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工训中心的牛马实验

1. 实验目的

1.熟悉直流电路的测量和分析方法。

2.熟悉直流电源、电压表、电流表的使用法及其特性。

1. 实验仪器和器材

1.实验仪器

   直流稳压电源型号:IT6302 

   台式多用表型号:UT805A

2.实验（箱）器材

  电路实验箱

  元器件：电阻（功率1/2W：100,330,470,510x3,1k）;

  二极管（1N4148）

3.实验预习的虚拟实验平台

   NI Multisim 
3.实验内容

1.测量电阻串联分压电路和并联分流电路。分析：串联电路总电压为器件分压电压之和，并联电路总电流为支路电流之和。

2. 测量直流电源开路电压VS和带负载电压VR。分析:直流电源可等效为一个理想电压源串联内阻r的电路。

3. 测量3回路2激励源电阻线性电路。分析：节点电流之和为零；回路电压之和为零，

 测量2激励源分别单独作用电路时的电压或电流。分析：与2激励源共同作用时值的关系：线性电路可叠加。

4.实验原理

1.电阻串联与并联电路

串联电路电流相同，具有分压作用U=U1+U2

并联电路电压相同，具有分流作用I=I1+I2

 

2.仪器仪表内阻的影响及激励源内阻的测量

a.激励源等效内阻

    激励源可等效为一个理想电压源VS（电流源）和内阻r串联（并联）电路。当外加负载输出电流时，激励源端口电压会下降，内阻大下降多，电流大下降多。等效内阻r的测量：

先测开路电压: US=VS

再测短路电流（内阻大时）: IS

        r=US/IS                       

  或测量外加负载电阻R时的电压（内阻小时）:UR

       r=(US-UR)R/UR

 

差值法

由于直流电压源等效内阻较小，空载与加负载时的电压变化较小，为了减小测量误差常采用差值法测量△U(US-UR)。   

       测量电压时电压表的正极接被测电压源正极，电压表的负极接另外一个比较电压源的正极（两电压源负极相连),将比较电压源的电压调整到被测电压源空载时相同，这时电压表为 0，被测电压源接负载时，电压表为△U

 r=△UR/UR

b.仪器仪表内阻：

     电压表内阻大，电流表内阻小。测量电压与被测电路并联，测量电流要串入被测电路。

    电流表外接时测得的电流为被测电流加电压表内的电流（同时测量电流电压时），电压表内阻越大，测量误差越小；电压表外接时测得的电压为被测器件与电流表内阻串联电路的总电压。

 

3.回路2激励源电阻线性直流电路测量分析

   流向某一节点的电流之和等于由该节点流出的电流之和。

   沿电路中的任一回路绕行一周，在该回路上电动势之和等于各电阻上的电压降之和。

iR1+iR2+iR3=0 （设定方向，如：流出节点2为正）                 

uR1+v1+uR4+uR3=0 （设定方向，如：回路1逆时针为正）

 

4. 线性电路与非线性电路测量

     在线性电路中，任一支路的电流(或电压)可以看成是电路中每一个独立激励源单独作用于电路时，在该支路产生的电流(或电压)的代数和；在非线性电路中（有非线性元器件）不成立。

R3分别在V1,V2单独激励下的(电流)相加的值与前面的值相同：

    iR3（v1+v2）=iR3（v1）+iR3（v2）

 

1. 实验步骤及数据记录

1. 测试电阻串联和并联电路

步骤：

1. 按照实验原理图在实验箱上连接好电路
2. 应用仪器仪表测量各电流和电压
3. 列表记录测量数据

	串联电路Vs=12V	R1=470Ω	R2=1000Ω
I（mA）	8.163	8.163	8.163
U（V）	11.9928	8.1555	3.835

U12=UR1+UR2

	并联Vs=12V	R1=470Ω	R2=1000Ω
I（mA）	37.295	11.922	25.289
U（V）	11.9648	11.9643	11.9625

I=IR1+IR2

实验电路图：

 

结果分析：

由实验数据可得，串联电路中电流处处相等，而电源电源等于各个电阻分得的电压之和。在并联电路中各个之路电压相等，通过干路的电流等于通过各个之路电流的和。实验数据与理想值存在误差，可能是仪器测量不准，元器件老化等原因。

