实验一   叠加原理的验证

一、实验目的

1.验证线性电路叠加原理的正确性，从而加深对线性电路的叠加性和齐次性的认识和理解。

2.加深理解叠加原理对非线性电路不适用。

二、原理说明

1.线性电路的叠加性：在有几个独立源共同作用下的线性电路中，任何一条支路的电流或电压，都可以看成是由每一个独立源单独作用时在该支路所产生的电流或电压的代数和。

2.线性电路的齐次性：当激励信号（某独立源的值）增加或减小K倍时，电路的响应（即电路中各支路的电流和电压值）也将增加或减小K倍。

某独立源单独作用是指：在电路中将该独立源之外的其他独立源“去掉”，即电压源用短路线取代，电流源用开路取代，受控源保持不变。

对含非线性元件（如二极管）的电路，叠加原理不适用。

叠加原理一般也不适用于“功率的叠加”，P＝（Σ I）·（ΣU）≠Σ IU

三、实验仪器设备

1、台式数字万用表DM-441B

2、KHDL-3实验箱

四、实验内容与步骤

实验线路如图1-1所示，途中虚线的地方用导线连接起来。

1、令电源E1单独作用时（将开关S1掷向E1侧，开关S2投向短路侧），用数字万用表测量各支路电流及电路中指定两点间的电压，数据记入表格1-1。

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图1-1  叠加原理的验证

表1-1  线性电路叠加原理的验证

2.令电源E2单独作用时（将开关S1投向短路侧，开关S2投向E2侧），重复实验步骤2的测量和记录。

3.令E1和E2共同作用时（开关S1和S2分别投向E1和E2侧），重复上述的测量和记录。

4.将E2的数值增大两倍，调至(＋12V)，重复上述第3项的测量并记录。

5.将R5换成一只二极管1N4007（即将开关S3投向二极管D侧）重复1～4的测量过程，数据记入表1-2中。（★选做内容）

表1-2  含二极管的非线性电路

五、实验注意事项

    1．应严格按照图中所给电流或电压参考方向正确连接万用表的红黑表笔。

例如，测量I1电流时，先将AB之间的导线拔下，然后将万用表设置为测量直流电流的状态，将红表笔接入左边的插孔，黑表笔接入右边的插孔，保证在给定的电流参考方向下，电流始终从红表笔流入，黑表笔流出。

测量电压时，应将万用表设置为测量直流电压的状态，且红表笔始终与假想的高电位点连接，黑表笔始终与假想的低电位点连接。如，测量UAB电压时，红表笔接A点，黑表笔接B点；测UDA时，红表笔接D点，黑表笔接A点。

    2．实验过程中，为了保证仪表的安全，避免在测完电流后没有及时切换万用表测量状态，而直接去测电压导致烧表事故发生，最好先把表格中所有的电压测完之后，再去测电流。

    3．正确选用仪表量程并注意及时更换。

测量各项参数时应注意量程的合理选择。使用数字万用表时，一般所选择的量程应遵循一个原则：即让被测电量的值尽可能接近所选量程的最大值。

    4．在测量中如果万用表显示屏出现4个或5个零同时闪烁，表示“超量程”了，即被测电量超过所选量程的最大值，这时应及时将量程切换到较大一档。

六、预习思考题

1.叠加原理中E1、E2分别单独作用，在实验中应如何操作？可否直接将不作用的电源（E1或E2）置零（短接）？

2.实验电路中，若有一个电阻器改为二极管，试问叠加原理的迭加性与齐次性还成立吗？为什么？

七、实验报告

1.根据所测实验数据，归纳、总结实验结论，即验证线性电路的叠加性与齐次性。

2.各电阻器所消耗的功率能否用叠加原理计算得出？试用上述实验数据，进行计算并作结论。

3.通过表1-2所测实验数据，你能得出什么样的结论？(选做)

4.本次实验的收获与体会。