實(shí)訓(xùn)任務(wù)23等效變換法分析復(fù)雜電路3

1、 主主 編：徐超明編：徐超明副主編：李副主編：李 珍、姚華青、陳建新珍、姚華青、陳建新 王平康、劉王平康、劉 強(qiáng)強(qiáng) 工作任務(wù)： 簡(jiǎn)單電路的測(cè)試分析。 電阻間的等效變換。 基爾霍夫定律的研究與應(yīng)用。 支路電流法的驗(yàn)證。 疊加定理的研究。 測(cè)定電源等效變換的條件。 戴維南定理的驗(yàn)證有源二端網(wǎng)絡(luò)等效參數(shù)的測(cè)定。 最大功率傳輸條件測(cè)定。 含有受控源電路的分析。2021-12-2522.3.1 2.3.1 疊加定理及其應(yīng)用疊加定理及其應(yīng)用實(shí)訓(xùn)實(shí)訓(xùn)2-42-4：疊加定理的研究：疊加定理的研究實(shí)訓(xùn)實(shí)訓(xùn)2-52-5：驗(yàn)證疊加定理：驗(yàn)證疊加定理2.3.2 2.3.2 實(shí)際電壓源和實(shí)際電流源的等效互換實(shí)際電壓源和

2、實(shí)際電流源的等效互換實(shí)訓(xùn)實(shí)訓(xùn)2-62-6：測(cè)定電源等效變換的條件：測(cè)定電源等效變換的條件2.3.3 2.3.3 戴維南定理及其應(yīng)用戴維南定理及其應(yīng)用實(shí)訓(xùn)實(shí)訓(xùn)2-72-7：戴維南定理的驗(yàn)證：戴維南定理的驗(yàn)證有源二端網(wǎng)絡(luò)等效參數(shù)有源二端網(wǎng)絡(luò)等效參數(shù)的測(cè)定的測(cè)定實(shí)訓(xùn)實(shí)訓(xùn)2-82-8：最大功率傳輸條件測(cè)定：最大功率傳輸條件測(cè)定2021-12-2532021-12-2541. 二端網(wǎng)絡(luò)二端網(wǎng)絡(luò)二端網(wǎng)絡(luò)：有二端網(wǎng)絡(luò)：有2個(gè)引出端的電路。個(gè)引出端的電路。無源二端網(wǎng)絡(luò)：無源二端網(wǎng)絡(luò)：由電阻組成電路。由電阻組成電路。等效等效等效等效有源二端網(wǎng)絡(luò)：有源二端網(wǎng)絡(luò)：含有電源電路含有電源電路2021-12-2552.戴

3、維南定理戴維南定理 任一有源二端網(wǎng)絡(luò)都可化簡(jiǎn)為一實(shí)際電壓源，電壓值任一有源二端網(wǎng)絡(luò)都可化簡(jiǎn)為一實(shí)際電壓源，電壓值為網(wǎng)絡(luò)端口電壓為網(wǎng)絡(luò)端口電壓UOC，電阻值為網(wǎng)絡(luò)無源化后的端口電阻，電阻值為網(wǎng)絡(luò)無源化后的端口電阻R0。網(wǎng)絡(luò)無源化：電壓源短路，電流源開路。網(wǎng)絡(luò)無源化：電壓源短路，電流源開路。2021-12-2563. 有源二端網(wǎng)絡(luò)等效參數(shù)的測(cè)定有源二端網(wǎng)絡(luò)等效參數(shù)的測(cè)定 應(yīng)用戴維南定理的關(guān)鍵是求出應(yīng)用戴維南定理的關(guān)鍵是求出有源二端網(wǎng)絡(luò)有源二端網(wǎng)絡(luò)N的開路的開路電壓電壓UOC和與之對(duì)應(yīng)的和與之對(duì)應(yīng)的無源網(wǎng)絡(luò)無源網(wǎng)絡(luò)N0的等效電阻的等效電阻R0。 開路電壓開路電壓UOC一般是通過前面所介紹的分析方法和

