实训任务2.3等效变换法复杂电路3

1、 主主 编：徐超明编：徐超明副主编：李副主编：李 珍、姚华青、陈建新珍、姚华青、陈建新 王平康、刘王平康、刘 强强 工作任务： 简单电路的测试分析。 电阻间的等效变换。 基尔霍夫定律的研究与应用。 支路电流法的验证。 叠加定理的研究。 测定电源等效变换的条件。 戴维南定理的验证有源二端网络等效参数的测定。 最大功率传输条件测定。 含有受控源电路的分析。2022-1-322.3.1 2.3.1 叠加定理及其应用叠加定理及其应用实训实训2-42-4：叠加定理的研究：叠加定理的研究实训实训2-52-5：验证叠加定理：验证叠加定理2.3.2 2.3.2 实际电压源和实际电流源的等效互换实际电压源和实际

2、电流源的等效互换实训实训2-62-6：测定电源等效变换的条件：测定电源等效变换的条件2.3.3 2.3.3 戴维南定理及其应用戴维南定理及其应用实训实训2-72-7：戴维南定理的验证：戴维南定理的验证有源二端网络等效参数有源二端网络等效参数的测定的测定实训实训2-82-8：最大功率传输条件测定：最大功率传输条件测定2022-1-332022-1-341. 二端网络二端网络二端网络：有二端网络：有2个引出端的电路。个引出端的电路。无源二端网络：无源二端网络：由电阻组成电路。由电阻组成电路。等效等效等效等效有源二端网络：有源二端网络：含有电源电路含有电源电路2022-1-352.戴维南定理戴维南定

3、理 任一有源二端网络都可化简为一实际电压源，电压值任一有源二端网络都可化简为一实际电压源，电压值为网络端口电压为网络端口电压UOC，电阻值为网络无源化后的端口电阻，电阻值为网络无源化后的端口电阻R0。网络无源化：电压源短路，电流源开路。网络无源化：电压源短路，电流源开路。2022-1-363. 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 应用戴维南定理的关键是求出应用戴维南定理的关键是求出有源二端网络有源二端网络N的开路的开路电压电压UOC和与之对应的和与之对应的无源网络无源网络N0的等效电阻的等效电阻R0。 开路电压开路电压UOC一般是通过前面所介绍的分析方法和定一般是通过前面所介

4、绍的分析方法和定理来求解。当然，开路电压也可以通过实验的方法测得。理来求解。当然，开路电压也可以通过实验的方法测得。在精度要求不高的情况下，可用电压表直接测量在精度要求不高的情况下，可用电压表直接测量UOC。2022-1-373. 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求解等效电阻求解等效电阻R0的方法主要有下列几种。的方法主要有下列几种。（1）将有源二端网络内部所有独立电源置零，即电压源用）将有源二端网络内部所有独立电源置零，即电压源用短路替代，电流源用开路替代，得到与之对应的无源网络短路替代，电流源用开路替代，得到与之对应的无源网络N0。然后，根据电阻串并联、星形与三角形等效

5、变换等方法，求然后，根据电阻串并联、星形与三角形等效变换等方法，求出该二端的等效电阻出该二端的等效电阻。（理论计算法）（理论计算法）（2）用万用表直接测量等效电阻。用万用表直接测量等效电阻。（直接测量直接测量法）法）2022-1-38（3）外加电源法）外加电源法 将有源二端网络所有独立电源置零，将有源二端网络所有独立电源置零，在端口在端口a、b处施加一电压或电流，计算或测处施加一电压或电流，计算或测量输入端口的电流量输入端口的电流I或电压或电压U，则等效电阻则等效电阻R0=U/I。（4）开路短路法开路短路法 将有源二端网络输出端开路，将有源二端网络输出端开路，用电压表直接测出其输出端的开路用电

