戴維南定理和諾頓定理的驗證實驗+數(shù)據(jù)

1、測量此時穩(wěn)壓電源的輸出電壓,即為被測有源二端網(wǎng)絡(luò)的開路電壓。圖3-1穩(wěn)壓電IS戴維南定理和諾頓定理的驗證、實驗?zāi)康?、掌握有源二端網(wǎng)絡(luò)代維南等效電路參數(shù)的測定方法。2、驗證戴維南定理、諾頓定理和置換定理的正確性。3、進(jìn)一步學(xué)習(xí)常用直流儀器儀表的使用方法。二、原理說明1、任何一個線性含源網(wǎng)絡(luò)，如果僅研究其中一條支路的電壓和電流，則可將電路的其 余部分看作是一個有源二端網(wǎng)絡(luò)（或稱為含源二端網(wǎng)絡(luò)）。2、戴維南定理：任何一個線性有源網(wǎng)絡(luò)，總可以用一個理想電壓源與一個電阻的串聯(lián)支路來等效代替，此電壓源的電壓等于該有源二端網(wǎng)絡(luò)的開路電壓Uoc，其等效內(nèi)阻 Ro等于該網(wǎng)絡(luò)中所有獨立源均置零（理想電壓源視為短

2、路， 理想電流源視為開路） 時的等效電阻。這一串聯(lián)電路稱為該網(wǎng)絡(luò)的代維南等效電路。3、諾頓定理：任何一個線性有源網(wǎng)絡(luò)，總可以用一個理想電流源與一個電阻的并聯(lián)組合來等效代替，此電流源的電流等于該有源二端網(wǎng)絡(luò)的短路電流Isc，其等效內(nèi)阻 Ro定義與戴維南定理的相同。4、有源二端網(wǎng)絡(luò)等效參數(shù)的測量方法Uoc、Isc和Ro稱為有源二端網(wǎng)絡(luò)的等效電路參數(shù)，可由實驗測得。（一）開路電壓Uoc的測量方法（1）可直接用電壓表測量。（2）零示法測 U oc在測量具有高內(nèi)阻有源二端網(wǎng)絡(luò)的開路電壓時，用電壓表直接測量會造成較大的誤差。為了消除電壓表內(nèi)阻的影響，往往采用零示測量法，如圖3-1所示。當(dāng)穩(wěn)壓電源的零示法測

3、量原理是用一低內(nèi)阻的穩(wěn)壓電源與被測有源二端網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行比較,0”。然后將電路斷開,輸出電壓與有源二端網(wǎng)絡(luò)的開路電壓相等時，電壓表的讀數(shù)將為“（二）等效電阻Ro的測量方法（1）開路電壓、短路電流法測Ro該方法只實用于內(nèi)阻較大的二端網(wǎng)絡(luò)。因當(dāng)內(nèi)阻很小時，若將其輸出端口短路則易損壞 其內(nèi)部元件，不宜用此法。該測量方法是：在有源二端網(wǎng)絡(luò)輸出端開路時，用電壓表直接測其輸出端的開路電壓Uoc，然后將其輸出端短路，用電流表測其短路電流Ise,則等效內(nèi)阻為RoU OCI sc(2)伏安法測Ro用電壓表、電流表測出有源二端網(wǎng)絡(luò)的外特性如圖3-2所示。根據(jù)外特性曲線求出斜率tg 0,則內(nèi)阻：Ro tgU OCI sc

4、(3) 若只有電壓表及電阻器，沒有電流表測短路電流，或者某些被測網(wǎng)絡(luò)本身不允許短路，則可在網(wǎng)絡(luò)兩端接入已知阻值為R的電阻器，測量該電阻兩端電壓UR ,然后按下式計算。Ro (Uoc Ur)1)R(4) 半電壓法測Ro如圖3-3所示，當(dāng)負(fù)載電壓為被測網(wǎng)絡(luò)開路電壓的一半時，負(fù)載電阻(由電阻箱的讀數(shù)確定)即為被測有源二端網(wǎng)絡(luò)的等效內(nèi)阻值。被測有源網(wǎng)緒圖3-3圖3-5、實驗設(shè)備序號名稱型號與規(guī)格數(shù)量備注1可調(diào)直流穩(wěn)壓電源0 30V12可調(diào)直流恒流源0 500mA13直流數(shù)子電壓表0 200V14直流數(shù)字毫安表0 200mA15數(shù)字萬用表VC9801A+1自備6可調(diào)電阻箱0 99999.9 Q1DGJ-

5、057電位器1K/2W1DGJ-058戴維南定理實驗電路板1DGJ-05四、實驗內(nèi)容被測有源二端網(wǎng)絡(luò)如圖3-4（a）所示。1、用開路電壓、短路電流法測定戴維南等效電路的Uoc、Ro。按圖3-4（a）接入穩(wěn)壓電源 Us =12V和恒流源Is =10mA，不接入 Rl。測出Uoc和Isc,并計算出Ro，記錄于表1。表1U OC(V)Isc(mA)Ro=Uoc/Isc (Q)17.0932.25342、負(fù)載實驗按圖3-4（a）接入Rl。改變Rl（ 0-10k ）阻值，測量有源二端網(wǎng)絡(luò)的外特性曲線，記錄于表2。表2R( Q)301500ooU(V)6.168.9910.6311.712.4516.8I

