第 17 章电路定理

第17章电路定理 通过验证性仿真实训，加深对基尔霍夫定律、戴维南定理、诺顿定理和叠加定理等电路基本定理的理解，加深对电路基本定理普遍性的认识。 1.实训目的

2.实训内容 1）基尔霍夫定律的实验研究（验证性仿真实训）。 2）戴维南定理和诺顿定理的实验研究（验证性仿真训）。 3）叠加定律的实验研究（验证性仿真实训）。

17.1基尔霍夫定律的实验研究 17.1.1 实训目的 1）加深对电路基本定律普遍性的理解。 2）验证基尔霍夫电流定律和电压定律。 3）初步掌握基尔霍夫定律的仿真实验研究方法。

16.1.2 实训原理 基尔霍夫定律是电路中最基本定律之一，包括两个定律： 1. 基尔霍夫电流定律 KCL 在任一时刻，流入任一节点的电流之和等于流出该节点的电流之和。换言之，就是在任一时刻，流入到电路任一节点的电流的代数和为零，即∑I＝0。 2. 基尔霍夫电压定律 KVL 在任一时刻，电路中任一闭合回路内各段电压的代数和恒等于零。换言之，沿闭合回路环行一周，电压升之和等于电压降之和。即∑U＝0。

16.1.3 实训指导 1）打开工作界面，创建KCL与KVL测试电路。 2）从基本元件库中选用电阻和开关，从电源库中选用电压源，从指示器件库中选用电压表和电流表。 3）进行基尔霍夫电流定律好电压定律的仿真实验研究。

17.1.4 实训内容与步骤 创建电路如图17-1所示。电路参数：直流电源V1＝10V，V2＝15V，R1＝20Ω，R2＝20Ω，R3＝30Ω，J1、J2为单刀开关。 1.基尔霍夫电流定律验证图17-1 基尔霍夫电流定律验证电路

操作步骤 1）当双电源V1和V2共同作用时，观察各支路电流值I1、I2和I3的变化（要注意电流的方向），将测量结果填入表17-1中，并验证电流关系：∑I＝I1＋I2＋I3＝0。 2）当电源V1或V2单独作用时，观察各支路电流值I1、I2和I3的变化（要注意电流的方向），将测量结果填入表17-1中，并验证电流关系：∑I＝I1＋I2＋I3＝0。

仿真电路如图17-2所示，电路参数不变，三块电压表并联在支路上，分别测量各支路的电压值。仿真电路如图17-2所示，电路参数不变，三块电压表并联在支路上，分别测量各支路的电压值。 2.基尔霍夫电压定律验证图17-2 基尔霍夫电压定律验证电路

操作步骤 1）当双电源V1和V2共同作用时，观察各支路电压值的变化，测量回路ABOA与回路BCOB中各支路电压值（要注意电压的极性），将测量结果分别填入表17-2、表17-3中,并验证电压关系：∑U＝0。 2）当电源V1或V2单独作用时，测量各回路电压值，将测量结果分别填入表17-4和表17-5中，并验证电压关系：∑U＝0。

17.1.5 实验研究 1）改变电路中元器件的参数并进行验证。 2）改变实验电路中电压源的参数并进行验证。 3）独立设计一个更简单电路来验证KCL和KVL的正确性。

17.1.6 实训报告 主要内容： 1）实训目的、基本原理、电路图、元器件和所需仪表等。 2）实训内容与操作步骤。 3）参数测量与分析。 4）实验研究结果。 5）实训总结。

17-1 实训项目完 机械工业出版社印制

17.2戴维南定理和诺顿定理的实验研究 17.2.1 实训目的 1）加深对戴维南定理和诺顿定理的理解。 2）熟悉有源二端网络的外特性和测试方法。 3）掌握戴维南定理与诺顿定理等效互换的实验方法。

17.2.2 实训原理 1. 戴维南定理任何一个线性含独立电源的二端网络，都可用一个电压源US与内阻R0相串联模型来代替，电压源的电压等于该网络的开路电压UOC，内阻R0等于该网络中所有电源为零时（电压源短路，电流源开路）的端口网络电阻。

2. 诺顿定理 诺顿定理是戴维南定理的对偶形式。任何一个线性含独立电源的二端网络，都可用一个电流源IS与内阻R0并联模型来代替，电流源的电流等于该网络的短路电流ISC，内阻R0等于该网络中所有电源为零时（电压源短路，电流源开路）的端口网络电阻。

