电路实验戴维宁

1、. .实验4.2 叠加定理与戴维宁定理4.2.1实验目的1加深对叠加定理、戴维宁定理的理解。2掌握在实验室实现叠加定理和戴维宁定理的分析方法。3. 掌握在实验室测试单口网络等效电路参数的方法。4.了解阻抗匹配及应用，掌握负载电阻从网络中获得最大传输功率的条件。5了解电源输出功率与效率的关系。4.2.2实验任务4.2.2.1根本实验1利用叠加定理求出图4-2-1所示电路中负载电阻RL的UL和IL。2画出图4-2-2所示单口网络的伏安特性曲线。通过单口网络的测试数据求出图4-2-3所示等效电路的参数，并根据表格数据在同一个坐标系中画出伏安特性曲线。验证戴维宁定理的正确性。图4-2-2 戴维宁定理实

2、验电路10mA+-IS5105101033012V-+US+-VRL1k10mA+-IS+-V图4-2-1 叠加定理实验电路5105101033012V-+USRL220图4-2-3 戴维宁定理等效电路V+_RLmA_+1k+_UOCRO1850I/mAU/V0图4-2-4 外特性曲线3用图4-2-2验证最大功率传输定理，画出输出功率随负载变化的曲线，找出传输最大功率的条件。4.2.2.2扩展实验根据图4-2-4的单口网络外特性曲线设计一个等效电路标明相应参数,并通过实验验证。4.2.3实验设备1电压源(0.030V/1A)一套2电流源(0.0200mA)一套3电位器(1k/5W)和十进制可调

3、电阻(099999.9/2W)各一套4直流电压表(0200V)或数字万用表一只5直流毫安表(02000mA)一只6戴维南定理实验电路板一块7细导线电流插头一副8细导线假设干4.2.4 实验原理1叠加定理：由全部独立电源在线性电路任一条支路中产生的电压或电流，等于各个独立电源单独作用时，在此支路中所产生的电压或电流的代数和。某一个独立电源单独作用时，应将其它独立的理想电源置0，即电压源用短路线替代(uS=0,电流源用开路替代(iS=0)。2戴维宁定理：线性单口网络可以用一个理想电压源uoc与一个等效电阻R0相串联的等效电路来代替。其中理想电压源的电压等于该网络的开路电压uoc，等效电阻R0等于该

4、网络中所有独立源为零时所得网络的等效电阻。验证戴维宁定理的思路是用实验方法先找出等效电路的参数，然后再分别测量出有源二端口网络和它的等效电路的伏安特性，在同一个坐标系里比照两个特性曲线，即可得到验证结果。实验室测量等效电阻R0方法：1欧姆表法将独立源置零后直接用万用表电阻档测出等效电阻。2开路短路法UOCISCI/mAU/V0图4-2-5 外特性曲线IU用R0=uoc/isc关系式计算等效电阻，即用电压表、电流表测出该网络的开路电压uoc和短路电流isc，代入式子计算即可。假设单口网络的内阻很小，那么不宜用此法。3伏安法用电压表、电流表测出单口网络的外特性曲线，如图4-2-5所示。根据外特性曲

5、线求出斜率tan，那么等效电阻R0：R0tan4半电压法如图4-2-6所示，当负载电压为被测网络开路电压的一半时，负载电阻由十进制可调电阻的读数确定即为被测单口网络的等效内阻值。RL1k+_UOCROV+_UOC/2图4-2-6 半电压法+_UOCROUV_+-稳压电源图4-2-7 零示法5零示法在测量具有高内阻单口网络的开路电压时，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，往往采用零示测量法，如图4-2-7所示。零示法测量原理是用一低内阻的稳压电源与被测单口网络进展比较，当稳压电源的输出电压与单口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

6、输出电压U，即为被测单口网络的开路电压。3最大功率传输定理：线性单口网络的端口外接负载电阻RL，当负载RL=R0(电源的内阻)时，负载电阻可从网络中获得最大功率，且最大功率PLmax=。RL=R0称为阻抗匹配。负载得到的最大功率时电路的效率：=50% 。4匹配电路的特点及应用在电路处于“匹配状态时，电源本身要消耗一半的功率，此时电源的效率只有50%。显然，这对电力系统的能量传输过程是绝对不允许的。发电机的内阻是很小的，电路传输的最主要指标是要高效率送电，最好是100%的功率均传送给负载。为此负载电阻应远大于电源的内阻，即不允许运行在匹配状态。而在电子技术领域里却完全不同。一般的信号源本身功率较

