实验2--验证叠加原理

验证叠加原理

一． 实验目的

1． 验证叠加定理，加深对该定理的理解 2． 掌握叠加原理的测定方法 3． 加深对电流和电压参考方向的理解 二． 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R 1上产生的电压、电流分别为U 1、I 1，在电阻R 2上产生的电压、电流分别为U 2、I 2，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。 （1） 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'

1U 、'

2U 、'

1I 、'

2I ，如图5-1(b)所示。

（2） 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"

1U 、"

2U 、"

1I 、"

2I ，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。

"1'11U U U +=

"

2'22U U U +=

"1'11I I I +=

式（5-1）

"2'22I I I +=

三． 实验设备

名称 数量 型号 1． 直流稳压电源 1台 0~30V 可调 2． 固定稳压电源 1台 +15V 3． 万用表 1台

4． 电阻 3只 51Ω*1 100Ω*1 330Ω*1 5． 短接桥和连接导线 若干 P8-1和50148 6． 实验用9孔插件方板 1块 297mm ×300mm

四． 实验步骤

1． 按图5-2接线，取直流稳压电源U S1=10V ，U S2=15V ，电阻R 1=330Ω，R 2=100Ω，R 3=51。

图5-2 验证叠加原理的实验线路

2． 当U S1、U S2两电源共同作用时，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U S1；用短接桥（或导线）将“6”和“4”连接起来，接通电源U S2，分别测量电流I 1、I 2、I 3和电压U 1、U 2、U 3。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。

3． 当电源U S1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U S1；将“6”和“3”连接起来，使电源U S2不作用。分别测量电流'

1I 、'

2I 、'

3

I 和电压'

1U 、'

2U 、'

3U 。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。

4． 当电源U S2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U S1不工作；将“6”和“4”连接起来，接通电源U S2。分别测量电流"

1I 、"

2I 、"

3

I 和电压"

1U 、"

2U 、"3U 。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)

U S1、U S2共同作用

I1I2I3U1U2U3 0.013 -0.095 0.108 4.40 -9.37 5.56

U S1

单独作用

'

1

I'

2

I'

3

I'

1

U'

2

U U’3 0.027 0.009 0.019 9.01 0.98 0.92

U S2

单独作用

"

1

I"

2

I"

3

I"

1

U"

2

U"

3

U -0.014 -0.103 0.090 -4.63 -10.30 4.64

验证叠加原理

"

1

'

1

1

I

I

I+

="

2

'

2

2

I

I

I+

="

3

'

3

3

I

I

I+

="

1

'

1

1

U

U

U+

="

2

'

2

2

U

U

U+

="

3

'

3

3

U

U

U+

=

∆I=0.000 ∆I=0.001 ∆I=0.001 ∆U=0.02 ∆U=0.05 ∆U=0.00

五．注意事项

1．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。

2．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。

六．分析和讨论

1．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？

2．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。3．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？

4．把U S2用恒流源代替，思考如何安排电路原理图？

答：

1.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。

2.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。

3.通过计算，三个电阻上的功率不符合叠加原理。

4.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。