基尔霍夫定律的验证

基尔霍夫定律的验证

一．实验目的
1．验证基尔霍夫定律，加深对基尔霍夫定律的理解；
2．掌握直流电流表的使用以及学会用电流插头、插座测量各支路电流的方法；
3．学习检查、分析电路简单故障的能力。

二．原理说明
1．基尔霍夫定律
基尔霍夫电流定律和电压定律是电路的基本定律，它们分别用来描述结点电流和回路电压，即对电路中的任一结点而言，在设定电流的参考方向下，应有ΣI ＝0，一般流出结点的电流取正号，流入结点的电流取负号；对任何一个闭合回路而言，在设定电压的参考方向下，绕行一周，应有ΣU ＝0，一般电压方向与绕行方向一致的电压取正号，电压方向与绕行方向相反的电压取负号。
在实验前，必须设定电路中所有电流、电压的参考方向，其中电阻上的电压方向应与电流方向一致，见图8－1所示。
2．检查、分析电路的简单故障
电路常见的简单故障一般出现在连线或元件部分。连线部分的故障通常有连线接错，接触不良而造成的断路等；元件部分的故障通常有接错元件、元件值错，电源输出数值（电压或电流）错等。

故障检查的方法是用用万用表（电压档或电阻档）或电压表在通电或断电状态下检查电路故障。

（1）通电检查法：在接通电源的情况下，用万用表的电压档或电压表，根据电路工作原理，如果电路某两点应该有电压，电压表测不出电压，或某两点不应该有电压，而电压表测出了电压，或所测电压值与电路原理不符，则故障必然出现在此两点间。

（2）断电检查法：在断开电源的情况下，用万用表的电阻档，根据电路工作原理，如果电路某两点应该导通而无电阻（或电阻极小），万用表测出开路（或电阻极大），或某两点应该开路（或电阻很大），而测得的结果为短路（或电阻极小），则故障必然出现在此两点间。
本实验用电压表按通电检查法检查、分析电路的简单故障。

三．实验设备
1．直流数字电压表、直流数字毫安表（根据型号的不同，EEL—Ⅰ型为单独的MEL－06组件，其余型号含在主控制屏上）
2．恒压源（EEL—Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ均含在主控制屏上，根据用户的要求，可能有两种配置（1）＋6 V（+5V），＋12V，0～30V可调或（2）双路0～30V可调。）
3．EEL－30组件（含实验电路）或EEL－53组件

四．实验内容

实验电路如图8－1所示，图中的电源US1用恒压源中的＋6V（＋5V）输出端，US2用0～＋30V可调电压输出端，并将输出电压调到＋12V（以直流数字电压表读数为准）。实验前先设定三条支路的电流参考方向，如图中的I1、I2、I3所示，并熟悉线路结构，掌握各开关的操作使用方法。
1．熟悉电流插头的结构，将电流插头的红接线端插入数字毫安表的红（正）接线端，电流插头的黑接线端插入数字毫安表的黑（负）接线端。
2．测量支路电流
将电流插头分别插入三条支路的三个电流插座中，读出各个电流值。按规定：在结点A，电流表读数为‘＋’，表示电流流出结点，读数为‘－’，表示电流流入结点，然后根据图8－1中的电流参考方向，确定各支路电流的正、负号，并记入表8－1中。
表8－1   支路电流数据

各元件电压（V）	US1	US2	UR1	UR2	UR3	UR4	UR5
计算值（V）
测量值（V）
相对误差

4．检查、分析电路的简单故障（EEL—Ⅴ型无此实验）
在图8－1实验电路中，用选择开关已设置了开路、短路、元件值、电源值错误等故障，用电压表按通电检查法检查、分析电路的简单故障：首先用选择开关选择‘正常’，在单电源作用下，测量各段电压，记入自拟的表格中，然后分别选择‘故障1～5’，测量对应各段电压，与‘正常’时的电压比较，并将分析结果记入表8－3中。
表8－3  故障原因

故障1	故障2	故障3	故障4	故障5

五．实验注意事项

1．所有需要测量的电压值，均以电压表测量的读数为准，不以电源表盘指示值为准。
2．防止电源两端碰线短路。
3．若用指针式电流表进行测量时，要识别电流插头所接电流表的“＋、－”极性，倘若不换接极性，则电表指针可能反偏（电流为负值时），此时必须调换电流表极性，重新测量，此时指针正偏，但读得的电流值必须冠以负号。

六．预习与思考题
1．根据图8－1的电路参数，计算出待测的电流I1、I2、I3和各电阻上的电压值，记入表8－2中，以便实验测量时，可正确地选定毫安表和电压表的量程；
2．在图8－1的电路中，A、D两结点的电流方程是否相同？为什么？
3．在图8－1的电路中可以列几个电压方程？它们与绕行方向有无关系？
4．实验中，若用指针万用表直流毫安档测各支路电流，什么情况下可能出现毫安表指针反偏，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？

七．实验报告要求
1．回答思考题；
2．根据实验数据，选定实验电路中的任一个结点，验证基尔霍夫电流定律（KCL）的正确性；
3．根据实验数据，选定实验电路中的任一个闭合回路，验证基尔霍夫电压定律（KCL）的正确性；
4．列出求解电压UEA和UCA的电压方程，并根据实验数据求出它们的数值；
5．写出实验中检查、分析电路故障的方法，总结查找故障的体会。