7、小，且都有较大的内阻。而负载电阻如扬声器等往往是较小的定值，且希望能从电源获得最大的功率输出，而电源的效率往往不予考虑。通常设法改变负载电阻，或者在信号源与负载之间加阻抗变换器如音频功放的输出级与扬声器之间的输出变压器，使电路处于工作匹配状态，以使负载能获得最大的输出功率。5电流插头与插座的配套使用的特点实验所用的电流插座和电流插头是在不改动电路的情况下，用一块电流表来测量多个支路的电流。在后续的实验工程将充分表达它的特有的功能。电流插头的一端用于插入电流插座，另一端引出红黑接线，用于连接电流表。电流插座在未接入电流插头时，其内部弹簧片是处于短接状态，利用电流插座的这个特点，将电流插座和电流表

8、串入待测支路中。当电流插头插入电流插座后，电流插座的弹簧片处于断开状态，并将电流表串接在支路中，从而显示出该支路电流。4.2.5预习提示1什么是叠加定理？什么是戴维宁定理？它们适用的条件分别是什么？2在应用叠加定理时，对不作用的电源应如何处理？可否直接将不作用的电压源进展短接置零？3求单口网络等效电路的等效电阻有哪几种实验方法？并比较其优缺点。4如何用实验方法验证两个电路是等效的？5在求等效电阻R0时，如果电路中含有受控源，你会怎样处理？6什么是最大功率传输定理？负载获得最大功率的条件？7电力系统进展电能传输时为什么不能工作在匹配工作状态？4.2.6实验步骤1利用叠加定理求出图4-2-1所示电

9、路中负载电阻RL的UL和IL。1电压源与电流源的设置。按电工台“开机操作程序进展操作。开启电压源，并将其输出电压调为直流电压表示数为12V，关闭电压源。将电流源输出端短路，然后开启其电源，并将其输出调为10mA，去除短路线，关闭电流源。2按图4-2-1所示电路联接线路。将十进制电阻连成220接入戴维南定理实验电路板RL处。3将电流插头插入电流插座中，并将插头红黑引出线按极性联接至直流毫安表。4只有电压源US作用：开启电压源。即IS=0电流源不作用，将UL电压、IL电流记录在表4-2-1中。表4-2-1 叠加定理测试表格条件测量值UL/VIL/mAUS单独作用IS单独作用US和IS共同作用验证计

10、算+与误差计算5只有电流源IS作用：关闭电压源US，并将US用短路线替代，即电压源不作用。开启电流源，将UL电压、IL电流记录在表4-2-1中。6电压源US和电流源IS共同作用：去除电压源的短路线，开启电压源US和电流源IS，将UL电压、IL电流记录在表4-2-1中。7关闭电压源和电流源。撤除线路。完成表格计算，并验证叠加定理的正确性。2画出图4-2-2所示单口网络的伏安特性曲线。求出其图4-2-3所示等效电路的参数，并在同一个坐标系中画出伏安特性曲线。验证戴维宁定理的正确性。1完成图4-2-2所示单口网络的伏安特性曲线测试，将图4-2-1所示电路的负载(十进制电阻220)改接为1k可调电阻。

11、1等效电阻测试，本实验采用开路短路法进展测试。开启电压源和电流源。将负载RL可调电阻短路白色钮子开关置于左侧或用一根导线将电阻两端短接)，读出RL短路电流Isc和电压U(0)；断开负载RL的一端，即使得RL=，测得负载开路电压Uoc和电流I(0)，记录于表4-2-2中。表4-2-2单口网络伏安特性测试表RL/W01 kIL/mA实测值ISCUL/V (实测值)UOCR0 /WR0实测=UOC/ISC=R0理论=误差计算将测得的该网络的开路电压Uoc和短路电流Isc，代入式子R0=uoc/isc进展计算，得到的R0值保存小数点后一位，填入表4-2-2中，并与R0理论值进展误差计算。将测得的开路电

