戴维南定理实验报告

1 / 11 戴维南定理实验报告 一、实验目的 1. 验证戴维南定理和诺顿定理的正确性，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、原理说明 1. 任何一个线性含源网络，如果仅研究其中一条支路的电压和电流，则可将电路的其余部分看作是一个有源二端网络。 戴维南定理指出：任何一个线性有源网络，总可以用一个电压源与一个电阻的串联来等效代替，此电压源的电动势 Us等于这个有源二端网络的开路电压 Uoc，其等效内阻 R0等于该网络中所有独立源均置零时的等效电 阻。 诺顿定理指出：任何一个线性有源网络，总可以用一个电流源与一个电阻的并联组合来等效代替，此电流源的电流 Is 等于这个有源二端网络的短路电流 ISC，其等效内阻 R0 定义同戴维南定理。 Uoc和 R0或者 ISC和 R0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 开路电压、短路电流法测 R0 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 Uoc，然后再将其输出端短路，用电流表测其短路电流 Isc，则等效内阻为 2 / 11 如果二端网络的内阻很小，若将其输出端 口短路 则易损坏其内部元件，因此不宜用此法。 伏安法测 R0 用电压表、电流表测出有源二端网络的外特性曲线，如图 3-1 所示。根据外特性曲线求出斜率 tg，则内阻 图 3-1 也可以先测量开路电压 Uoc， 再测量电流为额定值 IN时的输出端电压值 UN，则内阻为 半电压法测 R0 如图 3-2 所示，当负载电压为被测网络开路电压的一半时，负载电阻即为被测有源二端网络的等效内阻值。 图 3-2 零示法测 UOC 在测量具有高内阻有源二端网络的开路电压 时，用电压表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 3-3所示。零示法测量原理是用一低阻的稳压电源与被测有源二端网络进行比较，当稳压电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”。然后将电路断开，测量此时稳压电源的输出电压，即为被测有源二端网络的开路电压 UOC。 三、仪器设备和选用挂箱 四、实验内容 被测有源二端网络如图 3-4 所示。 图 3-4 3 / 11 1. 用开路电压、短路电流法测定戴维南等效电路的Uoc、 R0和诺顿等效电路的 ISC、 R0。 按图 3-4接入稳压电源 Us = 12V 和恒流源 Is = 10mA，不接入 RL。测出 UOc 和Isc,并计算出 R0。 表 3-1 用开路电压、短路电流法测定 Uoc 和 ISC 2. 负载实验 按图 3-4接入 RL。改变 RL阻值，测量有源二端网络的外特性曲线。 表 3-2 测量有源二端网络的外特性 3. 验证戴维南定理 从电阻箱上取得按步骤“ 1”所得的等效电阻 R0 之值，然后令其与直流稳压电源相串联，如图 3-4所 示，仿照步骤“ 2”测其外特性，对戴氏定理进行验证。 表 3-3 测量戴维南等效电路的外特性 4. 验证诺顿定理：从电阻箱上取得按步骤“ 1”所得的等效电阻 R0 之值，然后令其与直流恒流源相并联，如图 3-5 所示，仿照步骤“ 2”测其外特性，对诺顿定理进行验证。 图 3-5 5. 有源二端网络等效电阻的直接测量法。见图 3-4。将被测有源网络内的所有独立源置零，然后用伏安法或者直接用万用表的欧姆档去测定负载 RL开路时 A、 B两点间的电4 / 11 阻，此即为被测网络的等效内阻 R0，或称网络的入 端电阻Ri 。 用此法测得的电阻为 :527 6. 用半电压法和零示法测量被测网络的等效内阻R0及其开路电压 Uoc。线路及数据表格自拟。 五、实验注意事项 1. 测量时应注意电流表量程的更换。 2. 步骤“ 5”中，电压源置零时不可将稳压源短接。 3. 用万用表直接测 R0 时，网络内的独立源必须先置零，以免损坏万用表。其次，欧姆档必须经调零后再进行测量。 4. 用零示法测量 UOC时，应先将稳压电源的输出调至接近于 UOC，再按图 3-3 测量。 5. 改 接线路时，要关掉电源。 6. 在戴维南、诺顿等效电路中的内阻 R0为计算值，实验挂箱上无此电阻，需要用 DG09 挂箱上的电位器提供该电阻。调节电位器，并用万用表测量。使用万用表时转换开关要调节到相应的量程档位上。 六、实验数据处理 戴维南定理的验证 诺顿定理的验证 R0 的理论值为 *10/+510=520 ,则： 由 1 中测得的 R0值的相对误差为 :/520*100%=%; 由 5中测得的 R0值的5 / 11 相对误差为 :/520*100%=%; 由 6 中测得的 R0 值的相对 误差为： /520*100%=%. U 的理论值为 12+520*=,则： 由 1 中测得的 U 值的相对误差为： /*100%=%； 由 6 中测得的 U 值的相对误差为： /*100%=%。 实验一、戴维南定理 一、实验目的： 1、 深刻理解和掌握戴维南定理。 2、 初步掌握用 Multisim软件绘制电路原理图。 