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分压器实验室:设计、测量与基尔霍夫电压定律(KVL)全验证

元件与材料

为获精准读数,限定电阻在 1 kΩ–100 kΩ。极低电阻受安培表内阻干扰电流测量;极高电阻负载伏特表改变有效电阻。

交叉参考

《电路教程》,第 1 卷,第 6 章:“分压电路与基尔霍夫定律”

学习目标

原理图

分压器实验室:设计、测量与基尔霍夫电压定律(KVL)全验证

实物图

分压器实验室:设计、测量与基尔霍夫电压定律(KVL)全验证

分压器实验室:设计、测量与基尔霍夫电压定律(KVL)全验证

分压器实验室:设计、测量与基尔霍夫电压定律(KVL)全验证

操作指引

本练习演示面包板、接线排、自由接线三种常见搭建法。同一电路三建法,助您体会各自优劣。自由接线用鳄鱼夹跳线,适合简易演示;面包板通用、高密度但临时;接线排更永久但占空间。

从套装选三电阻,欧姆表实测记录阻值。串联接 6V 电池如图。通电下用伏表测电池电压并记录。虽负载轻,带载测量反映真实工况。

用欧姆定律(I = E/R)算预期电路电流。用安培表实测验证(见下接线排示例)。

分压器实验室:设计、测量与基尔霍夫电压定律(KVL)全验证

1 kΩ–100 kΩ 电阻配 6V 电源,电流在毫安/微安级。数字表显示刻度标识(m/μ),务必正确读取。

用算得电流预测各电阻压降(V = I·R)。切电压档实测各压降。实测应与预测紧密吻合,确认分压原理:每只电阻分得总电压固定比例,由其阻值占串联总阻比决定。

下节验证基尔霍夫电压定律 (KVL)。给电路每个唯一节点编号;直连节点共号。如用 0–3 号如下图。实物电路贴小标签标注节点号。

分压器实验室:设计、测量与基尔霍夫电压定律(KVL)全验证

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用数字伏表测闭合回路电压差(如 0→1→2→3→0)。按表显符号记录每次读数 — 勿对调表笔强求“正值”。代数求和应为零,验证 KVL。任选起止同节点的回路均成立。

以下演示 0-1-2-3-0 回路步骤:

分压器实验室:设计、测量与基尔霍夫电压定律(KVL)全验证

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典型测得三正一负,代数和为零。

分压器实验室:设计、测量与基尔霍夫电压定律(KVL)全验证

可自行尝试 1→2→3→1 等不同回路,验证代数和恒为零。此性质与拓扑无关。

基尔霍夫电压定律是强大分析工具:任意网络中,任意闭合路径代数和为零,据此可预测电压幅值与极性。

计算机仿真

网表(建文本文件粘贴以下内容):

Voltage divider
v1 3 0
r1 3 2 5k
r2 2 1 3k
r3 1 0 2k
.dc v1 6 6 1
* Voltages around 0-1-2-3-0 loop algebraically add to zero
.print dc v(1,0) v(2,1) v(3,2) v(0,3)
* Voltages around 1-2-3-1 loop algebraically add to zero
.print dc v(2,1) v(3,2) v(1,3)
.end

仿真用节点 0–3,电阻值选取使 R1/R2/R3 分得总压 50%/30%/20%。可自行修改源电压或电阻值。运行输出电压值;各行求和确认定律。

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