第 17 章电路定理

普通高等教育“十一五”国家级规划教材

第第 1717 章电路定理章电路定理

1.1. 实训目的实训目的

通过验证性仿真实训，加深对基尔霍夫定律、戴维南定理、诺顿定理和叠加定理等电路基本定理的理解，加深对电路基本定理普遍性的认识。


2.2. 实训内容实训内容

1 ）基尔霍夫定律的实验研究（验证性仿真实训）。 2 ）戴维南定理和诺顿定理的实验研究（验证性仿真训）。 3 ）叠加定律的实验研究（验证性仿真实训）。


17.1 基尔霍夫定律的实验研基尔霍夫定律的实验研究究

17.1.1 实训目的 1 ）加深对电路基本定律普遍性的理解。 2 ）验证基尔霍夫电流定律和电压定律。 3 ）初步掌握基尔霍夫定律的仿真实验研究方法。


16.1.2 实训原理基尔霍夫定律是电路中最基本定律之一，包括两个定律： 1. 基尔霍夫电流定律 KCL 在任一时刻，流入任一节点的电流之和等于流出该节点的电流之和。换言之，就是在任一时刻，流入到电路任一节点的电流的代数和为零，即∑ I ＝ 0 。 2. 基尔霍夫电压定律 KVL 在任一时刻，电路中任一闭合回路内各段电压的代数和恒等于零。换言之，沿闭合回路环行一周，电压升之和等于电压降之和。即∑ U ＝ 0 。


16.1.3 实训指导

1 ）打开工作界面，创建 KCL 与 KVL 测试电路。 2 ）从基本元件库中选用电阻和开关，从电源库中选用电压源，从指示器件库中选用电压表和电流表。 3 ）进行基尔霍夫电流定律好电压定律的仿真实验研究。

普通高等教育“十一五”国家级规划教材17.1.4 实训内容与步骤

1. 基尔霍夫电流定律验证创建电路如图 17-1 所示。电路参数：直流电源 V1 ＝ 10V ，V2 ＝ 15V ， R1 ＝ 20Ω ， R2 ＝ 20Ω ， R3 ＝ 30Ω ， J1 、 J2

为单刀开关。

图 17-1 基尔霍夫电流定律验证电路


操作步骤

1 ）当双电源 V1 和 V2 共同作用时，观察各支路电流值I1 、 I2 和 I3 的变化（要注意电流的方向），将测量结果填入表 17-1 中，并验证电流关系：∑ I ＝ I1 ＋ I2 ＋ I3 ＝ 0 。

2 ）当电源 V1 或 V2 单独作用时，观察各支路电流值 I1 、I2 和 I3 的变化（要注意电流的方向），将测量结果填入表17-1 中，并验证电流关系：∑ I ＝ I1 ＋ I2 ＋ I3 ＝ 0 。


2. 基尔霍夫电压定律验证仿真电路如图 17-2 所示，电路参数不变，三块电压表并联在支路上，分别测量各支路的电压值。

图 17-2 基尔霍夫电压定律验证电路


操作步骤

1 ）当双电源 V1 和 V2 共同作用时，观察各支路电压值的变化，测量回路 ABOA 与回路 BCOB 中各支路电压值（要注意电压的极性），将测量结果分别填入表 17-2 、表17-3 中 , 并验证电压关系：∑ U ＝ 0 。

2 ）当电源 V1 或 V2 单独作用时，测量各回路电压值，将测量结果分别填入表 17-4 和表 17-5 中，并验证电压关系：∑ U ＝ 0 。


17.1.5 17.1.5 实验研实验研究究

1 ）改变电路中元器件的参数并进行验证。 2 ）改变实验电路中电压源的参数并进行验证。 3 ）独立设计一个更简单电路来验证 KCL 和 KVL的正确性。


17.1.6 17.1.6 实训报告实训报告

主要内容： 1 ）实训目的、基本原理、电路图、元器件和所需仪表等。 2 ）实训内容与操作步骤。 3 ）参数测量与分析。 4 ）实验研究结果。 5 ）实训总结。


• 17-1 实训项目完

机械工业出版社印制


17.2 戴维南定理和诺顿定理戴维南定理和诺顿定理的实验研究的实验研究

17.2.1 实训目的 1 ）加深对戴维南定理和诺顿定理的理解。 2 ）熟悉有源二端网络的外特性和测试方法。 3 ）掌握戴维南定理与诺顿定理等效互换的实验方法。


17.2.2 实训原理

1. 戴维南定理任何一个线性含独立电源的二端网络，都可用一个电压源 US 与内阻 R0 相串联模型来代替，电压源的电压等于该网络的开路电压 UOC ，内阻 R0 等于该网络中所有电源为零时（电压源短路，电流源开路）的端口网络电阻。


2. 诺顿定理诺顿定理是戴维南定理的对偶形式。任何一个线性含独立电源的二端网络，都可用一个电流源 IS 与内阻 R0 并联模型来代替，电流源的电流等于该网络的短路电流 ISC ，内阻R0 等于该网络中所有电源为零时（电压源短路，电流源开路）的端口网络电阻。