6、(mA)20.214.811.79.78.203、有源二端網(wǎng)絡(luò)等效電阻（入端電阻）的直接測量法。見圖3-4（ a）。將被測有源網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的所有獨立源置零（先斷開電流源Is,去掉電壓源Us,再將電路中的C、D兩點間用導(dǎo)線短接），然后用伏安法或直接用萬用表的歐姆檔去測定負(fù)載Rl開路時A、B兩點間的電阻，此即為被測網(wǎng)絡(luò)的等效內(nèi)阻R0,或稱網(wǎng)絡(luò)的入端電阻Ri。用此法測得的電阻為：527Uoc。4、用半電壓法測量被測網(wǎng)絡(luò)的等效內(nèi)阻Ro ,用零示法測量被測網(wǎng)絡(luò)的開路電壓電路圖及數(shù)據(jù)表格自擬。表3 5電阻和開路電壓的測量值電阻Ro/ Q開路電壓U/V52617.08內(nèi)容二：戴維南定理的驗證取一只10K可調(diào)電位器

7、，將其阻值調(diào)整到等于按內(nèi)容一中的步驟1所得的等效電阻 Ro值，然后令其與直流穩(wěn)壓電源（調(diào)到步驟 1時所測得的開路電壓Uoc值）相串聯(lián)，電路如圖3-4（b）所示，仿照內(nèi)容一中的步驟2測其外特性，對戴維南定理進(jìn)行驗證，記錄于表3。表3R( Q )30060090012001500ooU(V)6.199.0710.7411.7412.5116.9I(mA)20.214.911.89.88.30內(nèi)容三：諾頓定理的驗證取一只10K可調(diào)電位器，將其阻值調(diào)整到等于按內(nèi)容一中的步驟 1所得的等效電阻 Ro 值，然后令其與直流恒流源 （調(diào)到步驟1時所測得的短路電流 Isc值）相并聯(lián)，電路如圖3-5 所示，仿照內(nèi)

8、容一中的步驟 2測其外特性，對諾頓定理進(jìn)行驗證，記錄于表 4。表4R( Q )301500ooU(V)I(mA)五、注意事項1. 測量時應(yīng)注意電流表量程的更換。2. 實驗步驟“ 5”中，電壓源置零時不可將穩(wěn)壓源短接。3. 用萬用表直接測 Ro時，網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的獨立源必須先置零，以免損壞萬用表。其次，歐姆檔必須經(jīng)調(diào)零后再進(jìn)行測量。4. 用零示法測量Uoc時，應(yīng)先將穩(wěn)壓電源的輸出調(diào)至接近于Uoc，再按圖8-3測量。5. 改接線路時，要關(guān)掉電源。六、預(yù)習(xí)思考題1. 在求戴維南或諾頓等效電路時，作短路試驗，測Isc的條件是什么？在本實驗中可否直接作負(fù)載短路實驗？請實驗前對線路 8-4（a）預(yù)先作好計算，以便

9、調(diào)整實驗線路及測量時可 準(zhǔn)確地選取電表的量程。答：測Isc的條件是：插入毫安表，短接A、B端。在本實驗中可直接做負(fù)載短路實驗， 測出開路電壓Uoc與短路電流Isc，等效電阻Ro=Uoc/lsc。2. 說明測有源二端網(wǎng)絡(luò)開路電壓Uoc及等效電阻R0的幾種方法，并比較其優(yōu)缺點。答：（1）測開路電壓 Uoc的方法優(yōu)缺點比較： 零示法測Uoc。優(yōu)點：可以消除電壓表內(nèi)阻的影響；缺點：操作上有難度，難于把 握精確度。 直接用電壓表測 Uoc。優(yōu)點：方便簡單，一目了然；缺點：會造成較大的誤差。（2）測等效電阻Ro的方法優(yōu)缺點比較： 直接用歐姆表測 Ro。優(yōu)點：方便簡單，一目了然；缺點：會造成較大的誤差。 開

10、路電壓、短路電流測Ro。優(yōu)點：測量方法簡單，容易操作；缺點：當(dāng)二端網(wǎng)絡(luò)的 內(nèi) 阻很小時，容易損壞其內(nèi)部元件，因此不宜選用。 伏安法測 Ro。優(yōu)點：利用伏安特性曲線可以直觀地看出其電壓與電流的關(guān)系；缺 點：需作圖，比較繁瑣。 半電壓法測Ro優(yōu)點：方法比較簡單；缺點：難于把握精確度七、實驗報告1.根據(jù)步驟2、3、4，分別繪出曲線，驗證戴維南定理和諾頓定理的正確性，并分析產(chǎn) 生誤差的原因。外特性曲線圖1+有縣二端網(wǎng)絡(luò)外恃性曲線融維南等就電跆卜特咗曲踐線性（貳箍走等畝電辭卜垮 性曲鍍）一線性1有源二誥礪孫特哇I / rnA答：誤差主要來源于實驗操作的不當(dāng)，讀數(shù)時存在差異，實驗儀器本身的不精確等等，這些

11、 都是導(dǎo)致誤差的原因2. 根據(jù)步驟1、5、6的幾種方法測得的 Uoc與Ro與預(yù)習(xí)時電路計算的結(jié)果作比較，你 能得出什么結(jié)論。答：R0 的理論值為(330+510)*10/(330+510+10)+510=520 Q ,貝由1中測得的F0值的相對誤差為：(534-520)/520*100%=2.6%;由5中測得的F0值的相對誤差為：(527-520 ) /520*100%=1.35%;由6中測得的 R)值的相對誤差為：(526-520 ) /520*100%=1.15%.U 的理論值為 12+520*0.01=17.2v,貝由1中測得的 U值的相對誤差為：(17.2-17.09 ) /17.2*100%=0.64% ;由6中測得的 U值的相對誤差為：(17.2-17.08 ) /17.2*100%=0.70%。3.