試驗二線性有源二端網(wǎng)絡(luò)等效電路的研究

1、實驗二線性有源二端網(wǎng)絡(luò)等效電路的研究班級通信192姓名余*耀學(xué)號27一、實驗?zāi)康? .學(xué)習(xí)測量線性有源二端網(wǎng)絡(luò)等效電源參數(shù)和電路的外特性的方法。2 .加深對等效電源定理的理解，驗證最大功率傳輸條件。3 .鞏固萬用電表的使用方法，加深對萬用電表內(nèi)阻的理解。二、實驗器材、設(shè)備及軟件互聯(lián)網(wǎng)+電子在線實驗平臺電阻、電壓源、萬用表、導(dǎo)線三、實驗原理1.任何一個線性網(wǎng)絡(luò)，如果只研究其中一條支路的電壓或電流，則可將電路的其余部分看作是一個有源二端網(wǎng)絡(luò)，或稱為含源一端口網(wǎng)絡(luò)，如圖1(a)所示。線性有源二端網(wǎng)絡(luò)外電路外電路(b)戴維南等效電路(c)諾頓等效電路圖1線性有源二端網(wǎng)絡(luò)的等效電路2 .等效電源定理包括

2、電壓源等效和電流源等效兩個定理，也稱為戴維南定理和諾頓定理：戴維南定理：任意一個線性有源二端網(wǎng)絡(luò)，就其對外電路的作用而言，總可以等效為一個電壓源和電阻組成的串聯(lián)電路，如圖1(b)所示。該電壓源的電壓Uoc等于二端網(wǎng)絡(luò)在端口處的開路電壓；電阻r0等于二端網(wǎng)絡(luò)內(nèi)所有獨立源置于零的條件下，從端口處看進去的等效電阻。諾頓定理：任意一個線性有源二端網(wǎng)絡(luò)，就其對外電路的作用而言，總可以等效為一個電流源和電導(dǎo)組成的并聯(lián)電路，如圖1(c)所示。該電流源的電流Isc等于二端網(wǎng)絡(luò)在端口處的短路電流；電導(dǎo)go等于該二端網(wǎng)絡(luò)內(nèi)所有獨立源置于零的條件下，從端口處看進去的等效電導(dǎo)，g。=1/r。通常我們稱開路電壓3G短路

3、電流Isc以及等效內(nèi)阻r。為有源二端網(wǎng)絡(luò)的等效電源參數(shù)。3 .線性有源二端網(wǎng)絡(luò)與等效電路的外特性應(yīng)該是一致的，在平面坐標(biāo)中繪制的伏安關(guān)系曲線應(yīng)該重合。4 .最大功率傳輸定理一個線性有源二端網(wǎng)絡(luò)，不管其內(nèi)部具體電路如何，都可以等效為一個理想電壓源和電阻組成的串聯(lián)電路，如圖5-1(b)所示。當(dāng)負(fù)載為R時，獲得功率：p=扁=*上伍十分加對上式求導(dǎo)并令其為零，得到負(fù)載Rl上獲得最大功率時的條件R=r。，此時最大功率為：四、實驗內(nèi)容與步驟進入電路分析實驗平臺，進入實驗“線性有源二端網(wǎng)絡(luò)等效電路”，點擊界面左側(cè)的“實驗操作”選項卡，進入線性電路的實驗?zāi)K界面。1 .線性有源二端網(wǎng)絡(luò)等效電源參數(shù)的測量如圖2

4、所示實驗電路，測量A、B端口的等效電源參數(shù)UIsc,測量數(shù)據(jù)填入表1中，ro任選三種方法進行測量，測量數(shù)據(jù)填入表2中。6202300QI""o-p一O十*RjAQPU3002t:Hr1I：(QO'*ooGND圖2測定AB端等效電源參數(shù)電路(1)測量開路電壓Ube按圖5-3所示，在實驗板上搭建實驗電路。將穩(wěn)壓源+5V的電源輸出端接到電路(電源電壓接入電路前應(yīng)先測量設(shè)置好電壓再接入電路，防止電壓過高燒壞元件)。在精度要求不高的情況下，可直接用萬用表的直流電壓擋測出該有源二端網(wǎng)絡(luò)電路的開路電壓Uoc,如圖3所示。實驗中所用的萬用表其內(nèi)阻足夠大(大于被測網(wǎng)絡(luò)的電阻100倍以

5、上)，則測量誤差可以忽略，可認(rèn)為萬用表的電壓讀數(shù)就是開路電壓U-的值。否則將有一定的測量誤差。620G3002ttI+65V:c>一GND圖3測量開路電壓Uoc電路圖4測量短路電流Isc電路(2)測量短路電流Isc將上述實驗電路中的直流電壓表換成直流電流表，其他連接保持不變，見圖5-4在網(wǎng)絡(luò)端口允許短路的情況下，可用萬用表直流電流擋測量網(wǎng)絡(luò)端口處的短路電流。如果實驗中使用的萬用表內(nèi)阻足夠小(小于被測支路阻值100倍以上)，則對測量數(shù)據(jù)影響較小，可以認(rèn)為萬用表的電流讀數(shù)就是短路電流ISC的值。否則將有一定的測量誤差。表1測定等效電源參數(shù)UOCISC測量項目Uoc(V)Isc(mA20mA檔

