實(shí)驗(yàn)二 戴維南定理和諾頓定理的驗(yàn)證

1、實(shí)驗(yàn)1-2戴維南定理和諾頓定理的驗(yàn)證有源二端網(wǎng)絡(luò)等效參數(shù)的測(cè)定1一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1. 驗(yàn)證戴維南定理和諾頓定理的正確性，加深對(duì)該定理的理解。 2. 掌握測(cè)量有源二端網(wǎng)絡(luò)等效參數(shù)的一般方法。2二、原理說(shuō)明 1. 任何一個(gè)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(gè)有源二端網(wǎng)絡(luò)（或稱為含源一端口網(wǎng)絡(luò)）。3 戴維南定理指出：任何一個(gè)線性有源網(wǎng)絡(luò)，總可以用一個(gè)電壓源與一個(gè)電阻的串聯(lián)來(lái)等效代替，此電壓源的電動(dòng)勢(shì)Us等于這個(gè)有源二端網(wǎng)絡(luò)的開(kāi)路電壓Uoc，其等效內(nèi)阻R0等于該網(wǎng)絡(luò)中所有獨(dú)立源均置零（理想電壓源視為短接，理想電流源視為開(kāi)路）時(shí)的等效電阻。4諾頓定理指出：任何一

2、個(gè)線性有源網(wǎng)絡(luò)，總可以用一個(gè)電流源與一個(gè)電阻的并聯(lián)組合來(lái)等效代替，此電流源的電流Is等于這個(gè)有源二端網(wǎng)絡(luò)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(luò)的等效參數(shù)。5實(shí)驗(yàn)五戴維南定理和諾頓定理的驗(yàn)證 2. 有源二端網(wǎng)絡(luò)等效參數(shù)的測(cè)量方法 (1) 開(kāi)路電壓、短路電流法測(cè)R0在有源二端網(wǎng)絡(luò)輸出端開(kāi)路時(shí)，用電壓表直接測(cè)其輸出端的開(kāi)路電壓Uoc，然后再將其輸出端短路，用電流表測(cè)其短路電流Isc，則等效內(nèi)阻為 Uoc R0 Isc 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，因此不宜用此法。 6實(shí)驗(yàn)五戴維南定理和諾頓定理的驗(yàn)

3、證(2) 伏安法測(cè)R0 用電壓表、電流表測(cè)出有源二端網(wǎng)絡(luò)的外特性曲線，如圖5-1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(cè)量開(kāi)路電壓Uoc，再測(cè)量電流為額定值IN時(shí)的輸出UocUN 端電壓值UN，則內(nèi)阻為 R0 UocUN /IN 7圖5-18（2）伏安法測(cè)R0 用電壓表、電流表測(cè)出有源二端網(wǎng)絡(luò)的外特性曲線，如圖5-1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(cè)量開(kāi)路電壓Uoc，再測(cè)量電流為額定值IN時(shí)的輸出UocUN 端電壓值UN，則內(nèi)阻為 R0 UocUN /IN 9(3) 半電壓法測(cè)R0 如圖5

4、-2所示，當(dāng)負(fù)載電壓為被測(cè)網(wǎng)絡(luò)開(kāi)路電壓的一半時(shí)，負(fù)載電阻（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。圖5-210(4) 零示法測(cè)UOC 在測(cè)量具有高內(nèi)阻有源二端網(wǎng)絡(luò)的開(kāi)路電壓時(shí)，用電壓表直接測(cè)量會(huì)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(cè)量法，如圖5-3所示.。零示法測(cè)量原理是用一低內(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(kāi)路電壓相等時(shí)，電壓表的讀數(shù)將為“0”。然后將電路斷開(kāi)，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(kāi)路電壓。11圖5-312(4) 零示法測(cè)UOC 在測(cè)量具有高內(nèi)阻有源二端網(wǎng)絡(luò)的開(kāi)路電壓時(shí)，用電壓表直

5、接測(cè)量會(huì)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(cè)量法，如圖5-3所示.。零示法測(cè)量原理是用一低內(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(kāi)路電壓相等時(shí)，電壓表的讀數(shù)將為“0”。然后將電路斷開(kāi)，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(kāi)路電壓。13三、實(shí)驗(yàn)設(shè)備14 四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容被測(cè)有源二端網(wǎng)絡(luò)如圖5-4(a)。圖5-4ab151. 用開(kāi)路電壓、短路電流法測(cè)定戴維南等效電路的Uoc、R0和諾頓等效電路的ISC、R0。按圖5-4(a)接入穩(wěn)壓電源Us=12V和恒流源Is=10mA，不接入RL。測(cè)出UOc和Isc,并計(jì)算出R0。（測(cè)UO