6、压表直接测出其输出端的开路电压电压Uoc，然后再将其输出端短路，然后再将其输出端短路，用电流表测其短路电流用电流表测其短路电流Isc，则等效，则等效电阻为电阻为R0=UOC/ISC。 如果二端网络的内阻很小，若将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，其输出端口短路则易损坏其内部元件，此时不宜采用此方法。此时不宜采用此方法。求解等效电阻求解等效电阻R0的方法的方法2022-1-39还有还有（1）半电压法测等效电阻）半电压法测等效电阻R0 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

7、二端网络的等效内阻值。的读数确定）即为被测有源二端网络的等效内阻值。（2）零示法测量开路电压）零示法测量开路电压UOC 用一低内阻的稳压电源与被测有源二端网络进行比较，当稳压电用一低内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。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。源二端网络的开路电压。半电压法测等效电阻半电压法测等效电阻零示法测量开路电压零示法测量开路电压2022-1-

8、3101）用开路电压、短路电流法测定戴维南等效电路的）用开路电压、短路电流法测定戴维南等效电路的UOC、R0。实训流程：实训流程：（1）按图）按图2.35（a）所示接入电路，其）所示接入电路，其中稳压电源中稳压电源US=12V，恒流源，恒流源Is=10mA。（2）不接入）不接入RL，用电压表测出开路电，用电压表测出开路电压压UOC，用电流表测出短路电流，用电流表测出短路电流ISC，并，并计算出计算出R0。Uoc(v)Isc(mA)R0=Uoc/Isc()表表2-9开路电压、等效电阻测量开路电压、等效电阻测量2022-1-3112）负载实验）负载实验 按图按图2.35（a）接入）接入RL。改变。

9、改变RL阻值，测量有源二端网络的外特阻值，测量有源二端网络的外特性曲线。性曲线。实训流程：实训流程：表表2-10 有源二端网络的外特性曲线测量有源二端网络的外特性曲线测量U（V）I（mA）2022-1-312实训流程：实训流程：3）验证戴维南定理）验证戴维南定理 从电阻箱上取得按步骤从电阻箱上取得按步骤1）所得的等效电阻）所得的等效电阻R0之值，然后令其与之值，然后令其与直流稳压电源直流稳压电源调到步骤调到步骤1）所测得的开路电压）所测得的开路电压Uoc之值之值相串联，如图相串联，如图2.35（b）所示，仿照步骤）所示，仿照步骤2）测其外特性，对戴维南定理进行验证。）测其外特性，对戴维南定理进

10、行验证。2022-1-313实训流程：实训流程：4）有源二端网络参数的其他测量方法）有源二端网络参数的其他测量方法（1）在图）在图2.35（a）中，将被测有源网络内的所有独立源置零（将电流源）中，将被测有源网络内的所有独立源置零（将电流源IS断开，去掉电压源断开，去掉电压源US，并在原电压源所接的两点用一根短路导线相连），并在原电压源所接的两点用一根短路导线相连），然后直接用万用表的欧姆档去测定负载然后直接用万用表的欧姆档去测定负载RL开路时开路时A、B两点间的电阻，此即两点间的电阻，此即为被测网络的等效电阻为被测网络的等效电阻R0。 等效电阻等效电阻R0= 。（2）用半电压法和零示法测量被测

11、网络的等效电阻）用半电压法和零示法测量被测网络的等效电阻R0及其开路电压及其开路电压UOC 等效电阻等效电阻R0= ；开路电压；开路电压UOC= 。（3）比较各种方法所测得的有源二端网络的参数值。）比较各种方法所测得的有源二端网络的参数值。2022-1-3144. 用戴维南定理求解电路用戴维南定理求解电路解题步骤解题步骤1）移去待求支路电流的）移去待求支路电流的支路（形成二端网络）支路（形成二端网络）2）求端口电压）求端口电压UOC3）求无源端口电阻）求无源端口电阻RO4）画戴维南等效电路）画戴维南等效电路5）接入待求支路求解）接入待求支路求解戴维南定理常用来分析电路中某一支路的电流和电压。戴

