实验三 叠加原理的验证实验

实验三叠加原理的验证实验

一、实验目的

1、通过实验验证叠加原理。

2、通过实验加深对叠加原理的理解。

二、实验原理

叠加原理：在线性电路中，任何一条支路中的电流或电压，都可以看是由电路中的各个电源(电压源或电流源)分别作用时(其它电压源短路;电流源开路)在此支路中所产生的电流或电压的代数和。下以两个例子来说明。

（a）（b）（c）

图3-1 两个电压源叠加原理电路

在图3-1 (a) 所示的电路中有两个电压源作用，根据叠加原理其中某个支路中的电流等于电压U A单独作用时（如图3-1 (b)所示）与电压源U B单独作用时（如图3-1(c)所示）在该支路产生的电流的代数和。因此，在上述的三个图中有如下关系成立：

I1 = I1' I1"；I2 = I2"I2'；I3 = I3' + I3"

在图3-2 (a)所示电路中有一个电压源和一个电流源共同作用，根据叠加原理其中某个支路的电流等于电压U S单独作用时（如图3-2 (b)所示）与电流源I S单独作用时（如图3-2(c)所示）在该支路产生的电流的代数和。

（a）（b）（c）

图3－2电压源与电流源叠加原理电路

同理，在上述的三个图中有如下关系成立：

I1 = I1' I1"；I2 = I2"；I3 = I3' + I3"

三、实验内容及步骤

叠加原理仿真验证实验电路图如下所示，两个直流电源E1、E2共同作用于电路中，通

过改变三个电流表的位置可设定电流I1、I2为流入结点a的方向，电流I3为流出结点a的方向。实验过程中，首先在只有电压源E1单独作用时测得第1组数据I1' 、I2' 、I3'；然后在只有电压源E2单独作用时测第2组数据I1" 、I2"、I3"；最后将两个电压源E1、E2均接入电路，测第3组数据I1、I2、I3。由于三次测量电流表的接入方式没有变化，所以I1' 、I1"、I1这三个电流量方向相同，同理，I2' 、I2"、I2的方向相同，I3'、I3"、I3的方向也是相同的。故根据叠加原理可得如下关系：

I1 = I1' +I1"；I2 = I2'+I2"；I3 = I3' + I3"

若测量得到的三组数据符合上述规律，则叠加原理得以验证。

图3 - 3 叠加原理仿真实验电路图

本次实验要在三种电路连接下测量数据，要达到这个目的，一种方法是绘制三幅电路图，但这种方法比较麻烦，所以为方便起见，绘图时引入了单刀双置开关（Switch），使得在一张电路图中可同时实现这三种状态。在开关的元器件属性（Switch Properties）对话框中V alue/Key后的框中改变原来默认的“Space”为自定义的字母或数字等符号，即可改变开关的控制键。上图中应用了两组开关，E1两端的S1、S2为第一组，E2两端的S3、S4为第二组，每组公用一个控制键，如图中所示，控制键A同时控制S1、S2，控制键B同时控制S3、S4。

实验步骤如下：

(1)打开EWB软件，选中主菜单Circuit/Schematic Options/Grid选项中的Show grid，使得

绘图区域中出现均匀的网格线，并将绘图尺寸调节到最佳。

(2)在Sources元器件库中调出1个Ground（接地点）和2个Battery（直流电压源）器件，

从Basic元器件库中调出5个Resistor（电阻）和4个Switch（开关）器件，最后从Indicators 元器件库中调出3个Ammeter（电流表）器件，按上图所示排列好。

(3)将各元器件的标号、参数值亦改变成与上图所示一致。

(4)将所有的元器件通过连线连接起来。注意：电压源、电流表的正负极性。

(5)检查电路有无错误。

(6)对该绘图文件进行保存，注意文件的扩展名（.ewb）要保留。

(7)调节控制键A、B，使得只有电压源E1接入外电路，E2不接入。

(8)按下EWB界面右上方按纽“1”对该绘图文件进行仿真。

(9)按下EWB界面右上方按纽“0”停止仿真，读取三个电流表的读数，将读数填到相应的

表格中，即为第1组测量数据I1'、I2' 、I3'。

(10)调节控制键A、B，使得只有电压源E2接入外电路，E1不接入。

(11)按下EWB界面右上方按纽“1”对该绘图文件进行仿真。

(12)按下EWB界面右上方按纽“0”停止仿真，读取三个电流表的读数，将读数填到相应的

表格中，得到第2组测量数据I1"、I2"、I3"。

(13)调节控制键A、B，使得只有电压源E1、E2均接入外电路。

(14)按下EWB界面右上方按纽“1”对该绘图文件进行仿真。

(15)按下EWB界面右上方按纽“0”停止仿真，读取三个电流表的读数，将读数填到相应的

表格中，即是第3组测量数据I1、I2、I3。

(16)实验完成后，将保存好的绘图文件另存到教师指定的位置，并结合实验数据完成实验报

告的撰写。

表3－1 叠加原理电流测量表

四、注意事项

1、每个EWB电路中均必须接有接地点，且与电路可靠连接（即接地点与电路的连接处有

黑色的结点出现）。

2、改变电阻的阻值时，需要在Resistor（电阻）器件的元器件属性（Resistor Properties）对

话框中选择V alue/Resistance（R）选项，在其后的框中填写阻值，前一框为数值框，后一框为数量级框，填写时注意两个框的不同。

3、测量直流电流时应该把直流电流表串联在电路中进行测量，EWB中电流表粗线接线端

为电流流入方向，另一个接线端为电流流出方向，使用时应特别注意电流表的极性，即电流流入、流出方向。

4、基于绘图美观的考虑，可将电流表通过工具栏中的“翻转”快捷键调整到与待测器件或

支路平行的状态再连线，开关亦可通过此方法调整到合适的位置以便连线。

5、电流表测量模式选择默认的直流模式，即在Ammeter（电流表）器件的元器件属性

（Ammeter Properties）对话框中选择V alue/mode/DC选项，另在Label/Label对话框中可为电流表命名。

6、在开关和电压源连线时，尤其注意不要出现电源通过连线被短接的情况，可利用控制键

调试一下需测量的三种状态，防止该情况的发生。

7、绘制好的实验电路必须经认真检查后方可进行仿真。若仿真出错或者实验结果明显偏离

实际值，请停止仿真后仔细检查电路是否连线正确、接地点连接是否有误等情况，排除误点后再进行仿真，直到仿真正确、测量得到理想的读数。

8、在读取电流表的读数时，为消除网格线对读数的影响，可取消主菜单Circuit/Schematic

Options/Grid选项中的Show grid，设置好后将看到绘图区中的网格线已消去，此时即可读数了。