戴维宁定理实验报告.doc

戴维宁定理实验报告 实验二：戴维宁定理的验证 一实验目的： (1)用实验来验证戴维宁定理，加深戴维宁定理的理解；(2)学习直流仪器仪表的测量方法。二实验原理： 任何一个线性网络，如果只研究其中的一个支路的电压和电流，则可将电路的其余部分看作一个含源一端口网络，而任何一个线性含源一端口网络对外部电路的作用，可用一个等效电压源来代替，该电压源的电动势E，等于这个含源一端口网络的开路电压Uoc，其等效内阻Rs等于这个含源一端口网络中各电源均为零时(电压源短路，电流源断开)无源一端口网络的入端电阻R，这个结论就是戴维宁定理。三实验内容及步骤： (1)按图(1)接线，改变负载电阻R，测量出UAB和IR的数值，特别注意要测量出R=及R=0 时的电压和电流，填写下表： A Uoc RAB B (2)测量无源一端口网络的入端电阻。将电流源去掉(开路)，电压源去掉(去除用导线短接)， 再将负载电阻开路，测量AB两端的电阻RAB，该电阻即为网络的入端电阻。或通过计算公式：入端电阻RAB=UAB开路电压/I R短路电流。(RAB=524欧） (3)调节电阻箱的电阻，使其等于RAB，然后将稳压电源输出调到Uoc(步骤1的开路电压) 与RAB串联，如图(2)。重复测量UAB和IR，并与步骤1所测量的数值比较，验证戴维宁 四误差及结果分析： (1)根据所学理论知识，计算采用戴维宁定理计算在不同电阻R情况下UAB和IR。(2)步骤1和步骤3测量的两组数据分析比较，分析产生误差的原因 电路原理 实验报告 实验时间：xx/4/26 一、实验目的 二、实验原理 戴维宁定理指出：任何一个线性有源一端口网络，对于外电路而言，总可以用一个理想电压源和电阻的串联形式来代替，理想电压源的电压等于原一端口的开路电压Uoc，其电阻（又称等效内阻）等于网络中所有独立源置零时的入端等效电阻Req，见图2-1。 1.验证戴维宁定理 2.测定线性有源一端口网络的外特性和戴维宁等效电路的外特性。 图2-1图2-2 1.开路电压的测量方法 方法一：直接测量法。当有源二端网络的等效内阻Req与电压表的内阻Rv相比可以忽略不计时，可以直接用电压表测量开路电压。 方法二：补偿法。其测量电路如图2-2所示，E为高精度的标准电压源，R为标准分压电阻箱，G为高灵敏度的检流计。调节电阻箱的分压比，c、d两端的电压随之改变，当Ucd?Uab时，流过检流计G的电流为零，因此 Uab?Ucd? R2 E?KE R1?R2 式中K? R2 为电阻箱的分压比。根据标准电压E和分压比K就可求得 R1?R2 开路电压Uab，因为电路平衡时IG?0，不消耗电能，所以此法测量精度较高。 2.等效电阻Req的测量方法 对于已知的线性有源一端口网络，其入端等效电阻Req可以从原网络计算得出，也可以通过实验测出，下面介绍几种测量方法： 方法一：将有源二端网络中的独立源都去掉，在ab端外加一已知电压U，测量一端口的总电流I总，则等效电阻Req? U。I总 实际的电压源和电流源都具有一定的内阻，它并不能与电源本身分开，因此在去掉电源的同时，也把电源的内阻去掉了，无法将电源内阻保留下来，这将影响测量精度，因而这种方法只适用于电压源内阻较小和电流源内阻较大的情况。 方法二：测量ab端的开路电压Uoc及短路电流Isc则等效电阻 Req? Uoc Isc 这种方法适用于ab端等效电阻Req较大，而短路电流不超过额定值的情形，否则有损坏电源的危险。 图2-3 方法三：两次电压测量法 图2-4 测量电路如图2-3所示，第一次测量ab端的开路Uoc，第二次在ab端接一已知电阻RL（负载电阻），测量此时a、b端的负载电压U，则a、b端的等效电阻Req为： ?U?Req?oc?1?RL ?U? 第三种方法克服了第一和第二种方法的缺点和局限性，在实际测量中常被采用。 3.如果用电压等于开路电压Uoc的理想电压源与等效电阻Req相串联的电路（称为戴维宁等效电路，参见图2-4）来代替原有源二端网络，则它的外特性 U?f(I)应与有源二端网络的外特性完全相同。实验原理电路见图2-5b。 (a)(b) 图2-5 三、预习内容 在图2-5(a)中设E1=10V，E2=6V，R1?R2=1K?，根据戴维宁定理将AB以 左的电路化简为戴维宁等效电路。即计算图示虚线部分的开路电压Uoc，等效内阻Req及A、B直接短路时的短路电流Isc之值，填入自拟的表格中。 四、仪器设备 1.电路分析实验箱2.直流毫安表3.数字万用表 一台一只一台五、实验内容与步骤 1.用戴维宁定理求支路电流I3 测定有源二端网络的开路电压Uoc和等效电阻Req 按图2-5(a)接线，经检查无误后，采用直接测量法测定有源二端网络的开路 电压Uoc。