12、压Uoc和计算出的等效电阻R0这两个参数填入图4-2-3所示等效电路中，完成图4-2-3所示等效电路的参数设计。2) 单口网络伏安特性测试。将负载RL调至最大值(约1k)，测出对应的UL和IL。在RL=0和RL=1 k值之间对应的电流Isc和RL最大值时对应的I之间均匀等差取值填入表4-2-2中，以该电流为参照，通过调节RL，测出相对应的电压的值，记录于表4-2-2中。关闭电压源和电流源，撤除线路。画出单口网络伏安特性曲线。(2完成图4-2-3所示单口网络的等效电路的伏安特性曲线测试。将测试出的Uoc和等效电阻R0填入图4-2-3所示的等效电路中。开启电压源，将其输出电压调至直流电压表示数为U

13、oc，关闭电压源。1按图4-2-3所示电路联线。十进制电阻调为R0值，负载电阻仍用1k可调电阻。2等效电路的伏安特性曲线测试方法与"实验4.1元件的伏安特性测量"中4.1.6实验步骤8中测试实际电压源伏安特性的方法一样。开启电压源。将负载短路，读出负载RL短路电流Isc和电压U(0)；断开负载RL的一端，即使得RL=，测得负载开路电压Uoc和电流I(0)，记录于同样格式的表4-2-3中。表4-2-3单口网络等效电路伏安特性测试表RL/W01 kI/mA实测值ISCUL/V (实测值)UOC与表4-2-2中的UL/V (实测值)进展误差计算3)将图4-2-2所示有源二端口网络

14、伏安关系测试表4-2-2中的参照电流I值抄入表4-2-3中。以该电流为参照，通过调节RL，测出相对应的电压的值，记录于表4-2-3中。关闭电压源，撤除线路。画出等效电路的伏安特性曲线。4)比较表4-2-2和表4-2-3伏安关系测试表，在参照电流值一样的情况下，对应的电压值是否一样，从而得出戴维宁定理验证结果。3用图4-2-2验证最大功率传输定理，画出输出功率随负载变化的曲线，找出传输最大功率的条件。1电压源与电流源的设置参照实验步骤11。2参照图4-2-2联线，将负载1 k可调电阻，改接为计算所得的R0值，即用十进制电阻箱的电阻作为负载RL。3输出功率随负载变化的曲线的测试。开启电压源和电流源

15、。测出流过的电流I值，记录于表4-2-4中。再将十进制电阻的百位分别逐级调小和调大，同时记录阻值和对应的电流I值于表4-2-4中，分别计算出负载功率PL及效率%。关闭电压源和电流源，撤除线路。画出单口网络输出功率随负载变化的曲线。表4-2-4负载与功率关系测试表RL/WR0I/mA实测值PL/mWPLmax%(4按下红色“停顿按钮，红灯亮，绿灯灭。将钥匙式总开关置于“关位置,此时红色按钮灭。实验完毕。4. 实验的本卷须知：1本实验是直流实验，接线时注意电源及测量表计的极性。2在实验室操作时，为减少测量误差，并且防止量程保护动作，注意随时切换电流表和电压表的量程。(3在叠加定理的应用实验时，对不

16、作用的的电压源置零处理时，必须先关掉电压源电源，然后再将电源两端用短接线替代。(4换接线路时，必须关闭电压源和电流源。4.2.7 报告要求1. 画出实验电路与表格，简要写出电路原理。2完成表4-2-1实测记录和计算。验证叠加定理的正确性。3理论计算图4-2-2所示单口网络等效电阻R0。4. 将测得的开路电压Uoc和用开路短路法计算出的等效电阻R0这两个参数填入图4-2-3所示等效电路中。并对等效电阻R0进展误差计算。5分别完成实验表4-2-2和表4-2-3的实测记录和计算，并在同一个坐标系中画出它们各自的伏安特性曲线。验证戴维宁定理的正确性。6. 完成输出功率随负载变化的表格4-2-4实测记录和计算，画出它们关系的曲线。验证最大功率传输定理。7. 根据测试结果，得出定理的正确性。8. 根据4.2.2.2的扩展实验，画出图4-2-4等效电路。9完成思考题。4.2.8 思考题单口网络VA10S图4-2-8 1某同学说戴维南等效电路的伏安特性与外接负载电阻大小有关。这句话对吗？2在做图4-2-8