17.2.3 实训指导

1 ）打开工作界面，创建戴维南定理和诺顿定理的仿真实验电路。 2 ）从基本元件库中选用电阻，从电源库中选用电压源，从指示器件库中选用电压表和电流表，从仪表库中选取万用表。 3 ）进行戴维南定理好诺顿定理的仿真实验研究。


17.2.4 实训内容与步骤1. 戴维南定理验证

电路如图 17-3 所示。电路参数：电压源 V1 ＝ 14V ， V2 ＝9V ， R1 ＝ 20Ω ， R2 ＝ 5Ω ， R3 ＝ 6Ω 。测试开路电压 Uoc 、等效电阻 R0 和流经负载电阻 R3 的电流 I 。

图 17-3 有源二端网络实验电路


操作步骤

1) 测量开路电压 UOC

断开负载 R3 （即 RL ），将二端网络端口开路，用电压表直接测端口电压 UOC ，如图 17-4 所示。 2) 求等效电阻 R0

先“除源”，把网络中所有电流源开路，所有电压源短路，然后在端口用万用表测 R0 的阻值，如图 17-5 所示。 3) 戴维宁等效电路开路电压 UOC 与内阻 R0 相串联构成戴维南等效电路，用电流表测流经 R3 的电流 I ，如图 17-7 所示。


2. 诺顿定理验证

图 17-8 有源二端网络实验电路

电路如图 17-8 所示，电路参数：电压源 V1 ＝ 10V ，电流源 I1 ＝ 1A ， R1 ＝ 20Ω ， R2 ＝ 10KΩ ， R3 ＝30Ω ， R4 ＝ 10Ω ，测试短路电流 ISC 和等效电阻 R0 。


操作步骤

1) 将 R4 短路，求短路电流 ISC

断开负载电阻 R4 ，将二端网络端口短路，用电流表测短路电流 ISC ，如图 17-9 所示。 2) 求等效电阻 R0

先“除源”，把网络中所有电流源开路，所有电压源短路，然后在端口用万用表测 R0 的阻值，如图 17-10 所示。 3) 诺顿等效电路短路电流 ISC 与内阻 R0 相并联构成诺顿等效电路，用电流表测流经 R4 的电流 I ，如图 17-12 所示。


17.2.5 17.2.5 实验研究实验研究

1) 改变实验电路中元器件参数并进行验证。 2 ）改变电压源或电流源的参数并进行验证。 3 ）独立设计一个更简单电路来验证戴维宁定理和诺顿定理。


17.2.6 17.2.6 实训报告实训报告






17.3 叠加定理的实验研究叠加定理的实验研究

17.3.1 实训目的 1 ）通过仿真实训，加深对线性电路叠加性的理解。 2 ）掌握叠加定理的实验研究方法。 3 ）验证线性电路的叠加性。


17.3.2 实训原理

在线性电路中，当有多个独立电源同时作用时，各支路的电流或电压等于各个独立源单独作用时在该支路产生的电流或电压的代数和，这就是叠加定理。


应用叠加定理时注意： 1 ）每次选取一个电源单独作用于电路，其余电源皆置为零。 2 ）在各个独立电源单独作用时，不作用的电压源，令其短路；不作用的电流源，令其开路。原电路中的电阻保持不变。 3 ）叠加时，电流和电压的正负值由参考方向的选择而定。 4 ）在线性电路中，功率是电压或电流的二次函数，叠加定理不适用于功率计算。


17.3.3 实训指导

1 ）打开工作界面，创建仿真实验电路。 2 ）从元器件库中选用电阻，从电源库中选用电压源和电流源，从指示器件库中的选用电压表和电流表。 3 ）执行叠加定理的验证。


17.3.4 实训内容与步骤电路如图 17-13 所示。电路参数：电流源 I1 ＝ 10A ，电压源 V1 ＝ 28V ， V2 ＝ 18V ， R1 ＝ 40Ω ， R2 ＝ 10Ω ， R3 ＝12Ω 。送电后，三个独立源共同作用，电流表显示 5A ，电压表显示 60V 。

图 17-13 验证叠加定理实验电路


操作步骤

1 ）当电流源 I1 单独作用时，电压源 V1 和 V2 短路， R1 、R2 和 R3保持不变，如图 17-14 所示。

2 ）当电压源 V1 单独作用时，电流源 I1 开路，电压源V2 短路， R1 、 R2 和 R3保持不变，如图 17-15 所示。

3 ）当电压源 V2 单独作用时，电流源 I1 开路，电压源V1 短路， R1 、 R2 和 R3保持不变，如图 17-16 所示。

4 ）根据电流源 I1 、电压源 V1 和电压源 V2 单独作用的测量结果，验证叠加定理的正确性。


17.3.5 17.3.5 实验研究实验研究

1 ）改变电路中电阻的参数并进行验证。2 ）改变电路中电压源或电流源的参数并进行验证。3 ）独立设计一个更简单电路验证叠加定理。


17.3.6 17.3.6 实训报告实训报告





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