电压表内阻应远大于二端网络的等效电阻Req。 用两种方法测定有源二端网络的等效电阻ReqA.采用原理中介绍的方法二测量： 首先利用上面测得的开路电压Uoc和预习中计算出的Req估算网络的短路电 流Isc大小，在Isc之值不超过直流稳压电源电流的额定值和毫安表的最大量限的条件下，可直接测出短路电流，并将此短路电流Isc数据记入表格2-1中。 B.采用原理中介绍的方法三测量： 接通负载电阻RL，调节电位器R4，使RL=1K?，使毫安表短接，测出此时 的负载端电压U，并记入表格2-1中。 取A、B两次测量的平均值作为Req（I3的计算在实验报告中完成）2.测定有源二端网络的外特性 调节电位器R4即改变负载电阻RL之值，在不同负载的情况下，测量相应的 负载端电压和流过负载的电流，共取五个点将数据记入自拟的表格中。测量时注意，为了避免电表内阻的影响，测量电压U时，应将接在AC间的毫安表短路，测量电流I时，将电压表从A、B端拆除。若采用万用表进行测量，要特别注意换档。 3.测定戴维宁等效电路的外特性。 将另一路直流稳压电源的输出电压调节到等于实测的开路电压Uoc值，以此 作为理想电压源，调节电位器R6，使R5?R6?Req，并保持不变，以此作为等效内阻，将两者串联起来组成戴维宁等效电路。按图2-5(b)接线，经检查无误后， 重复上述步骤测出负载电压和负载电流，并将数据记入自拟的表格中。 六、实验结果与分析 1.应用戴维宁定理，根据实验数据计算R3支路的电流)，并与计算值进行比较。实验数据计算:I3=UOC/(Req+RL)=5.32mA理论计算值：I3=U/(Req+RL)=5.33mA 2.在同一坐标纸上作出两种情况下的外特性曲线，并作适当分析。判断戴维宁定理的正确性。 (2) 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（或称为含源一端口网络）。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（理想电压源视为短接，理想电流源视为开路）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（Us）和R0或者ISC（IS）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(1)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 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。 (2)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 (3)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（由电阻箱的读数确定）即为被测有源二端网络的等效内阻值。 图3-2(4)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(a)所示。 图3-4 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(a)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。（测UOC时，不接入直流毫安表。） 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(a)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（调到步骤“1”时所测得的开路电压Uoc之值）相串联，如图3-4(b)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（调到步骤“1”时所测得的短路电流ISC之值）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（又称入端电阻）的直接测量法。见图3-4（a）。将被测有源网络内的所有独立源置零（去掉电流源IS和电压源US，并在原电压源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RL开路时A、B两点间的电阻，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（对GDS-10）。2.步骤“5”中，电压源置零时不可将稳压源短接。 3.用万