4、定一般是通過前面所介紹的分析方法和定理來求解。當(dāng)然，開路電壓也可以通過實(shí)驗(yàn)的方法測(cè)得。理來求解。當(dāng)然，開路電壓也可以通過實(shí)驗(yàn)的方法測(cè)得。在精度要求不高的情況下，可用電壓表直接測(cè)量在精度要求不高的情況下，可用電壓表直接測(cè)量UOC。2021-12-2573. 有源二端網(wǎng)絡(luò)等效參數(shù)的測(cè)定有源二端網(wǎng)絡(luò)等效參數(shù)的測(cè)定求解等效電阻求解等效電阻R0的方法主要有下列幾種。的方法主要有下列幾種。（1）將有源二端網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部所有獨(dú)立電源置零，即電壓源用）將有源二端網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部所有獨(dú)立電源置零，即電壓源用短路替代，電流源用開路替代，得到與之對(duì)應(yīng)的無源網(wǎng)絡(luò)短路替代，電流源用開路替代，得到與之對(duì)應(yīng)的無源網(wǎng)絡(luò)N0。然后，根據(jù)電阻

5、串并聯(lián)、星形與三角形等效變換等方法，求然后，根據(jù)電阻串并聯(lián)、星形與三角形等效變換等方法，求出該二端的等效電阻出該二端的等效電阻。（理論計(jì)算法）（理論計(jì)算法）（2）用萬用表直接測(cè)量等效電阻。用萬用表直接測(cè)量等效電阻。（直接測(cè)量直接測(cè)量法）法）2021-12-258（3）外加電源法）外加電源法 將有源二端網(wǎng)絡(luò)所有獨(dú)立電源置零，將有源二端網(wǎng)絡(luò)所有獨(dú)立電源置零，在端口在端口a、b處施加一電壓或電流，計(jì)算或測(cè)處施加一電壓或電流，計(jì)算或測(cè)量輸入端口的電流量輸入端口的電流I或電壓或電壓U，則等效電阻則等效電阻R0=U/I。（4）開路短路法開路短路法 將有源二端網(wǎng)絡(luò)輸出端開路，將有源二端網(wǎng)絡(luò)輸出端開路，用電壓

6、表直接測(cè)出其輸出端的開路用電壓表直接測(cè)出其輸出端的開路電壓電壓Uoc，然后再將其輸出端短路，然后再將其輸出端短路，用電流表測(cè)其短路電流用電流表測(cè)其短路電流Isc，則等效，則等效電阻為電阻為R0=UOC/ISC。 如果二端網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)阻很小，若將如果二端網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)阻很小，若將其輸出端口短路則易損壞其內(nèi)部元件，其輸出端口短路則易損壞其內(nèi)部元件，此時(shí)不宜采用此方法。此時(shí)不宜采用此方法。求解等效電阻求解等效電阻R0的方法的方法2021-12-259還有還有（1）半電壓法測(cè)等效電阻）半電壓法測(cè)等效電阻R0 當(dāng)負(fù)載電壓為被測(cè)網(wǎng)絡(luò)開路電壓的一半時(shí)，負(fù)載電阻（由電阻箱當(dāng)負(fù)載電壓為被測(cè)網(wǎng)絡(luò)開路電壓的一半時(shí)，負(fù)載電阻（

