基尔霍夫定律验证和电位的测定实验(电工学实验)

基尔霍夫定律验证和电位的测定

一、实验目的

1．验证基尔霍夫电流定律（KCL）和电压定律（KVL）。

2．通过电路中各点电位的测量加深对电位、电压及它们之间关系的理解。3．通过实验加强对参考方向的掌握和运用的能力。

4．训练电路故障的诊查与排除能力。

二、原理与说明

1．基尔霍夫电流定律（KCL）

在任一时刻，流出（或流入）集中参数电路中任一可以分割开的独立部分的端子电流的代数和恒等于零，即：

ΣI=0 或ΣI

入=ΣI

出

式（1-1）

此时，若取流出节点的电流为正，则流入节点的电流为负。它反映了电流的连续性。说明了节点上各支路电流的约束关系，它与电路中元件的性质无关。

要验证基式电流定律，可选一电路节点，按图中的参考方向测定出各支路电流值，并约定流入或流出该节点的电流为正，将测得的各电流代入式（3-1），加以验证。

2．基尔霍夫电压定律（KVL）

按约定的参考方向，在任一时刻，集中参数电路中任一回路上全部元件两端电压代数和恒等于零，即：

ΣU=0 式（1-2）

它说明了电路中各段电压的约束关系，它与电路中元件的性质无关。式（3-2）中，通常规定凡支路或元件电压的参考方向与回路绕行方向一致者取正号，反之取负号。

3．电压、电流的实际方向与参考方向的对应关系

参考方向是为了分析、计算电路而人为设定的。实验中测量的电压、电流的实际方向，由电压表、电流表的“正”端所标明。在测量电压、电流时，若电压表、电流表的“正”端与参考方向的“正”方向一致，则该测量值为正值，否则为负值。

图1-1

4．电位与电位差

在电路中，电位的参考点选择不同，各节点的电位也相应改变，但任意两节点间的电位差不变，即任意两点间电压与参考点电位的选择无关。

三、实验设备

四、实验内容

利用TT-DG-003实验挂箱上的“基尔霍夫定律/叠加原理”线路，按图4-1接线。

图 1-2

验证KCL& KVL

1. 实验前先任意设定三条支路和三个闭合回路的电流正方向。图4-1中的I 1、I 2、I 3的方向已设定。三个闭合回路的电流正方向可设为ADEFA 、BADCB 和FBCEF 。

2. 分别将两路直流稳压源接入电路，令U 1＝6V ，U 2＝12V 。

3. 熟悉电流插头的结构，将电流插头的两端接至数字毫安表的“＋、－”两端。

4. 将电流插头分别插入三条支路的三个电流插座中，读出并记录电流值。

电位的测定

1. 以图4-1中的A 点作为电位的参考点，分别测量B 、C 、D 、E 、F 各点的电位值φ及相邻两点之间的电压值U AB 、U BC 、U CD 、U DE 、U EF 及U FA ，数据列于表中。

2. 以D 点作为参考点，重复实验内容2的测量，测得数据列于表中。 电流插座

五、实验注意事项

1. 本实验线路板系多个实验通用，电位测试实验中不使用电流插头。DG03上的K3应拨向330Ω侧，三个故障按键均不得按下。

2. 所有需要测量的电压值，均以电压表测量的读数为准。U1、U2也需测量，不应取电源本身的显示值。

3. 防止稳压电源两个输出端碰线短路。

4. 用指针式电压表或电流表测量电压或电流时，如果仪表指针反偏，则必须调换仪表极性，重新测量。此时指针正偏，可读得电压或电流值。若用数显电压表或电流表测量，则可直接读出电压或电流值。但应注意：所读得的电压或电流值的正确正、负号应根据设定的电流参考方向来判断。

5. 测量电位时，用指针式万用表的直流电压档或用数字直流电压表测量时，用负表棒（黑色）接参考电位点，用正表棒（红色）接被测各点。若指针正向偏转或数显表显示正值，则表明该点电位为正（即高于参考点电位）；若指针反向偏转或数显表显示负值，此时应调换万用表的表棒，然后读出数值，此时在电位值之前应加一负号（表明该点电位低于参考点电位）。数显表也可不调换表棒，直接读出负值。

六、思考题

1. 实验中，若用指针式万用表直流毫安档测各支路电流，在什么情况下可能出现指针反偏，应如何处理？在记录数据时应注意什么？若用直流数字毫安表进行测量时，则会有什么显示呢？

2. 若以F点为参考电位点，实验测得各点的电位值；现令E点作为参考电位点，试问此时各点的电位值应有何变化？