楊旭

摘要：電工實(shí)驗(yàn)研究的目的就是使學(xué)生了解一些常用的電氣設(shè)備和元器件，并且使學(xué)生理解一定的電工線路，使同學(xué)學(xué)會(huì)使用一些常用的電工儀器儀表，并且掌握測(cè)量電路的基本方法和一般的安全用電知識(shí)，要求學(xué)生通過(guò)實(shí)際動(dòng)手操作，培養(yǎng)學(xué)生們獨(dú)立思考、獨(dú)立分析問(wèn)題和獨(dú)立實(shí)驗(yàn)的能力。

關(guān)鍵詞：電磁感應(yīng)定律；基爾霍夫定律；疊加原理；戴維南定理；等效變換

電工實(shí)驗(yàn)具有培養(yǎng)具有電工技術(shù)知識(shí)和實(shí)驗(yàn)科學(xué)技術(shù)的人才的作用，其目的是使學(xué)生在掌握理論知識(shí)和能綜合運(yùn)用知識(shí)的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)出具有創(chuàng)意的較高水平層次的設(shè)計(jì)類(lèi)實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維能力，使學(xué)生的理論知識(shí)和實(shí)際動(dòng)手能力結(jié)合對(duì)提高學(xué)生的動(dòng)手能力很有幫助，使得學(xué)生明白所學(xué)知識(shí)的價(jià)值，明確學(xué)習(xí)的目的性，有利于使學(xué)生學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)激發(fā)出來(lái)。

在基爾霍夫定律實(shí)驗(yàn)研究中

基爾霍夫定律是電路的基本定律。測(cè)量某電路的各支路電流及每個(gè)元件兩端的電壓，應(yīng)能分別滿(mǎn)足基爾霍夫電流定律（KCL）和電壓定律（KVL）。即對(duì)電路中的任一個(gè)節(jié)點(diǎn)而言，應(yīng)有ΣI=0；對(duì)任何一個(gè)閉合回路而言，應(yīng)有ΣU=0。對(duì)于以?xún)蓚€(gè)獨(dú)立電壓源作為電源的電路，在校期間已經(jīng)經(jīng)過(guò)了同學(xué)們的驗(yàn)證，若我們利用其他的電源組合是否能得到相同的結(jié)論呢？

例如，取兩個(gè)電壓為12V的電壓源、一個(gè)為10mA的電流源一個(gè)為12V的電壓源、將兩個(gè)10mA的電流源分別作為獨(dú)立源接入電路，觀察實(shí)驗(yàn)結(jié)果，得出結(jié)論：對(duì)于由兩種任意獨(dú)立源組合的基爾霍夫電路，其節(jié)點(diǎn)同樣滿(mǎn)足KCL，任一回路滿(mǎn)足KVL。

以上的實(shí)驗(yàn)研究是在線性電路上進(jìn)行的，通過(guò)不同組件的擴(kuò)展研究可以得出基爾霍夫定律在任何線性電路都適用，那么我們可以提出疑問(wèn)，在非線性電路中呢還是否成立呢？

接下來(lái)我們自主組建模塊，我們可以在基爾霍夫電路模塊里串接不同的電感、二極管等非線性原件，在電壓源電壓U1=12V與電流源電流I2=10mA分別工作的情況下進(jìn)行問(wèn)題的研究證明。

經(jīng)過(guò)了實(shí)驗(yàn)研究，記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1所示：

由表1不難看出，I1+I2≈I3； uFA+uAD+uDE≈12V。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)仍滿(mǎn)足基爾霍夫定律，既驗(yàn)證了基爾霍夫定律仍然滿(mǎn)足于非線性電路中。

在疊加原理實(shí)驗(yàn)的研究中

疊加原理指出：在含有多個(gè)獨(dú)立源（電壓電流）共同下的線性電路中，通過(guò)每個(gè)元器件的電流或者其兩端的電壓，都可以看成是由每個(gè)獨(dú)立源單獨(dú)工作時(shí)在該元器件上所產(chǎn)生的電流和電壓的代數(shù)和。當(dāng)電路中存在有電流源工作時(shí)，部分支路的電流或電壓不滿(mǎn)足疊加原理，即兩源單獨(dú)工作時(shí)該支路的電壓或者電流之和不等于兩源共同作用時(shí)的值，這是因?yàn)?，例如AB端UAB，在U1單獨(dú)作用時(shí)由于電流源I2端斷路，AB端沒(méi)有電流通過(guò)，所以UAB=0；這一結(jié)果與其疊加原理的定義（通過(guò)每個(gè)元器件的電流或者其兩端電壓，可以看作是由每個(gè)獨(dú)立電源單獨(dú)工作時(shí)在該元器件上所產(chǎn)生的電流值或電壓值的代數(shù)和。）相違背，所以結(jié)果顯示的數(shù)據(jù)與預(yù)期的不符也是理所應(yīng)當(dāng)。

我們可以還可利用戴維南電路來(lái)研究疊加性。讓電壓源與電流源共同作用時(shí)，分別測(cè)出在100Ω、1000Ω、10KΩ的負(fù)載下，流過(guò)負(fù)載的電流值；一樣的，我們?cè)陔娏髟磁c電壓源分別單獨(dú)工作時(shí)，我們測(cè)出不同負(fù)載值下的電流值。實(shí)驗(yàn)測(cè)量數(shù)據(jù)如表2所示：

如表2所示，在負(fù)載電壓為100Ω、1000Ω、10KΩ時(shí)，U單獨(dú)作用和I單獨(dú)作用時(shí)的電流之和為U、I共同工作時(shí)的電流，則驗(yàn)證了疊加定理也在戴維南電路效性作用。

以上的實(shí)驗(yàn)研究是在線性電路上進(jìn)行的，說(shuō)明了疊加原理在任何線性電路都適用，那么我們可以提出疑問(wèn)，在非線性電路中呢還是否成立呢？

接下來(lái)我們自主組建模塊，我們可以在基爾霍夫電路模塊里串接不同的電感、二極管等非線性原件，在兩個(gè)電壓為12V的電壓源U1和U2的不同工作情況下進(jìn)行問(wèn)題的研究證明。經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)研究可以得出結(jié)論：在U1U2共同作用時(shí)，電流值和電壓值為在U1單獨(dú)作用和在U2單獨(dú)工作時(shí)相應(yīng)的值之和，即我們可以基本明確疊加原理同樣在非線性電路中有效。endprint