12、维南定理常用来分析电路中某一支路的电流和电压。2022-1-3154. 用戴维南定理求解电路用戴维南定理求解电路【例例2-92-9】图图2.362.36（a a）所示电路中，）所示电路中，U US1S1=12V=12V，I IS2S2=2A=2A，R R1 1=2=2，R R2 2=1=1，R R3 3=3=3，R RL L=6=6，求电阻，求电阻R RL L上的电流上的电流I I。解：（解：（1）将电阻）将电阻RL断开，求出移去断开，求出移去RL后的后的a、b二端有源网络的开路电压二端有源网络的开路电压UOC，如图如图2.36（b）所示。）所示。 将电流源将电流源IS2与电阻与电阻R1组成的

13、实际组成的实际电流源转换成实际电压源，可得到电流源转换成实际电压源，可得到OCab122 2UU2 148 V2 1 3 （ ）2022-1-3164. 用戴维南定理求解电路用戴维南定理求解电路【例例2-9】图图2.36（a）所示电路中，）所示电路中，US1=12V，IS2=2A，R1=2，R2=1，R3=3，RL=6，求电阻，求电阻RL上的电流上的电流I。解：解： （2）求出）求出a、b二端无源网络（电二端无源网络（电压源用短路替代，电流源用开路替代）压源用短路替代，电流源用开路替代）的等效电阻的等效电阻R0，如图，如图2.36（c）所示。）所示。0123RRR/ /R3/ /31.5 （）

14、（ ）（3）画出有源二端网络的等效电路，）画出有源二端网络的等效电路，并将电阻并将电阻RL接上，如图接上，如图2.36（d）所示，）所示，求电流求电流I。OC0LU8I1.067 ARR1.56（ ）2022-1-3174. 用戴维南定理求解电路用戴维南定理求解电路【例例2-10】用戴维南定理求解例用戴维南定理求解例2-7电路图中的电阻电路图中的电阻R2上的电压和电流。上的电压和电流。如图如图2.22（a）所示：）所示：US=12V，IS= 2A，R1=4，R2=6，R3=8，R4=4解：（解：（1）将电阻）将电阻R2断开，移去断开，移去R2后的后的a、b二端有源网络如图二端有源网络如图2.3

15、7（b）所示。）所示。求出的开路电压求出的开路电压UOC。电流电流IS只流过只流过R4电阻，故可得到电阻，故可得到OCabSS4UUUI R122 44 V （ ）2022-1-3184. 用戴维南定理求解电路用戴维南定理求解电路【例例2-10】用戴维南定理求解例用戴维南定理求解例2-7电路图中的电阻电路图中的电阻R2上的电压和电流。上的电压和电流。如图如图2.22（a）所示：）所示：US=12V，IS= 2A，R1=4，R2=6，R3=8，R4=4解：解： （2）求出）求出a、b二端无源网络（电压源二端无源网络（电压源用短路替代，电流源用开路替代）的等用短路替代，电流源用开路替代）的等效电阻

16、效电阻R0。04RR4（3）画出有源二端网络的等效电路，并将电阻）画出有源二端网络的等效电路，并将电阻R2接上，如图接上，如图2.37（c）所示，求出电流所示，求出电流I2和电压和电压U2。OC202U4I0.4 ARR46（ ）22OC02R6UU42.4 VRR46（ ）2022-1-3195. 负载获得最大功率的条件负载获得最大功率的条件最大功率传输定理最大功率传输定理 一个有源网络均可用一个实际电压一个有源网络均可用一个实际电压源等效替代，因此，任何一个电路都可化源等效替代，因此，任何一个电路都可化为负载与电压源的串联，如图为负载与电压源的串联，如图2.38所示。所示。则负载获得的功率

