實驗二 線性有源二端網(wǎng)絡(luò)等效電路的研究

實驗二線性有源二端網(wǎng)絡(luò)等效電路的研究實驗二線性有源二端網(wǎng)絡(luò)等效電路的研究實驗二線性有源二端網(wǎng)絡(luò)等效電路的研班級 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)與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11(a)所示。圖1線性有源二端網(wǎng)絡(luò)的等效電路2、等效電源定理包括電壓源等效與電流源等效兩個定理,也稱為戴維南定理與諾頓定理: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,總可以等效為一0OC個電壓源與電阻組成的串聯(lián)電路,如圖1(bU口處的開路電壓;電阻r等于二端網(wǎng)絡(luò)內(nèi)所有獨立源置于零的條件下,從端口處瞧進(jìn)去的等效電阻。0OC0SC0 諾頓定理電流源與電導(dǎo)組成的并聯(lián)電路,如圖1(c)所示。該電流源的電流I等于二端網(wǎng)絡(luò)在端口處的短路電流;電導(dǎo)g等于該二端網(wǎng)絡(luò)內(nèi)所有獨立源置于零的條件下,從端口處瞧進(jìn)g=1/r0SC0 OC SC 通常我們稱開路電壓UI以及等效內(nèi)阻rOC SC 3.線性有源二端網(wǎng)絡(luò)與等效電路的外特性應(yīng)該就是一致的,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L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與電阻組成的串聯(lián)電路,如圖5-1(b)所示。當(dāng)負(fù)載為R時,獲得功率:LL L 對上式求導(dǎo)并令其為零,得到負(fù)載R上獲得最大功率時的條件RrL L 為:四、實驗內(nèi)容與步驟進(jìn)入電路分析實驗平臺,進(jìn)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(jìn)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,測量、B端口的等效電源參數(shù)UO、SC測量數(shù)據(jù)填入表1中,r0任選三種方法進(jìn)行測量,測量數(shù)據(jù)填入表2中。圖2測定AB端等效電源參數(shù)電路(1)測量開路電壓UOC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U,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O(shè)C上),則測量誤差可以忽略,可認(rèn)為萬用表的電壓讀數(shù)就就是開路電壓U的值。否則將有OC一定的測量誤差。圖3測量開路電壓UOC電路SC4測量短路電流I電路SC(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,其她連接保持不變,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)UOC,ISC測量項目測量項目U (V)OCI(mA)SC20mA檔測量200mA檔測量理論值理論值1、633、253、25測量值1、593、063、09(3)測量等效內(nèi)阻r0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U及短路電流I,OC SCr=U/Ir0 OC SC 0a、直接測量法圖5萬用電表歐姆擋測量r電路0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。0b、外接已知電源法圖6外接已知電源法測量r電路0按照上述圖流IU’r0。c、半值法L L L 0 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與電阻箱R,如圖7所示;U的大小,選一個適當(dāng)值即可,改變電阻箱R其端電壓U,當(dāng)U=1/2Ur=RL L L 0 0圖7半值法測量r電路0d、外接已知負(fù)載法L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R,第一次測的就是開路電壓U(表1已完成),第二次測的就是已知阻值電LOCL 阻R上的端電壓U,從圖8(bL L 0 L (Uoc-U)/r=L 0 L 0 oc L 即得到公:r=(U /U0 oc L 圖8外接已知負(fù)載法測量r0電路特殊地:如果RL換作電阻箱,在調(diào)節(jié)RL,測量其端電壓UL,當(dāng)UL開路電壓UOC,r0=L此時r0值就可直接由電阻箱上讀取。表2測量r0rr0實驗方法中間測量數(shù)據(jù)結(jié)果r(Ω)0r01開路電壓短路電流法------U/I=519、61oc scr02直接測量法------515、24r03外接已知電源法U=5、0V ,523、56I=9、55mAr04外接已知負(fù)載法R=510Ω,529、62LU=0、78VLr=502、170r=529、62Ω02、測量實驗電路的外特性L L L L L 電路的外特性也稱為伏安特性,就是對電路輸出端電壓與電流之間關(guān)系的描述U=f(I)、B阻R,實驗電路可參考8(a),改變電阻R的數(shù)值,測量其端電壓U,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I。即可在坐標(biāo)紙上描繪出U~IL L L L L R(ΩR(Ω)L原電路U(V)LI(mA)LP(mW)等效電路U’L(V)I’L(mA)100、260、360、570、7800、851k1、055、1k1、45100k1、582、602、401、901、531、371、050、280、020、680、861、081、191、171、100、40、030、240、350、560、780、851、031、451、582、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U

、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OC 0 0L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LL電路部分,并計算I’,與原電路的外特性進(jìn)行比較。L數(shù)據(jù)分析:圖:實驗電路與等效電路的伏安特性曲線如下:4、研究功率與負(fù)載間關(guān)系LL 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(R)LL L數(shù)據(jù)分析: 理論分=510時,P達(dá)到最大值LL=510,PL五、實驗要求與注意事項01.測量等效內(nèi)阻r的方法最少用三種,以便于比較與分析測量誤差,選取測量較準(zhǔn)確者構(gòu)成等效電路。02、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與電路,分析這些測量方法的優(yōu)缺點。2、繪制原電路與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參數(shù)。L 3繪制原電路負(fù)載R上獲得的功率P隨RL 1,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:會造成較大的誤差外接已知電源法:優(yōu)點:測量準(zhǔn)確;缺點:無外接已知負(fù)載法:優(yōu)點:測量準(zhǔn)確;缺點:無2,等效電源參數(shù):根據(jù)戴維南定理,(一)計算a、b兩端開路電壓,設(shè)Uab=u:Uab=25*(-20i),Uab=-500i。Uab=2