02∆U=0.05∆U=0.00
注意事项
进行叠加原理实验中，电压源Us不作用，是指Us处用短路线代替，而不是将Us
本身短路。
测量电压、电流时，要根据图5-2中各电流和电压的参考方向，来判断实际方向，
若不一致，则在该数值前加“－”号。

分析和讨论
在进行叠加原理实验时，不作用的电压源、电流源怎样处理？为什么？
根据本实验的原理，根据给定的电路参数和电流、电压参考方向，分别计算两电
源共同作用和单独作用时各支路电流和电压的值，和实验数据进行相对照，并加以总结和验证。
通过对实验数据的计算，判别三个电阻上的功率是否也符合叠加原理？
把US2用恒流源代替，思考如何安排电路原理图？
答：
进行叠加原理实验是，在不作用的电压源处用短路线代替，在不作用的电流源处用开路代替，这样处理是为了让电压源和电流源分别作用。
由实验数据及计算后可知：由两电源共同作用时各支路的电流和电压的值等于两电源分别单独作用时各支路的电流和电压的值得代数和。因为实验本身存在的误差，因此，是符合叠加原理的。
通过计算，三个电阻上的功率不符合叠加原理。
将R2于恒流源并联连接，并在恒流源的导线上接上一个开关，这样验证叠加原理时就可以控制恒流源了。