17.2.3 实训指导 1）打开工作界面，创建戴维南定理和诺顿定理的仿真实验电路。 2）从基本元件库中选用电阻，从电源库中选用电压源，从指示器件库中选用电压表和电流表，从仪表库中选取万用表。 3）进行戴维南定理好诺顿定理的仿真实验研究。

17.2.4 实训内容与步骤 电路如图17-3所示。电路参数：电压源V1＝14V，V2＝9V，R1＝20Ω，R2＝5Ω，R3＝6Ω。测试开路电压Uoc、等效电阻R0和流经负载电阻R3的电流I。 1.戴维南定理验证图17-3 有源二端网络实验电路

1) 测量开路电压UOC 断开负载R3（即RL），将二端网络端口开路，用电压表直接测端口电压UOC，如图17-4所示。 2) 求等效电阻R0 先“除源”，把网络中所有电流源开路，所有电压源短路，然后在端口用万用表测R0的阻值，如图17-5所示。 3) 戴维宁等效电路开路电压UOC与内阻R0相串联构成戴维南等效电路，用电流表测流经R3的电流I，如图17-7所示。操作步骤

电路如图17-8所示，电路参数：电压源V1＝10V，电流源I1＝1A，R1＝20Ω，R2＝10KΩ，R3＝30Ω，R4＝10Ω，测试短路电流ISC和等效电阻R0。 2.诺顿定理验证图17-8 有源二端网络实验电路

1) 将R4短路，求短路电流ISC 断开负载电阻R4，将二端网络端口短路，用电流表测短路电流ISC，如图17-9所示。 2) 求等效电阻R0 先“除源”，把网络中所有电流源开路，所有电压源短路，然后在端口用万用表测R0的阻值，如图17-10所示。 3) 诺顿等效电路短路电流ISC与内阻R0相并联构成诺顿等效电路，用电流表测流经R4的电流I，如图17-12所示。操作步骤

17.2.5 实验研究 1) 改变实验电路中元器件参数并进行验证。 2）改变电压源或电流源的参数并进行验证。 3）独立设计一个更简单电路来验证戴维宁定理和诺顿定理。

17.3叠加定理的实验研究 17.3.1 实训目的 1）通过仿真实训，加深对线性电路叠加性的理解。 2）掌握叠加定理的实验研究方法。 3）验证线性电路的叠加性。

17.3.2 实训原理 在线性电路中，当有多个独立电源同时作用时，各支路的电流或电压等于各个独立源单独作用时在该支路产生的电流或电压的代数和，这就是叠加定理。

应用叠加定理时注意： 1）每次选取一个电源单独作用于电路，其余电源皆置为零。 2）在各个独立电源单独作用时，不作用的电压源，令其短路；不作用的电流源，令其开路。原电路中的电阻保持不变。 3）叠加时，电流和电压的正负值由参考方向的选择而定。 4）在线性电路中，功率是电压或电流的二次函数，叠加定理不适用于功率计算。

17.3.3 实训指导 1）打开工作界面，创建仿真实验电路。 2）从元器件库中选用电阻，从电源库中选用电压源和电流源，从指示器件库中的选用电压表和电流表。 3）执行叠加定理的验证。

17.3.4 实训内容与步骤 电路如图17-13所示。电路参数：电流源I1＝10A，电压源V1＝28V，V2＝18V，R1＝40Ω，R2＝10Ω，R3＝12Ω。送电后，三个独立源共同作用，电流表显示5A，电压表显示60V。图17-13 验证叠加定理实验电路

1）当电流源I1单独作用时，电压源V1和V2短路，R1、R2和R3保持不变，如图17-14所示。1）当电流源I1单独作用时，电压源V1和V2短路，R1、R2和R3保持不变，如图17-14所示。 2）当电压源V1单独作用时，电流源I1开路，电压源V2短路，R1、R2和R3保持不变，如图17-15所示。 3）当电压源V2单独作用时，电流源I1开路，电压源V1短路，R1、R2和R3保持不变，如图17-16所示。 4）根据电流源I1、电压源V1和电压源V2单独作用的测量结果，验证叠加定理的正确性。操作步骤

17.3.5 实验研究 1）改变电路中电阻的参数并进行验证。 2）改变电路中电压源或电流源的参数并进行验证。 3）独立设计一个更简单电路验证叠加定理。

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