7、由電阻箱的讀數(shù)確定）即為被測(cè)有源二端網(wǎng)絡(luò)的等效內(nèi)阻值。的讀數(shù)確定）即為被測(cè)有源二端網(wǎng)絡(luò)的等效內(nèi)阻值。（2）零示法測(cè)量開路電壓）零示法測(cè)量開路電壓UOC 用一低內(nèi)阻的穩(wěn)壓電源與被測(cè)有源二端網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行比較，當(dāng)穩(wěn)壓電用一低內(nèi)阻的穩(wěn)壓電源與被測(cè)有源二端網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行比較，當(dāng)穩(wěn)壓電源的輸出電壓與有源二端網(wǎng)絡(luò)的開路電壓相等時(shí)，電壓表的讀數(shù)將為源的輸出電壓與有源二端網(wǎng)絡(luò)的開路電壓相等時(shí)，電壓表的讀數(shù)將為“0”。然后將電路斷開，測(cè)量此時(shí)穩(wěn)壓電源的輸出電壓，即為被測(cè)有。然后將電路斷開，測(cè)量此時(shí)穩(wěn)壓電源的輸出電壓，即為被測(cè)有源二端網(wǎng)絡(luò)的開路電壓。源二端網(wǎng)絡(luò)的開路電壓。半電壓法測(cè)等效電阻半電壓法測(cè)等效電阻零示法測(cè)量開路電壓

8、零示法測(cè)量開路電壓2021-12-25101）用開路電壓、短路電流法測(cè)定戴維南等效電路的）用開路電壓、短路電流法測(cè)定戴維南等效電路的UOC、R0。實(shí)訓(xùn)流程：實(shí)訓(xùn)流程：（1）按圖）按圖2.35（a）所示接入電路，其）所示接入電路，其中穩(wěn)壓電源中穩(wěn)壓電源US=12V，恒流源，恒流源Is=10mA。（2）不接入）不接入RL，用電壓表測(cè)出開路電，用電壓表測(cè)出開路電壓壓UOC，用電流表測(cè)出短路電流，用電流表測(cè)出短路電流ISC，并，并計(jì)算出計(jì)算出R0。Uoc(v)Isc(mA)R0=Uoc/Isc()表表2-9開路電壓、等效電阻測(cè)量開路電壓、等效電阻測(cè)量2021-12-25112）負(fù)載實(shí)驗(yàn)）負(fù)載實(shí)驗(yàn) 按圖

9、按圖2.35（a）接入）接入RL。改變。改變RL阻值，測(cè)量有源二端網(wǎng)絡(luò)的外特阻值，測(cè)量有源二端網(wǎng)絡(luò)的外特性曲線。性曲線。實(shí)訓(xùn)流程：實(shí)訓(xùn)流程：表表2-10 有源二端網(wǎng)絡(luò)的外特性曲線測(cè)量有源二端網(wǎng)絡(luò)的外特性曲線測(cè)量U（V）I（mA）2021-12-2512實(shí)訓(xùn)流程：實(shí)訓(xùn)流程：3）驗(yàn)證戴維南定理）驗(yàn)證戴維南定理 從電阻箱上取得按步驟從電阻箱上取得按步驟1）所得的等效電阻）所得的等效電阻R0之值，然后令其與之值，然后令其與直流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電源調(diào)到步驟調(diào)到步驟1）所測(cè)得的開路電壓）所測(cè)得的開路電壓Uoc之值之值相串聯(lián)，如圖相串聯(lián)，如圖2.35（b）所示，仿照步驟）所示，仿照步驟2）測(cè)其外特性，對(duì)戴維

10、南定理進(jìn)行驗(yàn)證。）測(cè)其外特性，對(duì)戴維南定理進(jìn)行驗(yàn)證。2021-12-2513實(shí)訓(xùn)流程：實(shí)訓(xùn)流程：4）有源二端網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的其他測(cè)量方法）有源二端網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的其他測(cè)量方法（1）在圖）在圖2.35（a）中，將被測(cè)有源網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的所有獨(dú)立源置零（將電流源）中，將被測(cè)有源網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的所有獨(dú)立源置零（將電流源IS斷開，去掉電壓源斷開，去掉電壓源US，并在原電壓源所接的兩點(diǎn)用一根短路導(dǎo)線相連），并在原電壓源所接的兩點(diǎn)用一根短路導(dǎo)線相連），然后直接用萬用表的歐姆檔去測(cè)定負(fù)載然后直接用萬用表的歐姆檔去測(cè)定負(fù)載RL開路時(shí)開路時(shí)A、B兩點(diǎn)間的電阻，此即兩點(diǎn)間的電阻，此即為被測(cè)網(wǎng)絡(luò)的等效電阻為被測(cè)網(wǎng)絡(luò)的等效電阻R0。 等效電阻等

