实验二 戴维南定理和诺顿定理的验证——有源二端网络等效参数的测定

1、OCUIABSCI图 8-1实 验 报 告学生姓名：李泳成 学 号：201200303028 专业班级：电子 121 同组者姓名朱广新 欧文康实验类型：验证 综合 设计 创新 实验日期：2013.05.01 实验成绩： 一、实验目的1. 验证戴维南定理和诺顿定理的正确性，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. 任何一个线性含源网络，如果仅研究其中一条支路的电压和电流,则可将电路的其余部分看作是一个有源二端网络(或称为含源一端口网络)。戴维南定理指出：任何一个线性有源网络，总可以用一个电压源与一个电阻的串联来等效代替，此电压源的电动势 等于这个有源二端网络的开路电压 ，其等效内阻SUOCU等于该网络中所有独立源均置零（理想电压源视为短路，理想电流源视为开路）时的等0R效电阻。诺顿定理指出：任何一个线性有源网络，总可以用一个电流源与一个电阻的并联组合来等效代替，此电流源的电流 等于这个有源二端网络的短路电流 ，其等效内阻 定SI SCI0R义同戴维南定理。（ ）和 或者 （ ）和 称为有源二端网络的等效参数。OCUS0RSCI0R2. 有源二端网

2、络等效参数的测量方法（1）开路电压、短路电流法测 0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 ，然后再OCU将其输出端短路，用电流表测其短路电流 ，则等效内阻为SCI0RSCOIU如果二端网络的内阻很小，若将其输出端口短路则易损坏其内部元件，因此不宜用此法。(2)伏安法测 0R被测有源网络V0RSU+-lR2OCU图 8-2用电压表、电流表测出有源二端网络的外特性曲线，如图 8-1 所示。根据外特性曲线求出斜率 ，则tg内阻 = = ，也可以0RtgSCOIU先测量开路电压，再测量电流OCU为额定值 时的输NI出端电压值 ，则内阻为 =0R。NOCIU（3）半电压法 测 0R如图 8-2 所示，当负载电压为被测网络开路电压的一半时，负载电阻（由电阻箱的读数确定）即为被测有源二端网络的等效内阻值。（4）零式法测 OCU在测量具有高内阻有源二端网络的开路电压时，用电压表直接测量会造成较大的误差。为了消除电压表内阻的影响，往往采用零式测量法，如图 8-3 所示。稳压电源V被测有源网络 0RSU+-U+-+ -图 8-3零式法测量原理是用一低内阻的稳压电源与被测有源二端网络

3、进行比较，当稳压电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，测量此时稳压电源的输出电压，即为被测有源二端网络的开路电压。三、实验设备序号 名称 型号与规格 数量 备注1 可调直流稳压电源 030V 12 可调直流恒流源 0500mA 13 直流数字电压表 0200V 14 直流数字毫安表 0200mA 15 万用表 1 自备6 可调电阻箱 099999.9 1 DGJ-057 电位器 1K/2W 1 DGJ-058 戴维南定理实验电路板 1 DGJ-05四、实验内容及步骤被测有源二端网络如图 8-4（a） 。m AV3 3 0 R 15 1 0 R 35 1 0 R 21 0 m AR410U s1 2 V- +-+-UR L1 K I s(a)戴维南等效电路UocR0+-_+UmARl(b)图 8-41.用开路电压、短路电流法测定戴维南等效电路的 、 和诺顿等效电路的 、OCU0RSCI。按图 8-4（a）接入稳压电源 =12V 和恒流源 =10mA，不接入 ，测出 、0RSUSILOU，并计算出 。 （测 时，不接入 mA 表。 ）SCI

4、0OC2.负载实验按图 8-4（a）接入 。改变 阻值，测量有源二端网络的外特性曲线。LRL3.验证戴维南定理：从电阻箱上取得步骤“1”所得的等效电阻 之值，然后令其与0R直流稳压电源（调到步骤“1”时所测得的开路电压 之值）相串联，如图 8-4（b）所OCU示，仿照步骤“2”测其外特性曲线，对戴维南定理进行验证。五、实验数据及分析表 1 开路电压、短路电流法测定戴维南等效电路的 、 和诺顿等效电路的 、OC0RSCI。0R（V）OCU（mA）SCI （）016.90 32.70 517由 算得 5170SCI0R表 2 改变 阻值，测量有源二端网络的外特性曲线。LU(V) 0.92 2.73 6.20 9.06 11.11 12.55 13.40 14.40 15.30I(mA) 30.6 27.40 20.70 15.10 11.20 8.40 6.9 4.80 3.000.002.004.006.008.0010.0012.0014.0016.0018.000 5 10 15 20 25 30 35UI则内阻 = = = 520.70RtgIUSCO表 3 从电阻箱上取得步骤“1

5、”所得的等效电阻 之值，然后令其与直流稳压电源（调到0R步骤“1”时所测得的开路电压 之值）相串联，如图 8-4（b）所示，仿照步骤“2”测OCU其外特性曲线，对戴维南定理进行验证。U(V) 0.92 2.72 6.17 9.04 11.07 12.51 13.37 14.36 15.27I(mA) 30.70 27.30 20.60 15.10 11.20 8.40 6.70 4.80 3.000.002.004.006.008.0010.0012.0014.0016.000 5 10 15 20 25 30 35UI所得外特性曲线，求出斜率 = 517.7tgIU由表 1、2 和 3 所得结果可以看出实验数据误差较小，不差产生的原因可能为所用电压表的内阻。六、实验结论线性有源网络，可以用一个电压源和一个电阻的串联来等效替代，其电压源的电动势等于这个有源二端网络的开路电压 ，其等效内阻 等于该网络中所有独立源均置SUOCU0R零。即戴维南定理基本正确。七、思考题说明测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。答：测有源二端网络开路电压方法有：1.直接测量法 2.零式法。测等效内阻方法有：1.开路电压、短路电流法 2.伏安法 3.半电压法。测有源二端网络开路电压方法的优缺点：1.直接测量法：直接测量法是在含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 。它适用于等效内阻 较小，且电压表的内阻 远大于 的情况下。OCU0RVR02.零式法：在测量具有高内阻（ 远大于 ）有源二端网络的开路电压时，用电压0V表直接测量会造成较大的误差。为了消除电压表内阻的影响，往往采用零式测量法。测等效内阻方法的优缺点：1. 开路电压、短路电流法：适用于二端网络的内阻较大时。如果二端网络的内阻很小，若将其输出端口短路则易损坏其内部元件，因此不宜用此法。2. 伏安法：用电压表、电流表测出有源二端网络的外特性曲线。根据外特性曲线求出斜率 ，则内阻 = = ，也可以先测量开路电压 ，再测量电流为额tg0RtgSCOIUOCU定值 时的输出端电压值 ，则内阻为 =NIN0RNI此法由于电压表分流，电流表分压，影响精度。3.半电压法:当负载电压为被测网络开路电压的一半时，负载电阻（由电阻箱的读数确定）即为被测有源二端网络的等效内阻值。此法精准度较高，误差较小。

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