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1、实验六戴维南定理戴维南定理有源二端网络等效参数的测定有源二端网络等效参数的测定 一 实验目的1. 验证戴维宁定理、诺顿定理的正确性，加深对该定理的理解；2. 掌握测量有源二端网络等效参数的一般方法。二.实验原理1戴维宁定理和诺顿定理戴维宁定理指出：任何一个有源二端网络，总可以用一个电压源U S和一个电阻R S串联组成的实际电压源来代替，其中：电压源US等于这个有源二端网络的开路电 压U OC ,内阻R S等于该网络中所有独立电源均置零（电压源短接，电流源开路后的 等效电阻R O。诺顿定理指出：任何一个有源二端网络，总可以用一个电流源I S和一个电阻R S 并联组成的实际电流源来代替，其中：电流
2、源I S等于这个有源二端网络的短路短路I SC ,内阻R S等于该网络中所有独立电源均置零（电压源短接,电流源开路后的等效 电阻R O。U S、RS和IS、RS称为有源二端网络的等效参数。2. 有源二端网络等效参数的测量方法（1开路电压、短路电流法在有源二端网络输出端开路时，用电压表直接测其输出端的开路电压U 0C ,然后再将其输出端短路，测其短路VW电流I S C,且内阻为：SCOC S I U R =。若有源二端网络的内阻值很低时，则不宜测其短路电流。(2伏安法性曲线，如图6-1所示。开路电压为U OC ,根据外特性曲线求出斜率tg (则内阻为：IU R ?= tg S另一种方法是测量有源
3、二端网络的开路电压U OC ,以及额定电流I N和对应的输出端额定电压U N ,如图6-1所示，则内阻为:NN OC S I U U R -=。 (3 半电压法如图6-2所示，当负载电压为被测网络开路电压 U OC 一半时，负载电阻R L的大小(由电阻箱的读数确定即为被测有源二端网络的等效内阻RS数值。(4零示法在测量具有高内阻有源二端网络的开路电压时，用电压表进行直接测量会造成 较大的误差,为了消除电压表内阻的影响，往往采用零示测量法，如图6-3所示。零示法测 量原理是用一低内阻的恒压源与被测有源二端网络进行比较 ，当恒压源的输出电压 与有源二端网络的开路电压相等时，电压表的读数将为“0然后
4、将电路断开，测量此 时恒压源的输出电压U ,即为被测有源二端网络的开路电压。3. 最大功率传输定理电源向负载供电的电路如图6-2所示，图中R S为电源内阻,R L为负载电阻。 当电路电流为I时，负载R L得到的功率为：2S L L L S L =+U P I R R R R ? =乂?？可见,当电源S U和S R确定后,负载得到的功率大小只与负载电阻 R L有关。令L L =OdP dR ,解得:L S =R R时，负载得到最大功率：2S L Lmax S=4U P P R =0 L S =R R称为阻抗匹配，即电源的内阻抗与负载阻抗相等时，负载 可以得到最大功率。也就是说，最大功率传输的条件
5、是供电电路必须满足阻抗匹配。负载得到最大 功率时电路的功率：L S =50%P U In=三.实验设备1直流数字电压表、直流数字毫安表（根据型号的不同，EEL I型为单独的MEL -06组件，其余型号含在主控制屏上2. 恒压源（在主控制屏上，双路030V可调。3. 恒源流（0500mA可调4. EEL -23组件或EEL 18组件（含固定电阻、电位器、EEL -30组件或EEL - 51组件、EEL 52组件四实验内容被测有源二端网络如图6-4所示.S&-41. 图6-4线路接入稳压源U S=12V和恒流源I S=20mA及可变电阻R L。测开路电压U 0C:在图6-4电路中，断开负载R L,