1. 仪器仪表内阻的影响及激励源内阻的测量

步骤：

1.按照实验原理图在实验箱上连接好电路

2.测出开路电压Us

3.测出串联100Ω的R1后的R1的分压UR

4.通过公式求出直流电压源等效电阻

R1=100Ω	开路电压	接R1的电压
U（V）	11.9999	9.771

r=(Us-Ur)R/Ur=22.811Ω

电路连接图

 

分析结果：

由结果分析可得，仪器仪表和激励源存在内阻，它会对测量数据产生一定影响，对测量结果造成误差。

1. 二电压源三个回路电阻电路测试

a.在V1V2电压激励源下的电压(电流)

步骤：

1. 按照原理图寻找需要的电阻
2. 按照原理图连接好电路
3. 测量数据并填入表格
4. 计算流出节点1的电流和:ir1 +ir2 +ir3=0
5. 验证UR1+6+UR3+UR4=0

回路电压								回路电压之和			支路电流			节点电流之和
	V1	V2	UR1	UR2	UR3	UR4	UR5	回路1	回路2	回路3	IR1	IR2	IR3	节点1
V1V2共同作用	5.9943	11.9924	0.98634	6.0066	4.0165	0.99034	1.96702	0.0012	0.0021	0.0006	1.81456	6.022	7.94	0.0021
V1单独作用	5.9870	0	2.1974	1.19717	1.58827	2.2046	0.39142	0.0032	0.0041	0.0022	4.33	1.12708	3.934	0.0053
V2单独作用	0	11.9997	1.213	7.2018	2.431	1.2178	2.3596	0.0011	0.0014	0.0007	2.349	7.198	4.802	0.0022
V1V2单独作用之和	0.9844	6.0047	4.0192	1.10768	1.961	0.9844	6.0047	0.0035	0.0051	0.0031	1.981	6.071	8.736	0.0143

实验电路：

 

Multisim模拟图

 

结果分析：

由实验数据可得，V1V2共同作用时对元件的分压等于V1V2分别作用时的分压之和，同时每个回路的电压之和接近于0。无论是V1V2共同作用还是V1V2分别作用时节点1的电流之和都接近于0，说明流入节点1的电流之和为0。即线性电路可叠加。

1. (选)非线性电路测量

将R1跟换为D1,按步骤3和4，测量器件在激励源单独和共同作用时的电压和电流值，分析测量数据。

回路电压								回路电压之和			支路电流			节点电流之和
	V1	V2	UD1	UR2	UR3	UR4	UR5	回路1	回路2	回路3	IR1	IR2	IR3	节点1
V1V2共同作用	5.9943	11.9924	0.621	-5.87	4.187	-1.192	1.193	0.0012	0.0021	0.0006	2.337	5.876	-8.209	0.0021
V1单独作用	5.9870	0	0.652	1.687	2.244	-3.1	-0.557	0.0032	0.0041	0.0022	6.087	-1.687	-4.399	0.0053
V2单独作用	0	11.9997	-3.326	-6.522	3.326	0.17	2.152	0.0011	0.0014	0.0007	-0.333	6.523	-6.521	0.0022
V1V2单独作用之和	5.9844	12.0047	-2.674	-4.835	5.47	-2.93	1.595	0.0035	0.0051	0.0031	5.754	4.836	10.92	0.0143

Multisim模拟图：

 

结果分析：

由实验数据可得无论V1V2共同作用还是单独作用，每个回路的电压之和都接近与0,但V1V2共同作用时对元件的分压不等于其分别作用时的分压之和，电流同电压一样，但流入节点1的电流之和仍接近0，这与二极管的非线性特性有关。即非线性电路不可叠加。

6.心得总结

1.学习的知识点：学会了如何连接串并联电路并测量元件的电压和指路电流。学会了如何测量计算电压源的等效内阻。学会了测量线性电路和非线性电路的特性。学会了验证认识了误差的产生原因，学习了避免/减少误差的方法

2.掌握的技能：掌握了测量元件电压和电流的技能，学会如何测量电压源等效内阻。熟悉了利用绘图软件绘图的能力。

3.人文：认识到交流效率的重要性。听讲或者观摩网课时的疑问与其思考，不如多余同学老师交流请教。在面对多阶段多人合作的精细操作时，保持高度的耐心和高效的交流是十分必要的。这样间接影响着实验进行的效率。同时，实验安全也十分重要。同时要保护好仪器，测量时要调成相对应的档位，以免烧坏仪表。

4.记忆：课前提前预习，可以极大的知识的记忆程度。同时，及时对知识进行梳理也可以节约大量记忆成本。