6、C時(shí)，不接入mA表。）16ab圖5-4171. 用開(kāi)路電壓、短路電流法測(cè)定戴維南等效電路的Uoc、R0和諾頓等效電路的ISC、R0。按圖5-4(a)接入穩(wěn)壓電源Us=12V和恒流源Is=10mA，不接入RL。測(cè)出UOc和Isc,并計(jì)算出R0。（測(cè)UOC時(shí)，不接入mA表。）182. 負(fù)載實(shí)驗(yàn)按圖5-4(a)接入RL。改變RL阻值，測(cè)量有源二端網(wǎng)絡(luò)的外特性曲線。19ab圖5-4202. 負(fù)載實(shí)驗(yàn)按圖5-4(a)接入RL。改變RL阻值，測(cè)量有源二端網(wǎng)絡(luò)的外特性曲線。213. 驗(yàn)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(shí)所測(cè)得的開(kāi)路電壓U

7、oc之值）相串聯(lián)，如圖5-4(b)所示，仿照步驟“2”測(cè)其外特性，對(duì)戴氏定理進(jìn)行驗(yàn)證。 22ab圖5-4233. 驗(yàn)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(shí)所測(cè)得的開(kāi)路電壓Uoc之值）相串聯(lián)，如圖5-4(b)所示，仿照步驟“2”測(cè)其外特性，對(duì)戴氏定理進(jìn)行驗(yàn)證。 244. 驗(yàn)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(shí)所測(cè)得的短路電流ISC之值）相并聯(lián)，如圖5-5所示，仿照步驟“2”測(cè)其外特性，對(duì)諾頓定理進(jìn)行驗(yàn)證。 圖5-5255. 有源二端網(wǎng)絡(luò)等效電阻（又稱入端電阻）的

8、直接測(cè)量法。見(jiàn)圖5-4（a）。將被測(cè)有源網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的所有獨(dú)立源置零（去掉電流源IS和電壓源US，并在原電壓源所接的兩點(diǎn)用一根短路導(dǎo)線相連），然后用伏安法或者直接用萬(wàn)用表的歐姆檔去測(cè)定負(fù)載RL開(kāi)路時(shí)A、B兩點(diǎn)間的電阻，此即為被測(cè)網(wǎng)絡(luò)的等效內(nèi)阻R0，或稱網(wǎng)絡(luò)的入端電阻Ri 。6. 用半電壓法和零示法測(cè)量被測(cè)網(wǎng)絡(luò)的等效內(nèi)阻R0及其開(kāi)路電壓Uoc。線路及數(shù)據(jù)表格自擬。26五、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)1. 測(cè)量時(shí)應(yīng)注意電流表量程的更換。2. 步驟“5”中，電壓源置零時(shí)不可將穩(wěn)壓源短接。3. 用萬(wàn)表直接測(cè)R0時(shí)，網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的獨(dú)立源必須先置零，以免損壞萬(wàn)用表。其次，歐姆檔必須經(jīng)調(diào)零后再進(jìn)行測(cè)量。 圖5-54. 用零示法測(cè)量UOC時(shí)，應(yīng)先將穩(wěn)壓電源的輸出調(diào)至接近于UOC，再按圖5-3測(cè)量。5. 改接線路時(shí)，要關(guān)掉電源。27六、預(yù)習(xí)思考題1. 在求戴維南或諾頓等效電路時(shí)，作短路試驗(yàn)，測(cè)ISC的條件是什么？在本實(shí)驗(yàn)中可否直接作負(fù)載短路實(shí)驗(yàn)？請(qǐng)實(shí)驗(yàn)前對(duì)線路5-4(a)預(yù)先作好計(jì)算，以便調(diào)整實(shí)驗(yàn)線路及測(cè)量時(shí)可準(zhǔn)確地選取電表的量程。2. 說(shuō)明測(cè)有源二端網(wǎng)絡(luò)開(kāi)路電壓及等效內(nèi)阻的幾種方法， 并比較其優(yōu)缺