《电压》课件实验三

实验三电压源外特性与戴维宁定理

(一)实验仪器和器材介绍

本实验所用仪器和器材与实验一相同，可参见实验一的介绍。

(二)实验指导

1.课前预习

(1)计算图Ⅱ.3-5所示网络A的戴维宁等效电路参数U0

和Ri。

(2)画出图Ⅱ.3-5所示线路在插接式实验板上的连接图。(3)阅读本实验指导书，了解实验内容和步骤。了解等效电压源参数的测量方法。

2.实验目的

(1)掌握电压源外特性测试方法，了解电源内阻对电源输出特性的影响。

(2)验证戴维宁定理，学习用实验方法测量等效电压源的参数。

3实验原理

1)电压源外特性

电压源外特性也称伏安特性，是对电源输出端电压/伏和电流/安之间关系的描述。电压源的等效电路如图Ⅱ.3-1(a)所示，由恒压电源E和内阻Ri串联组成，它的端电压随输出电流的变化而变化，有

U=E－RiI

(3-1)其伏安特性(外特性)如图Ⅱ.3-1(b)所示。对于理想电压源，Ri=0,端电压U≡E不随输出电流I变化，如曲线①所示。实际的电压源Ri≠0，输出电压随电流增加而下降，如曲线②所

示。内阻不同，曲线下降的速率也不同。内阻越小，电压源外特性越趋理想，故内阻大小成为衡量电压源特性的重要指标之一。在工程上，内阻的大小是相对负载值而言的，若负载电阻RL>>Ri，则近似认为Ri=0，电压源是理想的，否则认为Ri≠0的电压源不是理想的。目前，电子稳压电源的内阻可达毫欧数量级。外特性曲线斜率的绝对值就是内阻Ri。图Ⅱ.3-1电压源及其外特性

2)戴维宁定理

任何一个包含独立电源或非独立电源的线性单口网络，都可以等效为一个电压源，如图Ⅱ.3-2所示。其理想电压源U0为网络ab端的开路电压，内阻Ri是在使网络中所有独立电源为零(把独立电压源E短路、独立电流源J断开)而保留非独立电源的情况下，自ab端向网络看进去的等效电阻。等效电源的Ri和U0可以计算得出，也可由实验测得。图Ⅱ.3-2线性有源网络等效为电压源

(1)用高内阻(相对于等效电源内阻而言)电压表可直接测量ab端开路电压Uab,则U0等于Uab,然后用低内阻电流表测量

ab端短路电流I0，则内阻Ri=U0/I0。

(2)如果线性网络不允许ab端开路或短路时，可以测量外特性曲线(在ab端不开路也不短路的情况下测量)，则外特性曲线的延伸线在纵坐标(电压坐标)上的截距就是U0，在横坐标(电流坐标)上的截距就是I0，而Ri=U0/I0,如图Ⅱ.3-3所示。图Ⅱ.3-3线性有源网络外特性实际上只要知道外特性曲线上的任意两点的坐标参数，就可以计算出U0和Ri,计算公式如下：

设图Ⅱ.3-3中外特性曲线上两点a、b的坐标分别为

(Ua,Ia)和(Ub,Ib)，则(3-3)(3-2)

4.实验内容与步骤

1)测量电压源外特性

测量方案如图Ⅱ.3-4所示，E由稳压电源提供。因稳压电源内阻很小(毫欧级)，比实验电路中的RL值小得多，近似为零，故其外特性接近理想，用普通万用表难以分辨输出电压的变化。图Ⅱ.3-4电压源外特性的测量

(1)以万用表作为指示，调节稳压电源，使其开路电压E=10V,然后按图Ⅱ.3-4连接线路。注意图中的R和RL均为电阻箱，只要用导线将稳压电源和两个电阻箱连成闭合回路即可。本实验的数据是否正确，关键在于：①稳压电源输出的10V电压，一定要用万用表直流电压10V挡认真测定正确无误。

②不要读错电压表刻度尺，不要将交流10Ｖ挡的刻度尺当作为直流10V挡的刻度尺来读数。～

(2)令R=0，按表Ⅱ.3-1所列数据从5kΩ开始依次改变

RL值，测量并记录RL上的电压U。表Ⅱ.3-1中电流I值是间接测量值，I=U/RL。

(3)令R分别等于150Ω和680Ω，测量U和I值。

2)验证戴维宁定理

（1）测量只含独立电源的线性网络外特性。按图Ⅱ.3-5在插接式实验板上连接实验电路，E=10V由直流稳压电源提供。按表Ⅱ.3-2所列数据改变RL值，用万用表直流电压

10V挡测量RL两端电压，测量数据记入表Ⅱ.3-2中。图Ⅱ.3-5网络A（2）戴维宁等效电路的验证。根据图Ⅱ.3-5网络A的

戴维宁等效电路参数U0和Ri理论计算值(U0和Ri应在预习时进行计算)，组成网络A的戴维宁等效电路，如图Ⅱ.3-6所示。图中U0用直流稳压电源，注意将稳压电源输出电压调至

已计算好的U0值。图Ⅱ.3-6网络A的等效电路

Ri用电阻箱，调至已计算好的Ri值。RL也用电阻箱，按表Ⅱ.3-2给定的值改变RL值，用万用表测量RL两端电压，记入表Ⅱ.3-2内(注意表Ⅱ.3-2已在上一个实验中用过，本实验应另画一张表Ⅱ.3-2)。根据表内的数据画曲线，并与上一个实验网络A的曲线加以比较，并得出结论。

5.讨论题

(1)一电压源，其U0和Ri均未知。试利用负载电阻