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2009 实验1 戴维宁定理——有源二端网络等效参数的测定


实验一 戴维宁定理——有源二端网络等效参数的测定
一.实验目的
1.验证戴维宁定理、诺顿定理的正确性,加深对该定理的理解;? 2.掌握测量有源二端网络等效参数的一般方法。

二.实验原理
1.戴维宁定理和诺顿定理 戴维宁定理指出:任何一个有源二端网络,总可以用一个电压源 US 和一个电阻 RS 串联 组成的实际电压源来代替,其中:电压源 US 等于这个有源二端网络的开路电压 UOC, 内阻 RS 等于该网络中所有独立电源均置零(电压源短接,电流源开路)后的等效电阻 RO。 诺顿定理指出:任何一个有源二端网络,总可以用一个电流源 IS 和一个电阻 RS 并联组 成的实际电流源来代替,其中:电流源 IS 等于这个有源二端网络的短路电源 ISC, 内阻 RS 等 于该网络中所有独立电源均置零(电压源短接,电流源开路)后的等效电阻 RO。 US、RS 和 IS、RS 称为有源二端网络的等效参数。 2.有源二端网络等效参数的测量方法? (1)开路电压、短路电流法? 在有源二端网络输出端开路时, 用电压表直接测其输出端的开路电压 UOC, 然后再将其 输出端短路,测其短路电流 ISC,且内阻为: ? RS ?

U OC 。 I SC

若有源二端网络的内阻值很低时,则不宜测其短路电流。?

U U OC 络的外特性曲线,如图 1-1 所示。开路电压为 UOC, U N 根据外特性曲线求出斜率 tg?,则内阻为: ?U 。 RS ? tg? ? ?I
一种方法是用电压表、电流表测出有源二端网 另一种方法是测量有源二端网络的开路电压 UOC,以及额定电流 IN 和对应的输出端额定电压 UN,如图 1-1 所示,则内阻为: RS ? (3)半电压法? 如图 1-2 所示, 当负载电压为被测网络开路电压 UOC 一半时,负载电阻 RL 的大小(由电阻箱的读数 确定)即为被测有源二端网络的等效内阻 RS 数值。
1

(2)伏安法?

U IN I 图6-1 图 1-1 I SC

U OC ? U N 。 IN

有源网络

U OC US

V U OC

图 1-2 图6-2

(4)零示法? 在测量具有高内阻有源二端网络的开路电压时, 用电压表进行直接测量会造成较大的误 差,为了消除电压表内阻的影响,往往采用零示
有源网络
V

测量法,如图 1-3 所示。零示法测量原理是用一
US

US

电 压 源

低内阻的恒压源与被测有源二端网络进行比较, 当恒压源的输出电压与有源二端网络的开路电 压相等时, 电压表的读数将为“0”, 然后将电路断 开,测量此时恒压源的输出电压 U,即为被测有 源二端网络的开路电压。

图6-3 图 1-3

三.实验设备
1.直流数字电压表、直流数字电流表 2.恒压源(双路 0~30V 可调。 ) 3.恒源流(0~200mA 可调) 4.NEEL-11 下组件或 EEL-51、EEL-52、EEL-53 或 MEEL—05、MEEL—06

四.实验内容
被测有源二端网络如图 1-4 所示. 1.图 1-4 线路接入恒压源 US=12V 和恒流源 IS=15mA/18mA 及可变电阻 RL。
0 33

?

51

0?
S1 RL

51 0?
10? +U S

IS





图6-4 图 1-4

S2

测开路电压 UOC:在图 1-4 电路中,断开负载 RL,用电压表测量开路电压 UOC,将数据 记入表 1-1 中。 测短路电流 ISC:在图 1-5 电路中,将负载 RL 短路,用电流表测量短路电流 ISC,将数据 记入表 1-1 中。 表 1-1 Uoc(V) 2.负载实验?
2

Isc(mA)

Rs=Uoc/Isc

测量有源二端网络的外特性:在图 1-4 电路中,改变负载电阻 RL 的阻值,逐点测量对 应的电压、电流,将数据记入表 1-2 中。并计算有源二端网络的等效参数 US 和 RS

?表 1-2
RL(?) U(V) I(mA) 3.验证戴维宁定理
有源网络
mA

900

800

700

600

500

400

300

200

100

有源网络
mA V

US

IS

V

(a ) 图6-5 图 1-5

(b)

测量有源二端网络等效电压源的外特性:图 1-5(a)电路是图 1-4 的等效电压源电路,图 中,电压源 US 用恒压源的可调稳压输出端,调整到表 1-1 中的 UOC 数值,内阻 RS 按表 1-1 中计算出来的 RS(取整)选取固定电阻。然后,用电阻箱改变负载电阻 RL 的阻值,逐点测 量对应的电压、电流,将数据记入表 1-3 中。 表 1-3?有源二端网络等效电流源的外特性数据? RL(?) U(V) I(mA) 测量有源二端网络等效电流源的外特性:图 1-5(b)电路是图 1-4 的等效电流源电路,图 中,电流源 IS 用恒流源,并调整到表 1-1 中的 ISC 数值,内阻 RS 按表 1-1 中计算出来的 RS (取整)选取固定电阻。然后,用电阻箱改变负载电阻 RL 的阻值,逐点测量对应的电压、 电流,将数据记入表 1-4 中。 表 1-4?有源二端网络等效电流源的外特性数据? RL(?) UAB(V) I(mA) 4.测定有源二端网络等效电阻(又称入端电阻)的其它方法:将被测有源网络内的所有 独立源置零(将电流源 IS去掉,也去掉电压源,并在原电压端所接的两点用一根短路导线相 连),然后用伏安法或者直接用万用表的欧姆档去测定负载 RL开路后 A,B 两点间的电阻, 此即为被测网络的等效内阻 Req 或称网络的入端电阻 R1。 Req== (?) 900 800 700 600 500 400 300 200 100 900 800 700 600 500 400 300 200 100

3

5.用半电压法和零示法测量被测网络的等效内阻 RS 及其开路电压 Uoc。

五.实验注意事项
1.测量时,注意电流表量程的更换? 2.改接线路时,要关掉电源。

六.预习与思考题
1.如何测量有源二端网络的开路电压和短路电流,在什么情况下不能直接测量开路电 压和短路电流? 2.说明测量有源二端网络开路电压及等效内阻的几种方法,并比较其优缺点。 表 1-5?理论计算二端网络的外特性数据? RL(?) UAB(V) I(mA) 900 800 700 600 500 400 300 200 100

七.实验报告要求
1.回答思考题; 2.根据表 1-1 和表 1-2 的数据,计算有源二端网络的等效参数 US 和 RS; 3.根据半电压法和零示法测量的数据,计算有源二端网络的等效参数 US 和 RS; 4.实验中用各种方法测得的 UOC 和 RS 是否相等?试分析其原因; 5.根据表 1-2、表 1-3、表 1-5 和表 1-4 的数据,绘出有源二端网络和有源二端网络等 效电路的外特性曲线(坐标纸), 验证戴维宁定理和诺顿定理的正确性; 6.说明戴维宁定理和诺顿定理的应用场合。

4

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