11、效電阻R0= 。（2）用半電壓法和零示法測(cè)量被測(cè)網(wǎng)絡(luò)的等效電阻）用半電壓法和零示法測(cè)量被測(cè)網(wǎng)絡(luò)的等效電阻R0及其開路電壓及其開路電壓UOC 等效電阻等效電阻R0= ；開路電壓；開路電壓UOC= 。（3）比較各種方法所測(cè)得的有源二端網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)值。）比較各種方法所測(cè)得的有源二端網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)值。2021-12-25144. 用戴維南定理求解電路用戴維南定理求解電路解題步驟解題步驟1）移去待求支路電流的）移去待求支路電流的支路（形成二端網(wǎng)絡(luò)）支路（形成二端網(wǎng)絡(luò)）2）求端口電壓）求端口電壓UOC3）求無源端口電阻）求無源端口電阻RO4）畫戴維南等效電路）畫戴維南等效電路5）接入待求支路求解）接入待求支路求

12、解戴維南定理常用來分析電路中某一支路的電流和電壓。戴維南定理常用來分析電路中某一支路的電流和電壓。2021-12-25154. 用戴維南定理求解電路用戴維南定理求解電路【例例2-92-9】圖圖2.362.36（a a）所示電路中，）所示電路中，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，求電阻，求電阻R RL L上的電流上的電流I I。解：（解：（1）將電阻）將電阻RL斷開，求出移去斷開，求出移去RL后的后的a、b二端有源網(wǎng)絡(luò)的開路電壓二端有源網(wǎng)絡(luò)的開路電壓UOC，如圖如圖2.36（b）所示

13、。）所示。 將電流源將電流源IS2與電阻與電阻R1組成的實(shí)際組成的實(shí)際電流源轉(zhuǎn)換成實(shí)際電壓源，可得到電流源轉(zhuǎn)換成實(shí)際電壓源，可得到OCab122 2UU2 148 V2 1 3 （ ）2021-12-25164. 用戴維南定理求解電路用戴維南定理求解電路【例例2-9】圖圖2.36（a）所示電路中，）所示電路中，US1=12V，IS2=2A，R1=2，R2=1，R3=3，RL=6，求電阻，求電阻RL上的電流上的電流I。解：解： （2）求出）求出a、b二端無源網(wǎng)絡(luò)（電二端無源網(wǎng)絡(luò)（電壓源用短路替代，電流源用開路替代）壓源用短路替代，電流源用開路替代）的等效電阻的等效電阻R0，如圖，如圖2.36（c

14、）所示。）所示。0123RRR/ /R3/ /31.5 （）（ ）（3）畫出有源二端網(wǎng)絡(luò)的等效電路，）畫出有源二端網(wǎng)絡(luò)的等效電路，并將電阻并將電阻RL接上，如圖接上，如圖2.36（d）所示，）所示，求電流求電流I。OC0LU8I1.067 ARR1.56（ ）2021-12-25174. 用戴維南定理求解電路用戴維南定理求解電路【例【例2-10】用戴維南定理求解例用戴維南定理求解例2-7電路圖中的電阻電路圖中的電阻R2上的電壓和電流。上的電壓和電流。如圖如圖2.22（a）所示：）所示：US=12V，IS= 2A，R1=4，R2=6，R3=8，R4=4解：（解：（1）將電阻）將電阻R2斷開，移去