3、 初步掌握 Multisim 软件中的 Multimeter、Voltmeter、 Ammeter 等仪表的使用以及 DC Operating Point、 Parameter Sweep等 SPICE仿真分析方法。 4、 掌握电路板的焊接技术以及直流电源、万用表等仪表的使用。 二、实验内容： 1、 计算等效电压和等效电阻； 2、 用 Multisim 软件测量等效电压和等效电阻； 3、 用 Multisim 软件仿真验证戴维南定理； 4、 在实验板上测试等效电压和等效电阻； 5、 在实验板上验证戴维南定理； 三、实验步骤 1、计算等效电压 V=US/= V ； 等效电阻R=+R2)/+R22)= 2、软件仿真 实验电路 在 Multisim 软件上绘制实验电路，如图 1 6 / 11 1 图 1 实验电路 参数测试 负载 RL短路时的短路电流 Isc? 负载 RL开路时的开路电压 Uoc? 调节负载 RL时的数据如表 1 所示。 等效电路 在 Multisim 软件上绘制等效电路，如图 2 图 2 等效电路 参数测试 负载 RL短路时的短路电流 Isc? 负载 RL开路时的开路电压 Uoc? 调节负载 RL时的数据如表 1 所示。 2 3、电路实测 实验电路 负载 RL 短路时的短路电流 Isc? 负载 RL 开路时的开路电压 Uoc? 调节负载 RL时的数据如表 1 所示。 等效电路 负载 RL 短路时的短路电流 Isc? 负载 RL 开路时的开路电压 Uoc? 调节负载 RL时的数据如表 1 所示。 表 1 负载电阻 0 5K变化时的仿真及实测数据 7 / 11 四、实验数据处理 1、分别画出仿真与实测的 V-I特性曲线，如图 3 以及图 4： 3 图 3 原电路仿真与实测数据的 V-I特性曲线 图 4 原电路仿真与实测数据的 V-I特性曲线 2、数据分析 分析导致仿真数据与实测数据有差别的原因 第一、等效电路中等效电阻是用电位器替代的，而电位器调解时是手动调节，存在较大误差；第二、仪器测量存在误差。 个人对该实验的小结 该实验使得我更加深刻地理解了戴维南定理；数据采集上存在不足，应该控制电压相等，这样才能得到更直观的比较。 4 实验二 戴维南定理 一、 实验目 的 验证戴维南定理，了解等效电路的概念 二、实验器材 1 1 台型号为 RTDG 3A 或 RTDG 4B 的电工技术实验台 2 1 个型号为 RTDG 08 的的实验电路板，含有可变电阻箱 3 1块型号为 RTDG 02的戴维南定理实验电路8 / 11 板 4 1 台型号为 RTT01 2 直流电压电流表 5 1 块型号为 UT70A 的数字万用表 6 1 个 1k的电位器 三、实验内容 验证戴维南定理，即验证：任何一个有源二端网络，都可以用一个电 压源和电阻的串联电路来等效替代，其中电压源的大小等于有源二端网络在端口处的开路电压 UOC，串联电 阻等于将有源二端网络转变为无源二端网络后在端口处的等效电阻 RO。 四、实验原理图 I10 图 2 1 被测有源二端网络 L 图 2 2 戴维南等效电路 五、实验过程 在实验台左侧面闭合实验台总电源开关。 在实验台正面电源控制区按下启动按键。 打开实验台上恒压源和恒流源的电源开关，按照实验电路要求设定合 适的电源输出粗 调档位，调节恒压源输出旋纽并用直流电压表监测，使输出电压数值为 Us=12V；调节恒流源的输出旋纽，使输出9 / 11 电流数值为 Is=10mA。 在实验台上放好一台编号为 RTDG 02的实验挂箱，戴维南定理实验电路在挂箱的中 部。 按照实验电路图 2-1 连线。把网络端口处的开关向右接至 A、 B 端口处。按照图中的位 置分别将电压源和电流源接入实验电路。 用直流电压表和直流毫安表在含源二端网络的端口A、 B处分别测量含源二端网络的开 路电压 Uoc 和短路电流 Isc，将测量结果记入表 21 中。 按照表 2 1 中的测量数据，计算二端网络的等效电阻 Ro，将计算结果记入表 2 1 中。 在含源二端网络的端口 A、 B 处接入可调电阻箱 RL，按照表 2 2 设定 RL 的电阻值， 用直流电压表和直流毫安表分别测量出与其相对应的电压 UAB和电流 IAB，将测量结果记入表 2 2中。 用数字万用表的欧姆档监测，调节图 2 2中 1k的电位器，使其电阻值与有源二端网 络的等效电阻 Ro相等；调节实 验台的恒压源输出旋纽， 使其输出电压数值与有源二端网络的开路电压 Uoc 的数值大小相等。按照图 2 2 联接10 / 11 实验电路，接入可调电阻箱 RL。 按照表 2 2 调节 RL 的电阻值，用直流电压表和直流毫安表分别测量出与其对应的电压 U和电流 I 的数值，将测量结果记入表 2 2 中。 表 2 1 测量戴维南等效电路参数 表 2 2 有源二端网络与戴维南等效电路外特性比较 六、注意事项 实验前需要做充分的准备：预习实验内容，写出预习报告。无预习报告者不得进入实验室做实验。 用万用表的欧姆档测量电阻时，一定不能带电测量，这时电路中应切断所有电源，待 阻值测量完成后，应及时将万用表旋钮转回电压测量档，以避免损坏万用表。 在实验连线中、检查实验连线时以及实验结束后拆线时，均应切断实验台的电源，在 断电状态下操作。 实