實驗3、戴維南定理和諾頓定理的驗證──有源二端網(wǎng)絡等效參數(shù)的測定

1、戴維南定理和諾頓定理的驗證有源二端網(wǎng)絡等效參數(shù)的測定一、實驗目的一、實驗目的 1. 驗證戴維南定理和諾頓定理的正確性，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、原理說明二、原理說明 1. 任何一個線性含源網(wǎng)絡，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（或稱為含源一端口網(wǎng)絡）。 戴維南定理指出：任何一個線性有源網(wǎng)絡，總可以用一個電壓源與一個電阻的串聯(lián)來等效代替，此電壓源的電動勢Us等于這個有源二端網(wǎng)絡的開路電壓Uoc， 其等效內(nèi)阻R0等于該網(wǎng)絡中所有獨立源均置零（理想電壓源視為短接，理想電流源視為開路）時的等效電阻。 諾頓定理指

2、出：任何一個線性有源網(wǎng)絡，總可以用一個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Is等于這個有源二端網(wǎng)絡的短路電流ISC，其等效內(nèi)阻R0定義同戴維南定理。 Uoc（Us）和R0或者ISC（IS）和R0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、短路電流法測R0 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Uoc，然后再將其輸出端短路， 用電流表測其短路電流Isc，則等效內(nèi)阻為 Uoc R0 Isc 如果二端網(wǎng)絡的內(nèi)阻很小，若將其輸出端口短路則易損 壞其內(nèi)部元件，因此不宜用此法。 圖3-1 UIABI IU UOUIs sc

3、co oc c (2) 伏安法測R0 用電壓表、電流表測出有源二端網(wǎng)絡的外特性曲 線，如圖3-1所示。 根據(jù)外特性曲線求出斜率tg，則內(nèi)阻 U Uoc R0tg 。 I Isc 也可以先測量開路電壓Uoc，再測量電流為額定值IN時的輸出端電壓值UN UocUN 則內(nèi)阻為 R0 。 IN (3) 半電壓法測R0 如圖3-2所示，當負載電壓為被測網(wǎng)絡開 路電壓的一半時，負載電阻（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)阻值。(4) 零示法測UOC 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3-3所示.。零示

4、法測量原理是用一低內(nèi)阻的穩(wěn)壓電源與被測有源二端網(wǎng)絡進行比 較，當穩(wěn)壓電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，測量此時穩(wěn)壓電源的輸出電壓， 即為被測有源二端網(wǎng)絡的開路電壓。三、實驗設備三、實驗設備 四、實驗內(nèi)容四、實驗內(nèi)容被測有源二端網(wǎng)絡如圖3-4(a)。 1. 用開路電壓、短路電流法測定戴維南等效 電路的Uoc、R0和諾頓等效電路的ISC、R0。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R0。（測UOC時，不接入mA表。） 2. 負載實驗 按圖3-4(a)接入RL。改變RL阻值，測量有

5、源二端網(wǎng)絡的外特性曲線。3. 驗證戴維南定理：從電阻箱上取得按步驟“1”所得的等效電阻R0之值， 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之值）相串聯(lián)，如圖3-4(b)所示，仿照步驟“2”測其外特性，對戴氏定理進行驗證。 4. 驗證諾頓定理：從電阻箱上取得按步驟“1”所得的等效電阻R0之值， 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之值）相并聯(lián)，如圖3-5所示，仿照步驟“2”測其外特性，對諾頓定理進行驗證。 5. 有源二端網(wǎng)絡等效電阻（又稱入端電阻）的直接測量法。見圖3-4（a）。將被測有源網(wǎng)絡內(nèi)的所有獨立源置零（去掉電流源IS和電壓源US，并在原電壓

6、源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RL開路時A、B兩點間的電阻，此即為被測網(wǎng)絡的等效內(nèi)阻R0，或稱網(wǎng)絡的入端電阻Ri 。 6. 用半電壓法和零示法測量被測網(wǎng)絡的等效內(nèi)阻R0及其開路電壓Uoc。線路及數(shù)據(jù)表格自擬。五、實驗注意事項五、實驗注意事項1. 測量時應注意電流表量程的更換。2. 步驟“5”中，電壓源置零時不可將穩(wěn)壓源短接。3. 用萬表直接測R0時，網(wǎng)絡內(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)零后再進行測量。 4. 用零示法測量UOC時，應先將穩(wěn)壓電源的輸出調(diào)至接近于UOC，再按圖3-3測量。5. 改接線路時，要關掉電源。六、預習思考題六、預習思考題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載短路實驗？請實驗前對線路3-4(a)預先作好計算，以便調(diào)整實驗線路及測量時可準確地選取電表的量程。 2. 說明測有源二端網(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。七、實驗報告七、實驗報告 1. 根據(jù)步驟2、3、4，分別繪出曲線，驗證