一、基尔霍夫电流定律的验证
1.电路课程设计目的
(1)验证基尔霍夫定律的正确性,加深对基尔霍夫定律的理解。 (2)学习使用Multisim仿真软件进行电路模拟。 2.设计仿真电路原理与说明
基尔霍夫定律是电路的基本定律。测量某电路的各支路电流及每个元件两端的电压,应能分别满足基尔霍夫电流定律(KCL)和电压定律(KVL)。即对电路中的任一个节点而言,应有?I?0;对任何一个闭合回路而言,应有?U?0。
运用上述定律时必须注意各支路或闭合回路中电流的正方向,此方向可预先任意设定。
3.电路课程设计内容与步骤
电路
1所示:
图1 列出KCL方程:
I1?I2??I3 ??(1)
列出KVL方程:
(200?200)I1?300I2?12 ??(2)
(500?500)I2?300I3?6 ??(3)
联立以上方程,解得
I1?0.0168A,I2?0.7317?10?3A,I3??0.0175A
且 UFA?200?0.0168?3.360V
UAB?500?0.7317?10?3?0.366V
UAD?300?0.0175?5.250V
UCD?500?(?0.07317?10?3)??0.336V
UDE?200?(?0.0168)??3.360V
如图2所示,设计仿真电路。
图2 Multisim仿真电路 具体步骤:
1.先任意设定三条支路和三个闭合回路的电流正方向。 2.分别将两个直流稳压源接入电路。 3.接入各个电阻。 4.接入电流表和电压表。
5.用直流数字电压表分别测量两路电源及电阻原件上的电压值,并记录。
接入示波器观察波形:
由于电压源是直流稳压的,所以示波器的波形是一条直线。 实验数据表格如下: 被测量 计算值 测量值 相对误差 I1(A) O.0168 0.017 0.0002 I2(mA) O.7317 0.732 0.0003 被测量 计算值 测量值 相对误差 I3(A) -0.0175 -0.018 0.0005 U1(V) 12 12.000 0 U2(V) 6 6.000 0 UFA(V) 3.360 3.366 0.006 UAB(V) 0.366 0.366 0 UAD(V) 5.250 5.268 0.018 UCD(V) -0.336 -0.366 0 UDE(V) -3.360 -3.366 0.006
4.误差分析:
理论计算是理想状态的分析结果,仿真电路比较接近实际测量情况。比如,电压表和电流表都有内阻存在,会对测量产生一定的影响。用示波器观测短路电流时,在短路线上串一微小电阻也会对测试产生一定的误差。 但是我们只要精心准备仿真试验,尽力减小各种因素的影响,就可以得到较好的仿真结果。
5.设计总结
由于刚刚接触Multisim这个软件,一开始对软件的使用还不太熟悉。在设计实验中碰到了一些问题,不过经过不断的修改和重复,最后问题得到了解决。 通过这个实验,我亲自验证了基尔霍夫定律的正确性,加深了对基尔霍夫定律的理解。并且初步学会使用Multisim软件进行电路设计仿真,感觉收获很大。在设计电路时一定要细心谨慎才能做好实验。
二、节点电压法的验证
1.电路课程设计目的
(1)验证节点电压法的正确性
(2)学习使用Multisim仿真软件进行电路模拟。
2.设计仿真电路原理与说明
节点电压法以结点电压作为未知量,应用KCL列出与节点电压数相等的独立方程数,联立求解得节点电压,然后计算支路电流等。
任意选择电路中某一节点作为参考结点,其余结点与此参考节点间的电压分别称为对应的节点电压,节点电压的参考极性均以所对应节点为正极性端,一参考节点为负极性端。
使用节点电压后,电路中所有的回路均自动满足KVL。所以节点电压法中不必再列KVL方程。
3.电路设计内容与步骤
(1)指定参考节点,其余节点与参考节点间的电压就是节点电压,节点电压均以参考节点为负极性端。 (2)列出节点电压方程。
(3)从节点电压法方程解出各节点电压,然后求得各支路电流。 求如图1所示电路中,电流源的端电压以及电压源支路的电流。
图1 _3A1Ω2Ω124Ω32ΩI1 +8VI2 +2V_