實驗六 戴維南定理――有源二端網(wǎng)絡等效參數(shù)的測定

1、實驗六戴維南定理戴維南定理有源二端網(wǎng)絡等效參數(shù)的測定有源二端網(wǎng)絡等效參數(shù)的測定 一.實驗目的1.驗證戴維寧定理、諾頓定理的正確性,加深對該定理的理解;2.掌握測量有源二端網(wǎng)絡等效參數(shù)的一般方法。二.實驗原理1.戴維寧定理和諾頓定理戴維寧定理指出:任何一個有源二端網(wǎng)絡,總可以用一個電壓源U S 和一個電阻R S 串聯(lián)組成的實際電壓源來代替,其中:電壓源U S 等于這個有源二端網(wǎng)絡的開路電壓U OC ,內(nèi)阻R S 等于該網(wǎng)絡中所有獨立電源均置零(電壓源短接,電流源開路后的等效電阻R O 。諾頓定理指出:任何一個有源二端網(wǎng)絡,總可以用一個電流源I S 和一個電阻R S 并聯(lián)組成的實際電流源來代替,其

2、中:電流源I S 等于這個有源二端網(wǎng)絡的短路短路I SC ,內(nèi)阻R S 等于該網(wǎng)絡中所有獨立電源均置零(電壓源短接,電流源開路后的等效電阻R O 。U S 、R S 和I S 、R S 稱為有源二端網(wǎng)絡的等效參數(shù)。2.有源二端網(wǎng)絡等效參數(shù)的測量方法(1開路電壓、短路電流法在有源二端網(wǎng)絡輸出端開路時,用電壓表直接測其輸出端的開路電壓U OC ,然后再將其輸出端短路,測其短路 電流I S C ,且內(nèi)阻為: SCOC S I U R =。若有源二端網(wǎng)絡的內(nèi)阻值很低時,則不宜測其短路電流。(2伏安法一種方法是用電壓表、電流表測出有源二端網(wǎng)絡的外特 性曲線,如圖6-1所示。開路電壓為U OC ,根據(jù)外特

3、性曲線求出斜率tg ,則內(nèi)阻為:IU R =tg S 。另一種方法是測量有源二端網(wǎng)絡的開路電壓U OC ,以及額定電流I N 和對應的輸出端額定電壓U N ,如圖6-1所示,則內(nèi)阻為: NN OC S I U U R =。(3半電壓法如圖6-2所示,當負載電壓為被測網(wǎng)絡開路電壓U OC 一半時,負載電阻R L 的大小(由電阻箱的讀數(shù)確定即為被測有源二端網(wǎng)絡的等效內(nèi)阻R S 數(shù)值。(4零示法在測量具有高內(nèi)阻有源二端網(wǎng)絡的開路電壓時,用電壓表進行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6-3所示。零示法測量原理是用一低內(nèi)阻的恒壓源與被測有源二端網(wǎng)絡進行比較,當恒

4、壓源的輸出電壓與有源二端網(wǎng)絡的開路電壓相等時,電壓表的讀數(shù)將為“0”,然后將電路斷開,測量此時恒壓源的輸出電壓U ,即為被測有源二端網(wǎng)絡的開路電壓。3.最大功率傳輸定理電源向負載供電的電路如圖6-2所示,圖中R S 為電源內(nèi)阻,R L 為負載電阻。當電路電流為I 時,負載R L 得到的功率為:22S L L L S L =+U P I R R R R =×可見,當電源S U 和S R 確定后,負載得到的功率大小只與負載電阻R L 有關。令L L =0dP dR ,解得:L S =R R 時,負載得到最大功率:2S L Lmax S=4U P P R =。L S =R R 稱為阻抗匹配

5、,即電源的內(nèi)阻抗與負載阻抗相等時,負載可以得到最大功率。也就是說,最大功率傳輸?shù)臈l件是供電電路必須滿足阻抗匹配。負載得到最大功率時電路的功率:L S =50%P U I=。三.實驗設備1.直流數(shù)字電壓表、直流數(shù)字毫安表(根據(jù)型號的不同,EEL 型為單獨的MEL -06組件,其余型號含在主控制屏上2.恒壓源(在主控制屏上,雙路030V 可調(diào)。3.恒源流(0500mA 可調(diào)4.EEL -23組件或EEL 18組件(含固定電阻、電位器、EEL -30組件或EEL -51組件、EEL 52組件四.實驗內(nèi)容被測有源二端網(wǎng)絡如圖6-4所示. 1.圖6-4線路接入穩(wěn)壓源U S=12V和恒流源I S=20mA

