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分流器实战指南:搭建、测量与 SPICE 仿真验证基尔霍夫电流定律(KCL)

元件与材料

交叉参考

《电路教程》,第 1 卷,第 6 章:“分压/分流电路与基尔霍夫定律”

学习目标

原理图

分流器实战指南:搭建、测量与 SPICE 仿真验证基尔霍夫电流定律(KCL)

实物图

分流器实战指南:搭建、测量与 SPICE 仿真验证基尔霍夫电流定律(KCL)
分流器实战指南:搭建、测量与 SPICE 仿真验证基尔霍夫电流定律(KCL)

注:最右侧接线柱顶部螺丝并三线仅为演示,非专业装配最佳实践。

分流器实战指南:搭建、测量与 SPICE 仿真验证基尔霍夫电流定律(KCL)

操作指引

实验面包板、接线排、自由接线三法,理解各优劣。

  1. 选三电阻,欧姆表实测记录阻值。
  2. 三电阻并联跨接 6V 电池正负极,如图。
  3. 接上电阻后用伏表测电池电压,记录;可能略异于空载电压。
  4. 测各电阻两端电压。并联电路中全元件电压相同。
  5. 用欧姆定律算各支路电流:I = V/R。用数字安培表实测验证。
    • 红表笔接所有电阻正端汇聚节点。
    • 拔起一电阻导线,黑表笔接该导线读取支路电流。
  6. 测总电流:安培表黑表笔接电池正极引线,红表笔留在汇聚节点。读数应为正。
  7. 三支路电流代数和与总电流相加。按 KCL 应得零。
  8. 断电后用欧姆表测并联网络等效电阻。读数低于任意单支阻值,且无论测哪支端子结果一致。
  9. 实测电池电压除以总等效电阻算总电流,应与实测总电流紧密吻合。
  10. 注意:各支路电流占总电流比例,等于总电阻与该支路电阻之比。

计算机仿真

带 SPICE 节点号的原理图:

分流器实战指南:搭建、测量与 SPICE 仿真验证基尔霍夫电流定律(KCL)

SPICE 中安培表用零电压源表示。以下网表存文本文件可在任意 SPICE 兼容仿真器运行:

Current divider
v1 1 0
r1 3 0 2k
r2 4 0 3k
r3 5 0 5k
vitotal 2 1 dc 0
vir1 2 3 dc 0
vir2 2 4 dc 0
vir3 2 5 dc 0
.dc v1 6 6 1
.print dc i(vitotal) i(vir1) i(vir2) i(vir3)
.end

仿真输出四电流:总电流(负值)与三支路电流(正值)。代数和为零,确证基尔霍夫电流定律。

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