一、项目基本技能

任务一 欧姆定律的验证

1．欧姆定律

欧姆定律：对于线性电阻元件，在电压和电流取关联参考方向下，在任何时刻电阻两端的电压和通过电阻的电流成正比，即

式（1-1）中，R称为元件的电阻，简称电阻，R是一个正实常数。当电压单位用V（伏特），电流单位用A（安培）表示时，电阻的单位为Ω（欧姆）。由于电压和电流的单位是V和A，因此电阻元件的特性称为伏安特性。线性电阻元件的伏安特性是通过原点的一条直线，直线的斜率即是电阻R的值。线性电阻元件的图形符号如图1-1（a）所示，伏安特性如图1-1（b）所示。

2．仿真实验与分析

实验电路如图1-2所示，在Multisim中绘制电路图并进行仿真实验的步骤如表1-1所示。

为了验证欧姆定律的正确性，将电阻两端电压、万用表测得的电流和电阻阻值代入公式（1-1），等式成立，欧姆定律得到验证。在图1-2中改变电压源电压，多次测量电流，得到一组电压电流值，在直角坐标系中按照电压电流的大小绘制图形，可得到类似图1-1（b）所示的电阻伏安特性图。

任务二 基尔霍夫定律的验证

1．基尔霍夫定律

基尔霍夫定律是分析与计算电路的基本定律，它由两个定律组成，分别是电流定律和电压定律。

基尔霍夫电流定律指出，在节点上，任何时刻，所有流出节点的支路电流的代数和恒等于零，或写作：

公式（1-2）中，电流的“代数和”是根据电流是流出节点还是流入节点判断的，若流出节点的电流前面取“+”号，则流入节点的电流前面取“-”号，电流是流出节点还是流入节点均根据电流的参考方向判断。

基尔霍夫电压定律指出，任何时刻，沿任一回路，所有支路电压的代数和恒等于零，或写作：

公式（1-3）在取和时，需要任意指定一个回路的绕行方向，凡支路电压的参考方向与回路的绕行方向一致者，该电压前面取“+”号，支路电压参考方向与回路绕行方向相反者，前面取“-”号。

2．仿真实验与分析

基尔霍夫电流定律实验电路如图1-15（a）所示，对于节点A，有3条支路，分别用3个万用表测量3条支路的电流，仿真测量结果如图1-15（b）所示。R1支路电流为90mA，流入节点A; R2支路电流为60mA，流入节点A; R3支路电流为150mA，流出节点A。假设流入节点电流为正，流出节点电流为负，那么，根据公式（1-2）可得：

90+60-150=0

等式成立，基尔霍夫电流定律得到验证。

基尔霍夫电压定律实验电路如图1-16（a）所示，分别用3个万用表测量3个电阻两端的电压，仿真测量结果如图1-16（b）所示。R1两端电压为9V; R2两端电压为3V; R3两端电压为3V。假设回路的绕行方向为顺时针方向，对于V1、R1和R3组成的回路，根据公式（1-3）可得：

-12+9+3=0

对于V2、R2和R3组成的回路，根据公式（1-3）可得：

-3+（-3）+6=0

等式成立，基尔霍夫电压定律得到验证。

任务三 叠加定理的验证

1．叠加定理

叠加定理：线性电阻电路中，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。

使用叠加定理时应注意以下几点：

（1）叠加定理适用于线性电路，不适用于非线性电路。

（2）在叠加的各分支电路中，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。电路中所有电阻都不予更动，受控源则保留在各分支电路中。

（3）叠加时各分支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。

2．仿真实验与分析

叠加定理实验电路如图1-17所示，用万用表测量R3支路的电流为3.5A。

1A电流源单独作用时，电压源置零，用短路代替，用万用表测量R3支路的电流为0.5A，如图1-18所示。

12V电压源单独作用时，电流源置零，用开路代替，用万用表测量R3支路的电流为3A，如图1-19所示。

从图中万用表测量R3支路电流的结果可见，R3支路的电流等于各个电压源和电流源单独作用时，在R3上产生的电流的叠加，满足叠加定理。

进一步实验，若在图1-17至图1-19中分别测量R3两端电压，也满足叠加定量。如果在R3支路串联一个正向导通的二极管1N1202C，如图1-20所示，R3支路的电流为3.163A,12V电压源单独作用时电流为2.669A,1A电流源单独作用时电流为0.238A，由于电路中有非线性元件二极管，不再满足叠加定理，显然与测量结果相符合。如果图1-17中万用表用功率表代替，测量R3的功率，如图1-21所示，R3的功率为12.25W,12V电压源单独作用时R3的功率为9W,1A电流源单独作用时R3的功率为0.25W，功率不再满足叠加定理，与测量结果也相符合。

任务四 戴维南定理的验证

1．戴维南定理

戴维南定理：任一含独立电源、线性电阻和受控源的二端网络，对外电路而言，可等效为一个电压源UOC和电阻RO的串联支路。其中，UOC为该二端网络的开路电压，RO为该二端网络中全部独立电源置零后的等效电阻。

应用戴维南定理分析电路的步骤如下：

（1）断开所求支路，确定有源二端网络。

（2）从支路断开处求有源二端网络的开路电压。

（3）从支路断开处求无源二端网络的等效电阻（电压源用短路代替，电流源用开路代替）。

（4）作出戴维南等效电路，将待求支路接回，求待求支路的电流或电压。

2．仿真实验与分析

戴维南定理实验电路如图1-22所示，将R3支路作为待求支路，在R3支路接入两个万用表，分别测量R3支路的电压和电流，测得电压12V，电流3A。

断开R3支路，接入万用表，测量二端网络的开路电压UOC，电压测量结果为13.5V，如图1-23所示。将电压源置零，即电压源用短路代替，接入万用表，测量二端网络的等效电阻RO，电阻测量结果为0.5Ω，如图1-24所示。

根据戴维南定理，断开R3支路后的二端网络等效为一个13.5V电压源和一个0.5Ω电阻的串联支路，将待求支路R3接入，如图1-25所示。在R3支路接入两个万用表，分别测量R3支路的电压和电流，测得电压12V，电流3A。测量结果表明，对于R3支路的电压和电流在二端网络等效前后是相等的，说明电路是等效的，戴维南定理得到验证。