基爾霍夫定律的驗證

一．實驗目的
1．驗證基爾霍夫定律，加深對基爾霍夫定律的理解；
2．掌握直流電流表的使用以及學會用電流插頭、插座測量各支路電流的方法；
3．學習檢查、分析電路簡單故障的能力。

二．原理說明
1．基爾霍夫定律
基爾霍夫電流定律和電壓定律是電路的基本定律，它們分別用來描述結點電流和回路電壓，即對電路中的任一結點而言，在設定電流的參考方向下，應有ΣI ＝0，一般流出結點的電流取正號，流入結點的電流取負號；對任何一個閉合回路而言，在設定電壓的參考方向下，繞行一周，應有ΣU ＝0，一般電壓方向與繞行方向一致的電壓取正號，電壓方向與繞行方向相反的電壓取負號。
在實驗前，必須設定電路中所有電流、電壓的參考方向，其中電阻上的電壓方向應與電流方向一致，見圖8－1所示。
2．檢查、分析電路的簡單故障
電路常見的簡單故障一般出現在連線或元件部分。連線部分的故障通常有連線接錯，接觸不良而造成的斷路等；元件部分的故障通常有接錯元件、元件值錯，電源輸出數值（電壓或電流）錯等。

故障檢查的方法是用用萬用表（電壓檔或電阻檔）或電壓表在通電或斷電狀態下檢查電路故障。

（1）通電檢查法：在接通電源的情況下，用萬用表的電壓檔或電壓表，根據電路工作原理，如果電路某兩點應該有電壓，電壓表測不出電壓，或某兩點不應該有電壓，而電壓表測出了電壓，或所測電壓值與電路原理不符，則故障必然出現在此兩點間。

（2）斷電檢查法：在斷開電源的情況下，用萬用表的電阻檔，根據電路工作原理，如果電路某兩點應該導通而無電阻（或電阻極小），萬用表測出開路（或電阻極大），或某兩點應該開路（或電阻很大），而測得的結果為短路（或電阻極小），則故障必然出現在此兩點間。
本實驗用電壓表按通電檢查法檢查、分析電路的簡單故障。

三．實驗設備
1．直流數字電壓表、直流數字毫安表（根據型號的不同，EEL—Ⅰ型為單獨的MEL－06組件，其余型號含在主控制屏上）
2．恒壓源（EEL—Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ均含在主控制屏上，根據用戶的要求，可能有兩種配置（1）＋6 V（+5V），＋12V，0～30V可調或（2）雙路0～30V可調。）
3．EEL－30組件（含實驗電路）或EEL－53組件

四．實驗內容

實驗電路如圖8－1所示，圖中的電源US1用恒壓源中的＋6V（＋5V）輸出端，US2用0～＋30V可調電壓輸出端，并將輸出電壓調到＋12V（以直流數字電壓表讀數為準）。實驗前先設定三條支路的電流參考方向，如圖中的I1、I2、I3所示，并熟悉線路結構，掌握各開關的操作使用方法。
1．熟悉電流插頭的結構，將電流插頭的紅接線端插入數字毫安表的紅（正）接線端，電流插頭的黑接線端插入數字毫安表的黑（負）接線端。
2．測量支路電流
將電流插頭分別插入三條支路的三個電流插座中，讀出各個電流值。按規定：在結點A，電流表讀數為‘＋’，表示電流流出結點，讀數為‘－’，表示電流流入結點，然后根據圖8－1中的電流參考方向，確定各支路電流的正、負號，并記入表8－1中。
表8－1 支路電流數據

4．檢查、分析電路的簡單故障（EEL—Ⅴ型無此實驗）
在圖8－1實驗電路中，用選擇開關已設置了開路、短路、元件值、電源值錯誤等故障，用電壓表按通電檢查法檢查、分析電路的簡單故障：首先用選擇開關選擇‘正常’，在單電源作用下，測量各段電壓，記入自擬的表格中，然后分別選擇‘故障1～5’，測量對應各段電壓，與‘正常’時的電壓比較，并將分析結果記入表8－3中。
表8－3 故障原因

五．實驗注意事項

1．所有需要測量的電壓值，均以電壓表測量的讀數為準，不以電源表盤指示值為準。
2．防止電源兩端碰線短路。
3．若用指針式電流表進行測量時，要識別電流插頭所接電流表的“＋、－”極性，倘若不換接極性，則電表指針可能反偏（電流為負值時），此時必須調換電流表極性，重新測量，此時指針正偏，但讀得的電流值必須冠以負號。

六．預習與思考題
1．根據圖8－1的電路參數，計算出待測的電流I1、I2、I3和各電阻上的電壓值，記入表8－2中，以便實驗測量時，可正確地選定毫安表和電壓表的量程；
2．在圖8－1的電路中，A、D兩結點的電流方程是否相同？為什么？
3．在圖8－1的電路中可以列幾個電壓方程？它們與繞行方向有無關系？
4．實驗中，若用指針萬用表直流毫安檔測各支路電流，什么情況下可能出現毫安表指針反偏，應如何處理，在記錄數據時應注意什么？若用直流數字毫安表進行測量時，則會有什么顯示呢？

七．實驗報告要求
1．回答思考題；
2．根據實驗數據，選定實驗電路中的任一個結點，驗證基爾霍夫電流定律（KCL）的正確性；
3．根據實驗數據，選定實驗電路中的任一個閉合回路，驗證基爾霍夫電壓定律（KCL）的正確性；
4．列出求解電壓UEA和UCA的電壓方程，并根據實驗數據求出它們的數值；
5．寫出實驗中檢查、分析電路故障的方法，總結查找故障的體會。