15、斷開，移去R2后的后的a、b二端有源網(wǎng)絡(luò)如圖二端有源網(wǎng)絡(luò)如圖2.37（b）所示。）所示。求出的開路電壓求出的開路電壓UOC。電流電流IS只流過只流過R4電阻，故可得到電阻，故可得到OCabSS4UUUI R122 44 V （ ）2021-12-25184. 用戴維南定理求解電路用戴維南定理求解電路【例【例2-10】用戴維南定理求解例用戴維南定理求解例2-7電路圖中的電阻電路圖中的電阻R2上的電壓和電流。上的電壓和電流。如圖如圖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二端無源網(wǎng)絡(luò)（電壓源二端無源網(wǎng)絡(luò)（電壓源用

16、短路替代，電流源用開路替代）的等用短路替代，電流源用開路替代）的等效電阻效電阻R0。04RR4（3）畫出有源二端網(wǎng)絡(luò)的等效電路，并將電阻）畫出有源二端網(wǎng)絡(luò)的等效電路，并將電阻R2接上，如圖接上，如圖2.37（c）所示，求出電流所示，求出電流I2和電壓和電壓U2。OC202U4I0.4 ARR46（ ）22OC02R6UU42.4 VRR46（ ）2021-12-25195. 負(fù)載獲得最大功率的條件負(fù)載獲得最大功率的條件最大功率傳輸定理最大功率傳輸定理 一個(gè)有源網(wǎng)絡(luò)均可用一個(gè)實(shí)際電壓一個(gè)有源網(wǎng)絡(luò)均可用一個(gè)實(shí)際電壓源等效替代，因此，任何一個(gè)電路都可化源等效替代，因此，任何一個(gè)電路都可化為負(fù)載與電壓

17、源的串聯(lián)，如圖為負(fù)載與電壓源的串聯(lián)，如圖2.38所示。所示。則負(fù)載獲得的功率為則負(fù)載獲得的功率為22SLLL0LUPI RRRR在在US、R0一定時(shí)，要使一定時(shí)，要使PL最大，應(yīng)使最大，應(yīng)使LLdP0dR20LLS3L0LRRdPU0dRRR（）負(fù)載負(fù)載RL獲得最大功獲得最大功率的條件為率的條件為L(zhǎng)0RR2021-12-25205. 負(fù)載獲得最大功率的條件負(fù)載獲得最大功率的條件此時(shí)，負(fù)載獲得的功率是此時(shí)，負(fù)載獲得的功率是RL=R0時(shí)，稱為功率匹配。時(shí)，稱為功率匹配。2SLmax0UP4R傳輸效率傳輸效率2LLLS0L0LPI RRU IRRI IRR（）說明：上述條件的前提是說明：上述條件的前

18、提是Us和和R0不變。不變。電路效率電路效率=50=50%，較低。，較低。電子技術(shù)中小信號(hào)放大電子技術(shù)中小信號(hào)放大-阻抗匹配阻抗匹配電子技術(shù)中大信號(hào)放大電子技術(shù)中大信號(hào)放大-效率太低。效率太低。2021-12-25215. 負(fù)載獲得最大功率的條件負(fù)載獲得最大功率的條件【例例2-11】如圖如圖2.39（a）所示的電路圖）所示的電路圖中，中，US=24V，IS=4A，R1=12，R2=4，R3=6。求。求RL為何值時(shí)可獲得為何值時(shí)可獲得最大功率？此功率為多少？最大功率？此功率為多少？解：（解：（1）將待求支路去掉，其余部分）將待求支路去掉，其余部分為有源二端網(wǎng)絡(luò)，如圖為有源二端網(wǎng)絡(luò)，如圖2.39（