6、測量200mA檔測量理論值1.633.253.25測量值1.593.063.09(3)測量等效內(nèi)阻ro測量等效內(nèi)阻的方法很多，事實上，我們根據(jù)已經(jīng)測量的開路電壓Uoc及短路電流Isc,即可得到等效內(nèi)阻ro=UOc/ISC；除此之外，再介紹幾種測量r0的方法。a,直接測量法(a)直接測量法測量電路圖5萬用電表歐姆擋測量r。電路將網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的獨立源置零，如圖5(a)所示，將線性有源二端網(wǎng)絡(luò)變成無源二端網(wǎng)絡(luò)，用萬用表歐姆擋測量該網(wǎng)絡(luò)端口處的入端電阻，即得到等效內(nèi)阻r。b,外接已知電源法線性無獨立源網(wǎng)絡(luò)圖6外接已知電源法測量r。電路按照上述圖5(a)的方法，將線性有源二端網(wǎng)絡(luò)變成無獨立源二端網(wǎng)絡(luò)，外接電源

7、，測電流I或電壓U',如圖6(a)和(b)所示，根據(jù)電壓與電流的比值，計算出r0。c.半值法按照上述圖5(a)的方法，將線性有源二端網(wǎng)絡(luò)變成無獨立源二端網(wǎng)絡(luò)，外接電壓源U和電阻箱R,如圖7所示；U的大小，選一個適當(dāng)值即可，改變電阻箱Rl的阻值，并測量其端電壓U-,當(dāng)LL=1/2U時，ro=Rl。線性無獨立源網(wǎng)絡(luò)圖7半值法測量ro電路d.外接已知負(fù)載法也稱為二次電壓測量法，電路如圖8(a)所示，在被測電路A、B兩端任接一個阻值已知的電阻Rl,第一次測的是開路電壓U-(表i已完成)，第二次測的是已知阻值電阻Rl上的端電壓Ul,從圖8(b)我們知道：(Uoc-Ul)/ro=Ul/Rl即得到公

8、式：ro=(Uoc/Ul-1)Rl5V圖8外接已知負(fù)載法測量r。電路特殊地：如果R換作電阻箱，在調(diào)節(jié)R大小的同時，測量其端電壓Ul,當(dāng)Ul值恰好為開路電壓J。的一半時，由公式得到，ro=Rl,此時r。值就可直接由電阻箱上讀取表2測量r0r。實驗方法中間測量數(shù)據(jù)結(jié)果r0(q)roi開路電壓短路電流法UOc/Isc=519.61r02直接測量法515.24r03外接已知電源法U=5.0V,I=9.55mA523.56r04外接已知負(fù)裁法RL=510Q,UL=0.78V529.62理論值r0=502.17綜合分析后0=529.62。2.測量實驗電路的外特性電路的外特性也稱為伏安特性，是對電路輸出端電

9、壓和電流之間關(guān)系的描述U=f(I)。線性有源二端網(wǎng)絡(luò)外特性的測量方法，是在被測電路A、B的兩端接一個負(fù)載電阻Rl,實驗電路可參考8(a),改變電阻R的數(shù)值，測量其端電壓UL,測量數(shù)據(jù)填入表3原電路部分，并計算通過電阻R的電流Il。即可在坐標(biāo)紙上描繪出UL|l曲線。表3測量電路外特性R(Q)1001503005106201k5.1k100k原電路UL(V)0.260.360.570.780.851.051.451.58Il(mA)2.602.401.901.531.371.050.280.02P(mW)0.680.861.081.191.171.100.40.03電路U，(V)0.240.350

10、.560.780.851.031.451.58Il,(mA)2.402.331.871.531.371.030.280.023.測量戴維南等效電路的外特性用測量的Uoc、r。組成戴維南等效電路，其中r。選用離實驗中測出較準(zhǔn)確值最近的阻值。測量等效電路的外特性的實驗電路可參考圖8(b),將U'測量數(shù)據(jù)填入表5-3等效電路部分，并計算IJ,與原電路的外特性進行比較。數(shù)據(jù)分析：圖：實驗電路和等效電路的伏安特性曲線如下:ILIL'線性(IL)線f(IL')4.研究功率和負(fù)載間關(guān)系根據(jù)實測的原電路的外特性，計算負(fù)載R上獲得的功率P,觀察P隨R變化的規(guī)律，即P=f(Rl),驗證負(fù)載

11、獲得最大功率條件。數(shù)據(jù)分析：理論分析：R=510時，P達(dá)到最大值在實驗中：R=510時，P達(dá)到最大值五、實驗要求與注意事項1 .測量等效內(nèi)阻r0的方法最少用三種，以便于比較和分析測量誤差，選取測量較準(zhǔn)確者構(gòu)成等效電路。2 .實驗中萬用表測量電壓、電流的變換次數(shù)較多，必須正確使用，以防損壞。3 .實驗中，嚴(yán)禁將直流穩(wěn)壓電源兩輸出端短接。六、實驗報告與思考題1 .整理實驗數(shù)據(jù)，列寫出所用測量方法和電路，分析這些測量方法的優(yōu)缺點。2 .繪制原電路和戴維寧等效電路的外特性曲線，并由原電路外特性曲線求出等效電源3.繪制原電路負(fù)載R上獲得的功率P隨R-變化的曲線，驗證負(fù)載獲得最大功率條件。答案1,開路電壓短路電流法：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)部元件直接測量法：優(yōu)點：方便簡單，一目了然；缺點：會;外接已知電源法：優(yōu)點：測量準(zhǔn)確；缺點：無外接已知負(fù)載法：優(yōu)點：測重準(zhǔn)確；缺點：無2,圖表標(biāo)題32.5J10.5000.20.40.60.81ILIL'線性(IL)等效電源參數(shù)：根據(jù)戴維南定理，(一)計