实验1电阻网络的等效表示

1、.实验1 电阻网络的等效表示一、实验目的 熟悉网络参数的测量方法。 了解三端网络的几种表示形式。 了解电表内阻对测量结果的影响。 学习电路故障检测的方法。 二、实验原理 线性二端电阻网络的等效电路 线性二端电阻网络的等效电路由戴维宁定理和诺顿定理给出。戴维宁定理指出：线性二端电阻性网络，已知开路电压为uoc，内所有独立源置零后的等效电阻为Req，则网络 可以用电压为uoc 的电压源和电阻 Req的串联电路等效 见图 1-1(a) 和 (b) 。诺顿定理指出：线性二端电阻性网络 ，已知短路电流为isc，内所有独立源置零后的等效电阻为Req ，则网络 可以用电流为isc 的电流源和电阻Req的并联

2、等效 见图 1-1(a) 和 (c) 。根据网络等效的概念，对任一网络 ，网络 用戴维宁等效电路或诺顿等效电路替代后，网络 中的电压电流与原电路相一致。应用戴维宁定理和诺顿定理的关健在于正确理解和求出二端网络的开路电压 uoc、短路电流isc和等效电阻Req，当uoc和isc不全为零时，这三个量之间存在如下关系式 (a) (b) (c) 图 1 - 1 戴维宁等效电路和诺顿等效电路 本实验只讨论直流电路，电压和电流用大写符号U 和I 表示。为了确定戴维宁等效电路和诺顿等效电路，当含源一端口网络允许开路和短路时，可以直接用电压表和电流表测量开路电压oc和短路电流sc，如图 1-2 所示。这种方法

3、称为开路短路法。但由于测量仪表内阻的影响，电路实际上并非完全开路和短路。指针式电流表和电压表受准确度的限制，误差范围一般在0.1% 2.5%之间。为了提高测量精度，可用数字电压表（或数字多用表）测量开路电压oc 。在现代数字式仪表中，输入阻抗高达几十兆欧，使用数字仪表可使测量误差降低到 0.1% 以下。 (a) (b) 图 1-2 开路电压和短路电流的测量 当含源一端口网络不允许开路或短路时，在负载端接一可变电阻RL ，调节 RL （至少取两个值），可绘出网络的电压电流特性，如图1-3（b）所示。若 RL 已知，图中电流表可不接入。延长特性曲线使其与电压轴和电流轴相交，便可得到开路电压oc 和

4、短路电流sc的值。 (a) (b) 图 1-3 一端口网络电压电流特性的测量 2 线性三端电阻网络的等效表示图1-4给出了以端子 3 为参考端的三端网络（设网络内不含独立源），端子 1 和端子 2 相对于端子 3 的电压分别用u1和u2表示，流进端子 1 和端子 2 的电流分别用i1和i2表示。三端网络的电压电流关系通常要用两个方程式表示。如果我们任选四个量中的两个当作自变量，而其余两个当作因变量，则共有六种可能的形式： 电压控制形式 电流控制形式 第一种混合形式 第二种混合形式 第一种传输形式 第二种传输形式 对有些三端网络，六种表示形式不一定全都存在。 图 1-4 三端网络 现以电压控制形

5、式为例，说明方程中各系数的测量方法。由方程，当 u2=0 时，即将端子 2-3 短路，如图 1-5(a) 所示，此时 i1=g11u1 ， i2=g21u1 ，故 可见，g11为端子 2-3 短路时端子 1-3 的等效电导；g21 为端子 2-3 短路时的传递电导。类似地，将端子 1-3 短路，如图 1-5(b) 所示，有 其中， g22 为端子 1-3 短路时端子 2-3 的等效电导； g12 为端子 1-3 短路时的传递电导。 用电压表和电流表测出有关电压和电流后，按以上四个公式可求出各系数。 (a) (b) 图 1-5 电压控制形式方程各系数的测量 当三端网络仅由线性电阻构成时，由互易定

6、理可得g21=g12，不难得到图1-6所示的三端网络的等效电路。其中 ； ； 图 1-6 三端电阻网络的等效电路 *3 电路的故障检测实验中常常会因为导线断裂，接线错误、元器件的老化和使用时电压、电流或功率超过器件允许的额定值等因素影响电路的正常工作，严重时会烧坏仪表及元器件。初步掌握实验电路故障检测方法是实验的基本技能之一。故障检测的方法根据工作环境、使用仪器的不同，一般有以下几种： 带电检测（电压表测量法）：在电压较低的交、直流电路实验中，如果发现电路故障，可以用电压表、多用表的电压档，首先查看电源供电是否正常，然后测量电路中有关点的电位或某两点间的电压值是否正常，根据测量结果分析并找出故

7、障部位。 断电检测（电阻测量法）：当线路电压较高时，例如在三相电路中，如果发现电路故障，应立即切断电源，并用多用表检查器件的好坏、导线的通断、电源是否正常等。 示波器检测法：用示波器观察电路中相关点电压波形、有关元器件管脚的信号波形和工作点电压是否正常，分析并找出产生故障的原因。实验中有可能出现一些不可预料的故障，为了保证实验顺利进行，实验前应认真预习有关内容，对电路正常工作的电压、电流和信号波形要有一定的了解。另外，面对已经出现的电路故障，应立即切断电源，保护现场，冷静分析故障原因，了解与故障有关电路的结构和特点，力求准确判断电路故障。三、实验仪器 直流稳压电源 6/12/18 /24/30

8、V, 2 1 台 直流电流表 15/30/75/150mA 1 只 直流电压表 1.5/3.0/7.5/15V 1 只 数字多用表   1 只 十进式电阻箱 0.19999.9 1 只 无源电阻网络板   1 块 故障电路板   1 块 四、实验内容 三端网络如图 1 - 7 所示，各电阻的额定功率为 1/2W 。给端子 1 3 间接 10V 电压源，选择合适仪表及其量程，测量端子 2 3 间的戴维宁等效电路和诺顿等效电路。   测量开路电压 oc和短路电流 sc；   给端子 2 3 间再连接一电阻箱，改变电阻值，测定该网络的电压电流特性，并

9、将实验数据记录在自拟的 数据表格中。 图 1 - 7 三端网络 2 选择适当大小电压源的电压，测量图 1 - 7 所示三端网络电压控制形式方程中的有关参数。 3 设计一实验电路，用电压源、电阻箱和数字多用表测量三端网络电流控制形式方程的参数。 *4 根据无故障电路图 1 -8 ，自行确定实验步骤， 试判断电路的故障。 图 1-8 无故障电路原理图 五、注意事项 1 记录实验中所用电压表、电流表的有关参数，以便进行误差分析。 2 如果是用多用表检测网络板故障，根据所测对象的不同，请注意多用表功能键的转换。 3 在使用直流电表时，注意仪表的正负极性和量程的合理选取。 4 注意电阻箱各档的额定工作电流。 六、思考题 1给出三端网络的电压控制形式方程和电流控制形式方程，验证关系式 2说明查找出的故障的依据。3 如果用开路短路法测量直流稳压电源的输出电压和内阻，将产生什么影响？4用