6、用电压表测量开路电压 U 0C, 将数据记入表6 -1中。测短路电流I S:在图6-4电路中将负载R L短路，用电流表测量电流I S C,将数据记入表6-1 C 中。表6-1Uoc(Vlsc(mARs=Uoc/lsc2负载实验测量有源二端网络的外特性：在图6-4电路中，改变负载电阻R L的阻值，逐点测量对应的电压、电流，将数据记入表6-2中。并计算有源二端网络的等效参数U S和R S。表6-2R L(?1000900800700600500400300200100U(Vl(mA3. 验证戴维南定理(b)(a)测量有源二端网络等效电压流源的外特性：图6-5(a电路是图6-4的等效电流源 电路,图
7、中,电压源U S用恒压源的可调稳压输出端，调整到表6-1中的U OC数值，内 阻R S按表6-1中计算出来的R S (取整选取固定电阻。然后，用电阻箱改变负载电 阻R L的阻值，逐点测量对应的电压、电流，将数据记入表6-3中。表6-3R L (?1000900800700600500400300200100U(Vl(mAP L (mWn%测量有源二端网络等效电流源的外特性：图6-5(b电路是图6-4的等效电流源电 路，图中,电流源I S用恒流源，并调整到表6-1中的I SC数值，内阻R S按表6-1中 计算出来的R S (取整选取固定电阻。然后,用电阻箱改变负载电阻R L的阻值,逐点 测量对应
8、的电压、电流，将数据记入表6-4中。表6-4R L (?1000900800700600500400300200100U(VI(mA4测定有源二端网络等效电阻(又称入端电阻的其它方法：将被测有源网络内的 所有独立源置零(将电流源I S去掉,也去掉电压源，并在原电压端所接的两点用一根短路导线相连，然后用伏安法或者直接用万用表的欧姆档去测定负载R L开路后A.,B两点间的电阻，此即为被测网络的等效内阻 Req或称网络的入端电阻R 1。Req=(?5用半电压法和零示法测量被测网络的等效内阻Ro及其开路电压Uoc.半电压法:在图6-4电路中，首先断开负载电阻R L ,测量有源二端网络的开路电 压U O
9、C ,然后接入负载电阻R L (用电阻箱，调整其大小，直到两端电压等于2OCU为止,此时负载电阻R L的大小即为等效电源的内阻 RS的数值。记录U OC和RS数值。零示法测开路电压U OC:实验电路如图6-3所示，其中:有源二端网络选用网络1, 恒压源用恒压电源的可调稳压输出端，调整输出电压U,观察电压表数值，当其等于零 时输出电压U的数值即为有源二端网络的开路电压 U OC,并记录U OC数值。五实验注意事项1. 测量时，注意电流表量程的更换2改接线路时,要关掉电源。六.预习与思考题1.如何测量有源二端网络的开路电压和短路电流，在什么情况下不能直接测量开 路电压和短路电流？2. 说明测量有源
10、二端网络开路电压及等效内阻的几种方法，并比较其优缺点3. 什么是阻抗匹配？电路传输最大功率的条件是什么？4电路传输的功率和效率如何计算？5. 根据图6-4给出的电路，计算出实际电压源模型中的电压源 U OC和内阻R S;6. 电压表、电流表前后位置对换，对电压表、电流表的读数有无影响？为什么？七实验报告要求适合EEL n1. 回答思考题；2. 根据表6-1和表6-2的数据，计算有源二端网络的等效参数 U S和R S;3. 根据半电压法和零示法测量的数据，计算有源二端网络的等效参数 U S和R S;4. 实验中用各种方法测得的U OC和R S是否相等？试分析其原因；5. 根据表6-2、表6-3和表6-4的数据，绘出有源二端网络和有源二端网络等效 电路的外特性曲线，验证戴维宁定理和诺顿定理的正确性；6. 说明戴维宁定理和诺顿定理的应用场合。7. 根据步骤2和3,分别绘出曲线，验证戴维南定理的正确性，并分析产生误差的 原因。8. 根据表6-3的实验数据，计算出对应的负载功率P L,并画出负载功率P L随负 载电阻R L变化的曲线，找出传输的最大功率的条件