RLC串联电路实验

实验4.2叠加定理与戴维宁定理电路分析基础实验

1.加深对叠加定理、戴维宁定理的理解。一、实验目的

2.掌握在实验室实现叠加定理和戴维宁定理的分析方法。二、实验任务

3.掌握在实验室测试有源二端网络等效电路参数的方法。

4.了解阻抗匹配及应用，掌握最大传输功率的条件。

2.画出图4-9所示单口网络的伏安特性曲线。求出单口网络图4-10所示等效电路的参数。根据表格4-5和4-6(可以合2为1)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4-9戴维宁定理

单口网络实验电路图4-10戴维宁定理等效电路三、实验设备3.用图4-9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。完成表4-7记录。电压源、电流源、直流元件挂箱、直流数字电流表、数字万用表、导线。实验中用到的电阻实验中用到的电位器四、实验原理有源、线性单口网络可以用一个理想电压源uoc与一个等效电阻Ro相串联的等效电路来代替。戴维宁定理：uocRo+_方法二：欧姆表法。独立源置零后即电压源用短路线替代(us=0）,电流源用开路替代(is=0)。直接用万用表电阻档测出等效电阻。方法一：开路短路法。用Ro=uoc/isc关系式计算等效电阻，即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。方法三、四、五详见教材。

实验室常用的测量等效电阻Ro方法:求等效电路参数Ro方法，本实验采用实验室常用测量等效电阻Ro方法一（开路短路法）进行测试。用Ro=uoc/isc关系式计算等效电阻。uocRo+_等效电路先找出等效电路的参数，然后再分别测量出单口网络和它的等效电路的伏安特性，对比两个特性曲线，即可得到验证结果。

思路：最大功率传输定理：单口网络的端口外接负载电阻RL，当负载RL=Ro(等效电阻)时，负载电阻可从网络中获得最大功率，且最大功率PLmax=。RL=Ro称为阻抗匹配。电流源、电压源量程调节旋钮电压源打开电源开关,指示灯亮。通过“输出调节”旋钮，可在输出端输出(0.0～30)V连续可调的直流电压，接线时注意极性。该电压源有两路输出，通过琴键开关，选择UA路输出或选择UB路输出。UA口UB口五、实验步骤琴键开关电源开关电流源

打开电流源开关，指示灯亮。调节“输出粗调”量程旋钮，可在2mA、20mA、200mA三档进行选择。通过“输出细调”量程旋钮可在输出端输出0.0～200mA连续可调的直流电流。接线时注意极性。为什么？调节时可先用导线将输出端短路后再进行操作。直流毫安表直流毫安表共有四档量程。2mA、20mA、当被测值超出量程时,仪表将发出报警信号,此时告警指示灯亮,蜂鸣器鸣叫，接触器跳开,停止按钮亮，将供电源切断。200mA、2000mA。

处理方法:应立即按下白色“复位”按钮,切断告警回路。在排除故障后重新启动控制屏。任务二：验证戴维南定理详细步骤1.电压源与电流源的设置。按“开机操作”程序进行操作。开启电压源，并将其输出电压调为万用表直流（DC）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，关闭电流源。2.按图4-9所示电路联接线路。将4.7KΩ电阻接入戴维南定理实验电路RL处。

3.开启电压源和电流源，将负载RL可调电阻短路（用一根导线将电阻两端短接)，测得RL短路电流Isc和电压U(≈0)，记录于表4-5中。

4.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4-5中。Ro值保留小数点后一位（实验装置决定）

将测得的该网络的开路电压UOC和短路电流ISC，代入式子Ro=进行计算,并填入表4-5中。

IscUoc

将测得的开路电压UOC和计算出的等效电阻RO这两个参数填入图4-10所示等效电路中。

5.将负载RL调至最大值(=4.7kΩ)，测出对应的U1和I1。在RL=0和RL=4.7kΩ值之间对应的电流Isc(或电压)和I1均匀等差取值填入表4-5中，以该电流(或电压)为参照（最好以电流为参照，调节负载使电流为整数方便）通过调节RL，测出相对应的电压(或电流)的值，记录于表4-5中。先不要拆除线路，按课件中任务三的步骤先做验证最大功率传输定理。表4-5单口网络伏安特性测试表RL/0////4.7kΩ∞I/mA（实测值）ISC(I5)(I4)(I3)(I2)(I1)UL/V(实测值)UOCR0/R0实测=UOC/ISC=R0理论=误差计算第一步测短路电流ISC第三步测I1第二步测开路电压UOC

注：表格中ISC和Uoc及(I1--I5)是实验过程中要测量的数据，同学们写报告无需抄已设置超链接

6.拆除原电路线路，再将电压源调至万用表直流档（DC）示数为Uoc，十进制电阻调为Ro值，负载电阻仍用4.7kΩ作为RL,按图4-10所示电路联线。图4-10等效电路实验图注意极性

7.等效电路的伏安特性曲线测试。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)，将负载RL调至最大值(=4.7kΩ)，测出对应的I1＇。记录于表格4-6中。RL/0////4.7kΩ∞I/mA（实测值）ISC＇抄表4-5(I1＇)(I5)(I4)(I3)(I2)UL/V(实测值)UOC＇与表4-5中的UL/V(实测值)进行绝对误差计算表4-6单口网络等效电路伏安特性测试表

8.将表4-5中的参照电流(或电压)I2~I5抄入表4-6中。以该电流(或电压)为参照，通过调节RL，测出相对应的电压(或电流)的值，记录于表4-6中。关闭电压源，拆除线路。在同一个坐标系里画出两个伏安特性曲线。2.按图4-9联线，将十进制电阻箱联接成计算所得的等效电阻Ro值，替换实验任务二中单口网络的负载端的RL电阻，(即用十进制电阻箱的电阻作为负载RL)

。任务三：验证最大功率传输定理1.按图4-9设置电压源与电流源。比较4-5和表4-6的表格，在参照电流值I2~I5一样的情况下，对应的电压值是否相同，从而得出戴维宁定理验证结果。十进制电阻箱

3.输出功率随负载变化的曲线的测试。开启电压源与电流源。测出流过的电流I值，记录于表4-7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4-7中，分别计算出负载功率PL。关闭电压源与电流源，拆除线路。画出有源二端网络输出功率随负载变化的曲线。表4-7负载与功率关系测试表RL/R0-400R0-300R0-200R0-100R0R0+100R0+200R0+300R0+400I/mA（实测值）PL/mWPLmax测试完表4-7中的数据再回到任务二中的第6步已设置超链接4.按下红色“停止”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。实验结束。六、实验报告要求

1.画出实验电路与表格，简要写出电路原理和实验步骤。观察表格数据变化规律，得出当RL=Ro时电路输出功率最大从而验证了最大功率传输定理

3.理论计算图4-9所示单口网络等效电阻R0。

5.分别完成实验表4-5和表4-6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。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Ro这两个参数填入图4-10所示等效电路中。并对等效电阻Ro进行误差计算。6.完成输出功率随负载变化的表格4-7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。七、注意事项

本实验是直流实验，接