电子设计仿真与虚拟实验

1、成都理工大学电子设计仿真与虚拟实验课程设计题目名称戴维宁定理和诺顿定理的验证学院名称所属专业学生姓名 学 号班 级是否选课:邮箱：日期：设计的题目及其要求设计题目戴维宁定理和诺顿定理的验证课程设计的目标、基本要求及其功能设计能够验证戴维宁定理和诺顿定理的电路，并对其进行仿 真分析。对外部电路而言，任何一个线性有源二端网络，都 可以用一个戴维宁等效电源和诺顿等效电源来代替。戴维宁 等效电源中的等效电源电压Ues等于原有源二端网络的开 路电压Uoc，内电阻Ro等于原有源二端网络的开路电压Uoc 与短路电流Isc之比，也等于将原有源二端网络内部除源 (即将所有电压源代之以短路，电流源代之以开路)后，

2、在 端口处得到的等效电阻。诺顿等效电源中的等效源电流Ies 等于原有源二端网络的短路电流Isc之比，也等于将原有源 二端网络内部除源后，在端口处得到的等效电阻。也就是说， 诺顿等效电源中的内电阻与戴维宁等效电源中的内电阻求 法相同，即内电阻Ro等于原有源二端网络的开路电压Uoc 与短路电流Isc之比。通过对等效电源定理的应用以达到简 化电路的目的。设计要求的最终指标利用戴维宁定理和诺顿定理等效电压源定理和等效电 流源定理可以将一个复杂电路简化成一个简单电路，尤其是 只需要计算复杂电路中某一支路的电流或电压时，应用等效 电源定理比较方便，而待求支路可以是无源支路，也可以是有源支路。二、设计的基本

3、思路及其设计出发点本电路采用直流稳压电源，直流电流源，直流电压表，百 流毫安表和万用表。用电压源和电流源以及4个电阻构成有源 二端网络，用万用表直接测Ro,用滑动变阻器调节外部电路 电阻来验证戴维宁定理和诺顿定理。戴维宁等效电源和诺顿等 效电源既然都可以用来等效代替同一个有源二端网络，因而在 对外等效的条件下，相互之间可以等效替换。由上述两定理可 矢口，等效变换的公式为Ies=Ues/Ro，变换时内电阻Ro不变， Ies的方向应由Ues的负极流向正极。三、方案原理论述下图是由二端口网络构成的实验电路图（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

4、源二端网络。戴维宁定理指出：任何一个线性有源二端口网络，总可以用一个电压源和一个串联来等效代替，其电压源的电动势Us等于这个 有源二端口网络飞开路电压Uoc,其等效内阻Ro等于该网络中 所有独立源均置零（理想电压源视为短接，理想电流源视为开路） 时，的等效电阻。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Is等于这个 有源二端网络的短路电流Isc，其等效内阻Ro定义同戴维南定 理。Uoc（Us）和Ro或者Isc（Is）和Ro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开路电压、短路电流法测Ro在有源二端网络输出端开

5、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，用电流表测其短路 电流Isc，则等效内阻为Ro=Uoc/Isc。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。用电压表、电流表测出有源二端网Ro络的外特性曲线，如右图所示根。据外伏安法测Ro特性曲线求出斜率tgw，则内阻U UocRo = tg0= IIsc也可以先测量开路电压Uoc,再测量电流为额定值In时的 输出端电压值Un，则内阻为Ro= (Uoc-Un) /In。半电压法测Ro如右图所示，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

6、的等效内阻值。_零示法测Uoc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，往往采用零示测量法，如右图所示。零示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。四、仿真设计分析本次仿真过程采用MULTISIM7.0进行仿真分析，其中由于 在其元件库中找不到直流稳压电源，所以采用了普通电压源进行仿真分析，应该对本次仿真分析影响不大。本次仿真分析进行了如下分析：直流工作

