实验二 叠加原理的验证

实验二叠加定理的验证

一、实验目的

1. 学习MULTISIM的使用方法

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

2. 理解线性电路的叠加性和齐次性。

二、实验原理

叠加定理描述了线性电路的可加性或叠加性，其内容是：

在有多个独立源共同作用下的线性电路中，任一电压或电流都是电路中各个独立电源单独作用时，在该处产生的电压或电流的叠加。通过每一个元件的电流或其两端的电压，可以看成是由每一个独立源单独作用时在该元件上所产生的电流或电压的代数和。

齐性定理的内容是：

在线性电路中，当所有激励（电压源和电流源）都同时增大或缩小K倍（K为实常数）时，响应（电压或电流）也将同时增大或缩小K倍。这是线性电路的齐性定理。这里所说的激励指的是独立电源，并且必须全部激励同时增加或缩小K倍，否则将导致错误的结果。显然，当电路中只有一个激励时，响应必与激励成正比。

使用叠加原理时应注意以下几点：

1）叠加原理适用于线性电路，不适用于非线性电路；

2）在叠加的各分电路中，不作用的电压源置零，在电压源处用短路代替；不作用的电流源置零，在电流源处用开路代替。电路中的所有电阻都不予更动，受控源则保留在分电路中；

3）叠加时各分电路中的电压和电流的参考方向可以取为与原电路中的相同。取和时，应注意各分量前的“+”“-”号；

4）原电路的功率不等于按各分电路计算所得功率的叠加，这是因为功率是电压和电流的乘积。

三、实验内容

1.验证叠加定理

（1）将两路稳压源的输出分别调节为6V和12V，接入U

1=6V和U

2

=12V处。依次令

电源单独作用、共同作用，用直流数字电压表和电流表测量各支路电流及各电阻元件两端的电压，数据记入表1。在表1中电流的单位为毫安(mA)，电压的单位为伏特(V)。

图1 叠加原理电路原理图

电路仿真参考图如图2：

图2 Multisim叠加原理仿真电路

.将R5（330Ω）换成二极管1N4007（即将开关K3投向二极管IN4007侧），重复1～4的测量过程，数据记入表4-2。在表4-2中电流的单位为毫安(mA)，电压的单位为伏特(V)。

表1 电阻电路的叠加原理实验数据

实验内容U1U2I1I2I3U AB U CD U AD U DE U FA

U1单独作用6v04.321

mA

-1.19

8mA

3.123

mA

1.198

v

0.395

v

1.593

v

2.204

v

2.204

v

U2单独作用012v -2.39

5mA

7.186

mA

4.79

mA

-7.18

5v

-2.31

7v

2.443

v

-1.22

v

-1.22

v

U1、U2共同作用6v12v 1.925

mA

5.9m

A

7.914

mA

-5.98

8v

-1.97

6v

4.036

v

0.982

v

0.982

v

2.电压源和电流源混合电路的叠加定理验证

电路原理图如图3

电源电流电压

U S1单独作用I1I2I3U1U2U3

0.026A0.22uA0.026A8.661V 1.295uV 1.339V

I S2单独作用I1I2I3U1U2U3

-1.339mA-10mA8.661mA-0.442V-1V0.442V U S1和I S2共同作用I1I2I3U1U2U3

0.025A-10mA0.035A8.22V-1V 1.78V

四、思考题

在线性电路中，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，进行计算并作结论可否用叠加原理来计算电阻消耗的功率。

不能，因为叠加定理只能用于电压、电流的计算，不能用于功率的叠加计算。计算功率时，先采用叠加定理计算出电流I或电压U，然后计算功率。一个电源单独作用时，其他的电压源短路，电流源开路。由于每个电源单独作用，电路结构变得较为简单，计算出所求物理量电压U1、U2、U3或者电流I1、I2、I3然后使用叠加定理：U= U1+U2+U3或者I= I1+I2+I3。

五、实验报告

1.仿真电路

2.填写实验数据表格，进行分析、比较，归纳、总结实验结论，回答思考题。