19、b）所示。）所示。（2）將有源二端網(wǎng)絡(luò)等效成一個(gè)電壓）將有源二端網(wǎng)絡(luò)等效成一個(gè)電壓源。源。開路電壓開路電壓UOC即電壓源的等效電壓，即電壓源的等效電壓，用疊加定理可得用疊加定理可得212OCS3s1212RR RUURIRRRR412 4246430(V)1241242021-12-25225. 負(fù)載獲得最大功率的條件負(fù)載獲得最大功率的條件解：解：二端無源網(wǎng)絡(luò)如圖二端無源網(wǎng)絡(luò)如圖2.39（c）所示，其等）所示，其等效電阻效電阻R0012312 4RR / /R +R+69()12+4（3）有源二端網(wǎng)絡(luò)的等效電路，并接）有源二端網(wǎng)絡(luò)的等效電路，并接上電阻上電阻RL，如圖，如圖2.39（d）所示，

20、可知）所示，可知當(dāng)當(dāng)RL=R0=9時(shí)，負(fù)載時(shí)，負(fù)載RL從電路中獲得從電路中獲得最大功率最大功率22OCLmax0U30P25 W4R4 9（）2021-12-2523實(shí)訓(xùn)流程：實(shí)訓(xùn)流程：（1）按圖）按圖2.40所示接線，負(fù)載所示接線，負(fù)載RL取自元件取自元件箱箱TKDG-05的電阻箱。的電阻箱。（2）按表）按表2-6所列內(nèi)容，令所列內(nèi)容，令RL在在01k范圍范圍內(nèi)變化時(shí)，分別測(cè)出內(nèi)變化時(shí)，分別測(cè)出UO、UL及及I的值，表中的值，表中UO，PO分別為穩(wěn)壓電源的輸出電壓和功率，分別為穩(wěn)壓電源的輸出電壓和功率，UL、PL分別為分別為RL二端的電壓和功率，二端的電壓和功率，I為電為電路的電流。在路的電

21、流。在PL最大值附近應(yīng)多測(cè)幾點(diǎn)。最大值附近應(yīng)多測(cè)幾點(diǎn)。表表2-6 最大功率傳輸條件測(cè)試表最大功率傳輸條件測(cè)試表US=12VR0=200RL（）UO（V）UL（V）I (mA)PO (W)PL (W)2021-12-2524【做一做】【做一做】（1）整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，畫出下的下列各關(guān)系曲）整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，畫出下的下列各關(guān)系曲線：線： IRL，UORL，ULRL，PORL，PLRL （2）根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，說明負(fù)載獲得最大功率）根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，說明負(fù)載獲得最大功率的條件是什么的條件是什么?【想一想想一想】（1）電力系統(tǒng)進(jìn)行電能傳輸時(shí)為什么不能工作在匹配工作狀態(tài)？）電力系統(tǒng)進(jìn)行電能傳輸時(shí)為什么不能工作在匹配工作

22、狀態(tài)？（2）實(shí)際應(yīng)用中，電源的內(nèi)阻是否隨負(fù)載而變？）實(shí)際應(yīng)用中，電源的內(nèi)阻是否隨負(fù)載而變？（3）電源電壓的變化對(duì)最大功率傳輸?shù)臈l件有無影響？）電源電壓的變化對(duì)最大功率傳輸?shù)臈l件有無影響？2021-12-2525 受控源電路的分析同樣可采用支路電流法、疊加定理、受控源電路的分析同樣可采用支路電流法、疊加定理、實(shí)際電源兩種模型等效變換和戴維南定理等方法。實(shí)際電源兩種模型等效變換和戴維南定理等方法。 受控源的處理與獨(dú)立源并無原則上的不同，只是要注受控源的處理與獨(dú)立源并無原則上的不同，只是要注意對(duì)電路進(jìn)行化簡(jiǎn)時(shí)，不能隨意將含有控制量的支路消除意對(duì)電路進(jìn)行化簡(jiǎn)時(shí)，不能隨意將含有控制量的支路消除掉；在計(jì)算過程中一般還有一個(gè)控制量和