7、点分析、瞬态分析、直流扫描分析、参数扫描分析全部仿真分析情况如下：（1）百流工作点分析情况如下1图所示（2）瞬态分析情况如下2图所示（3）直流扫描分析如下3图所示（4）参数扫描分析如下4图所示通过对比我发现在负载R5为零的时候上述分析结果一致。qEEELft旦 Elgranl匪一皿一IE顶gl口回耕虱&国一国 SHS mwHS -辞1 opeTsB-g P2.HT用开路电压、短路电流法测定戴维南等效电路的Uoc、Ro和诺 顿等效电路的Isc、Roo按下图接入直流电源Us=12V和百流电 流源Is=10mA，不接入日5,即R5的阻值调到0%。测出Uoc和 Isc,并计算出Ro。负载实验按上图改变

8、R5阻值，测量有源二端网络的外特性曲线。验证戴维宁定理：从电阻箱上取得按步骤“1”所得的等效电阻 R0之值，然后令其与直流稳压电源（调到步骤“1”时所测得 的开路电压Uoc之值）相串联，如下图所示，仿照步骤2”测 其外特性，对戴氏定理进行验证。验证诺顿定理：从电阻箱上取得按步骤“1”所得的等效电阻Ro之值，然后令其与百流恒流源（调到步骤“1”时 所测得的短路电流Isc之值）相并联， 如右图所示，仿照步骤“2 “测其外 特性，对诺顿定理进行验证。（4）有源二端网络等效电阻（又称入端电阻）的直接测量法。将被 测有源网络内的所有独立源置零（将电流源Is断开，去掉电压 源Us，并在原电压源所接的两点用

9、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R5开路时A、 B两点间的电阻，此即为被测网络的等效内阻Ro,或称网络的 入端电阻Rio五、本电路的实际应用戴维宁定理只适用于线性网络，不适用于非线性网络。当只需求 解电路中一条支路（或某一部分电路），用戴维宁定理比较方 便。戴维宁定理的本质是求解任一复杂含源一端口网络等效电 路的方法。戴维宁定理和诺顿定理统称等效电源定理，戴维宁 定理和诺顿定理的一个典型应用就是寻找一个负载在什么情 况下可以从含源一端口网络NS获得最大功率以及求得最大功 率。戴维宁定理在电路分析中得到广泛应用。当只对电路中某 一条支路或几条支路（记为NL）的

10、电压电流感兴趣时，可以将 电路分解为两个单口网络NL与N1的连接。用戴维宁等效电路 代替更复杂的含源单口 N1，不会影响单口 NL（不必是线性的或 电阻性的）中的电压和电流。代替后的电路规模减小，使电路的分析和计算变得更加简单。六、总结和设计心得体会完成本次电子仿真设计是对我电工学（少学时）所学第一章直流 电路第9节等效电源定理熟练程度的检验以及对multism仿真 软件使用方法的实践。通过此次设计我验证了戴维宁定理和诺 顿定理的实用性，加深了我对戴维宁定理和诺顿定理的理解， 知道了有关有源二端口网络等效电路参数的测量方法。此次电子仿真设计虽然只是简单的验证等效电源定理，电 路图也不是自己设计

11、的而是参考书上的电路图，但完成整个设 计对我而言难度依然很大。首先是如何设计电路图来验证戴维 宁定理和诺顿定理，这个难度不大，因为验证的电路图可以在 实验指导书上找到。在找到电路图后，就要考虑如何用唐老师 提供的multism7.0绿色汉化版把电路图转化到仿真软件中。 由于起初运用电子仿真软件不太熟练，在仿真软件上还原电路 图的时候，出了很多小错误，包括直流毫安表和直流电压表在 仿真开关打开后的数值始终为零，在仔细核对电路图后发现我 在连接上出现了错误，把这两个表都连接在了接地线上，还有 就是在选择Us=12V的稳压电压源时，我在元器件里面只找到 了交流电压源和普通的电压源，在查看了稳压电压源的相关概 念后还是不是很清楚，用万用表分别查看了交流电压源和普通 电压源两端的电压后我发现普通电压源两端电压满足12V，而 交流电压源只有8V，所以我选择了普通的电压源来提供整个 电路的电压，最后就是我开始一直没在菜单栏找到如何显示节 点名，最后总算在鼠标右键显示里面找到显示节点名了。通过设计这个电路，