17、为则负载获得的功率为22SLLL0LUPI RRRR在在US、R0一定时，要使一定时，要使PL最大，应使最大，应使LLdP0dR20LLS3L0LRRdPU0dRRR（）负载负载RL获得最大功获得最大功率的条件为率的条件为L0RR2022-1-3205. 负载获得最大功率的条件负载获得最大功率的条件此时，负载获得的功率是此时，负载获得的功率是RL=R0时，称为功率匹配。时，称为功率匹配。2SLmax0UP4R传输效率传输效率2LLLS0L0LPI RRU IRRI IRR（）说明：上述条件的前提是说明：上述条件的前提是Us和和R0不变。不变。电路效率电路效率=50=50%，较低。，较低。电子技

18、术中小信号放大电子技术中小信号放大-阻抗匹配阻抗匹配电子技术中大信号放大电子技术中大信号放大-效率太低。效率太低。2022-1-3215. 负载获得最大功率的条件负载获得最大功率的条件【例例2-11】如图如图2.39（a）所示的电路图）所示的电路图中，中，US=24V，IS=4A，R1=12，R2=4，R3=6。求。求RL为何值时可获得为何值时可获得最大功率？此功率为多少？最大功率？此功率为多少？解：（解：（1）将待求支路去掉，其余部分）将待求支路去掉，其余部分为有源二端网络，如图为有源二端网络，如图2.39（b）所示。）所示。（2）将有源二端网络等效成一个电压）将有源二端网络等效成一个电压源

19、。源。开路电压开路电压UOC即电压源的等效电压，即电压源的等效电压，用叠加定理可得用叠加定理可得212OCS3s1212RR RUURIRRRR412 4246430(V)1241242022-1-3225. 负载获得最大功率的条件负载获得最大功率的条件解：解：二端无源网络如图二端无源网络如图2.39（c）所示，其等）所示，其等效电阻效电阻R0012312 4RR / /R +R+69()12+4（3）有源二端网络的等效电路，并接）有源二端网络的等效电路，并接上电阻上电阻RL，如图，如图2.39（d）所示，可知）所示，可知当当RL=R0=9时，负载时，负载RL从电路中获得从电路中获得最大功率最

20、大功率22OCLmax0U30P25 W4R4 9（）2022-1-323实训流程：实训流程：（1）按图）按图2.40所示接线，负载所示接线，负载RL取自元件取自元件箱箱TKDG-05的电阻箱。的电阻箱。（2）按表）按表2-6所列内容，令所列内容，令RL在在01k范围范围内变化时，分别测出内变化时，分别测出UO、UL及及I的值，表中的值，表中UO，PO分别为稳压电源的输出电压和功率，分别为稳压电源的输出电压和功率，UL、PL分别为分别为RL二端的电压和功率，二端的电压和功率，I为电为电路的电流。在路的电流。在PL最大值附近应多测几点。最大值附近应多测几点。表表2-6 最大功率传输条件测试表最大

21、功率传输条件测试表US=12VR0=200RL（）UO（V）UL（V）I (mA)PO (W)PL (W)2022-1-324【做一做做一做】（1）整理实验数据，画出下的下列各关系曲）整理实验数据，画出下的下列各关系曲线：线： IRL，UORL，ULRL，PORL，PLRL （2）根据实验结果，说明负载获得最大功率）根据实验结果，说明负载获得最大功率的条件是什么的条件是什么?【想一想想一想】（1）电力系统进行电能传输时为什么不能工作在匹配工作状态？）电力系统进行电能传输时为什么不能工作在匹配工作状态？（2）实际应用中，电源的内阻是否随负载而变？）实际应用中，电源的内阻是否随负载而变？（3）电源电压的变化对最大功率传输的条件有无影响？）电源电压的变化对最大功率传输的条件有无影响？2022-1-325 受控源电路的分析同样可采用支路电流法、叠加定理、受控源电路的分析同样可采用支路电流法、叠加定理、实际电源两种模型等效变换和戴维南定理等方法。实际电源两种模型等效变换和戴维南定理等方法。 受控源的处理与独立源并无原则上的不同，只是要注受控源的处理与独立源并无原则上的不同，只是要注意对电路进行化简时，不能随意将含有控制量的支路消除意对电路进行化简时，不能随意将含有控制量的支路消除掉；在计算过程中一般还有