实验三-戴维南定理和最大功率传输定理的验证(仿真实验)

PAGEPAGE4实验三戴维南定理和最大功率传输定理的验证（仿真实验）一、实验目的1.验证戴维南定理的正确性，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。3.掌握测量开路电压与等效内阻的方法。二、实验原理1.戴维南定理任何一个线性有源网络，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（或称为有源一端口网络）。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。UOC（US）和R0称为有源二端网络的等效参数。2.有源二端网络等效电阻的测量方法（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5-1所示。根据外特性曲线求出斜率，则内阻：图5-1外特性曲线图5-2半电压法测内阻的方法（3）半电压法测R0如图5-2所示，当负载电压为被测网络开路电压的一半时，负载电阻（即电阻箱）的阻值就是被测有源二端网络的等效内阻值。三、实验设备序号名称型号与规格数量1直流稳压电源0～30V12直流恒流源0～500mA13直流数字电压表0～200V14直流数字毫安表0～200mA15十进制可变电阻箱0～99999.9Ω16戴维南定理实验电路板1四、实验内容被测有源二端网络如图5-3（a）所示，电压源US=15V和恒流源IS=20mA。（a）电路原理图（b）等效电路图5-3有源二端网络图5-4Multisim戴维南定理测开路电压仿真电路图5-5Multisim戴维南定理测短路电流仿真电路1.用开路电压、短路电流法测量戴维南等效电路的UOC、R0。按图5-3（a）接入稳压电源US=15V和恒流源IS=20mA，不接入RL。测量出开路电压UOC（注意测量开路电压UOC时，不接入毫安表。）；然后再短接RL，测量出短路电流ISC，则根据公式计算出R0，将所测数据填入表5-1中。表5-1开路电压、短路电流法的实验数据理论值实测值图5-6Multisim“戴维南定理”原电路伏安实验图5-7Multisim“戴维南定理”等效电路伏安实验2.伏安法（戴维南等效电路与原电路伏案关系比较）按图5-6接入负载电阻RL（即电阻箱）。按表5-2改变电阻箱RL阻值，测量有源二端网络的外特性曲线，将数据填入表5-2中。按图5-7接入负载电阻RL（即电阻箱）。按表5-3改变电阻箱RL阻值，测量有源二端网络的外特性曲线，将数据填入表5-3中。表5-2有源二端网络的外特性实验数据（原电路）RL（kΩ）56789U（V）I（mA）P（W）表5-3有源二端网络的外特性实验数据（等效电路）RL（kΩ）56789U（V）I（mA）P（W） 最大功率传输定理的验证按图5-6接入负载电阻RL（即电阻箱）。按表5-2改变电阻箱RL阻值，测量有源二端网络的外特性曲线，将数据填入表5-4中。按图5-7接入负载电阻RL（即电阻箱）。按表5-3改变电阻箱RL阻值，测量有源二端网络的外特性曲线，将数据填入表5-5中。表5-4有源二端网络的外特性实验数据（原电路）RL（Ω）1002004216001000U（V）I（mA）P（W）表5-5有源二端网络的外特性实验数据（等效电路）RL（Ω）1002004216001000U