6、及可變電阻R L。測開路電壓U OC:在圖6-4電路中,斷開負載R L,用電壓表測量開路電壓U OC,將數(shù)據(jù)記入表6 -1中。測短路電流I S:在圖6-4電路中,將負載R L短路,用電流表測量電流I S C,將數(shù)據(jù)記入表6-1 C中。表6-1Uoc(VIsc(mARs=Uoc/Isc2.負載實驗測量有源二端網(wǎng)絡的外特性:在圖6-4電路中,改變負載電阻R L的阻值,逐點測量對應的電壓、電流,將數(shù)據(jù)記入表6-2中。并計算有源二端網(wǎng)絡的等效參數(shù)U S和R S。表6-2U(VI(mA3.驗證戴維南定理 測量有源二端網(wǎng)絡等效電壓流源的外特性:圖6-5(a電路是圖6-4的等效電流源電路,圖中,電壓源U S

7、 用恒壓源的可調(diào)穩(wěn)壓輸出端,調(diào)整到表6-1中的U OC 數(shù)值,內(nèi)阻R S 按表6-1中計算出來的R S (取整選取固定電阻。然后,用電阻箱改變負載電阻R L 的阻值,逐點測量對應的電壓、電流,將數(shù)據(jù)記入表6-3中。 表6-3R L (U(VI(mAP L (mW %測量有源二端網(wǎng)絡等效電流源的外特性:圖6-5(b電路是圖6-4的等效電流源電路,圖中,電流源I S 用恒流源,并調(diào)整到表6-1中的I SC 數(shù)值,內(nèi)阻R S 按表6-1中計算出來的R S (取整選取固定電阻。然后,用電阻箱改變負載電阻R L 的阻值,逐點測量對應的電壓、電流,將數(shù)據(jù)記入表6-4中。表6-4R L (I(mA4.測定有

8、源二端網(wǎng)絡等效電阻(又稱入端電阻的其它方法:將被測有源網(wǎng)絡內(nèi)的所有獨立源置零(將電流源I S 去掉,也去掉電壓源,并在原電壓端所接的兩點用一根短路導線相連,然后用伏安法或者直接用萬用表的歐姆檔去測定負載R L 開路后A.,B 兩點間的電阻,此即為被測網(wǎng)絡的等效內(nèi)阻Req 或稱網(wǎng)絡的入端電阻R 1。Req=(5.用半電壓法和零示法測量被測網(wǎng)絡的等效內(nèi)阻Ro 及其開路電壓Uoc.半電壓法:在圖6-4電路中,首先斷開負載電阻R L ,測量有源二端網(wǎng)絡的開路電壓U OC ,然后接入負載電阻R L (用電阻箱,調(diào)整其大小,直到兩端電壓等于2OCU 為止,此時負載電阻R L 的大小即為等效電源的內(nèi)阻R S

9、 的數(shù)值。記錄U OC 和R S 數(shù)值。零示法測開路電壓U OC:實驗電路如圖6-3所示,其中:有源二端網(wǎng)絡選用網(wǎng)絡1,恒壓源用恒壓電源的可調(diào)穩(wěn)壓輸出端,調(diào)整輸出電壓U,觀察電壓表數(shù)值,當其等于零時輸出電壓U的數(shù)值即為有源二端網(wǎng)絡的開路電壓U OC,并記錄U OC數(shù)值。五.實驗注意事項1.測量時,注意電流表量程的更換2.改接線路時,要關掉電源。六.預習與思考題1.如何測量有源二端網(wǎng)絡的開路電壓和短路電流,在什么情況下不能直接測量開路電壓和短路電流?2.說明測量有源二端網(wǎng)絡開路電壓及等效內(nèi)阻的幾種方法,并比較其優(yōu)缺點。3.什么是阻抗匹配?電路傳輸最大功率的條件是什么?4.電路傳輸?shù)墓β屎托嗜绾斡嬎?5.根據(jù)圖6-4給出的電路,計算出實際電壓源模型中的電壓源U OC和內(nèi)阻R S;6.電壓表、電流表前后位置對換,對電壓表、電流表的讀數(shù)有無影響?為什么?七.實驗報告要求適合EEL1.回答思考題;2.根據(jù)表6-1和表6-2的數(shù)據(jù),計算有源二端網(wǎng)絡的等效參數(shù)U S和R S;3.根據(jù)半電壓法和零示法測量的數(shù)據(jù),計算有源二端網(wǎng)絡的等效參數(shù)U S和R S;4.實驗中用各種方法測得的U OC和R S是否相等?試分析其原因;5.根據(jù)表6-2、表6-3和表6-4的數(shù)據(jù),繪出有源二端網(wǎng)絡和有源二端