實(shí)驗(yàn)四 戴維南定理的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)

1、實(shí)驗(yàn)四 戴維寧定理的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1、通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證戴維寧定理。2、加深對(duì)等效電路概念的理解。二、實(shí)驗(yàn)原理戴維寧定理：在任何一個(gè)線性有源電路中,如果只研究其中一個(gè)支路電壓、電流時(shí)，可將電路的其余部分看作是一個(gè)有源二端網(wǎng)絡(luò)如圖4-1(a) 所示。任何有源二端網(wǎng)絡(luò)對(duì)外的作 （a） （b）圖4 -1 有源二端網(wǎng)絡(luò)等效電路用可用一個(gè)為Ues的理想電壓源和內(nèi)阻R0串聯(lián)的電源來(lái)等效代替見圖4-1(b)。等效電源的理想電壓源Ues就是有源二端網(wǎng)絡(luò)的開路電壓UOC，即將負(fù)載斷開后a、b兩端之間的電壓。等效電源的內(nèi)阻R0等于有源二端網(wǎng)絡(luò)中所有電源均除去(將各個(gè)理想電壓源短路，即其電壓為零；將各個(gè)理想電流源

2、開路，其電流為零)后所得到的無(wú)源網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)阻。這個(gè)定理稱為戴維寧定理。三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟 如圖4-2所示，端子a，b左側(cè)部分為一個(gè)有源二端網(wǎng)絡(luò)，RL是外部負(fù)載。依據(jù)戴維寧定理，測(cè)得a，b兩端的開路電壓UOC和等效內(nèi)阻R0以后將數(shù)據(jù)代入圖4-1（b）內(nèi)，如果兩個(gè)電路在負(fù)載RL上產(chǎn)生的電流I相等，即可驗(yàn)證戴維寧定理。本次實(shí)驗(yàn)中，負(fù)載RL以可變電阻代替，可以通過(guò)測(cè)量多組數(shù)據(jù)驗(yàn)證定理的正確性。圖4-2 戴維寧定理驗(yàn)證電路圖實(shí)驗(yàn)步驟如下：(1) 打開EWB軟件，選中主菜單Circuit/Schematic Options/Grid選項(xiàng)中的Show grid，使得繪圖區(qū)域中出現(xiàn)均勻的網(wǎng)格線，并將繪圖尺寸調(diào)節(jié)

3、到最佳。(2) 在Sources元器件庫(kù)中調(diào)出1個(gè)Ground（接地點(diǎn)）和1個(gè)Battery（直流電壓源）器件，從Basic元器件庫(kù)中調(diào)出5個(gè)Resistor（電阻）、1個(gè)Potentiometer（可變電阻）、5個(gè)Switch（開關(guān)）器件，從Indicators元器件庫(kù)中調(diào)出1個(gè)Voltmeter（電壓表）、1個(gè)Ammeter（電流表）器件，最后從Instruments元器件庫(kù)中調(diào)出1個(gè)Multimeter（多用表）器件，按圖4-3所示排列好。(3) 將各元器件的標(biāo)號(hào)、參數(shù)值亦改變成與圖4-3所示一致。(4) 將所有的元器件通過(guò)連線連接起來(lái)。注意：電壓源、電壓表的正負(fù)極性。(5) 檢查電路有

4、無(wú)錯(cuò)誤。(6) 對(duì)該繪圖文件進(jìn)行保存，注意文件的擴(kuò)展名（.ewb）要保留。(7) 利用控制鍵A使得開關(guān)S1、S2將電源US接入外電路，利用控制鍵B使得電流表、電壓表接入電路，利用控制鍵C使得開關(guān)S5將可變電阻隔離在電路外，然后按下EWB界面右上方按紐“1”對(duì)該繪圖文件進(jìn)行仿真。(8) 按下EWB界面右上方按紐“0”停止仿真，讀取電壓表U1的讀數(shù)，將該讀數(shù)記錄下來(lái)即為二端網(wǎng)絡(luò)的開路電壓UOC（也即是Ues）并填到表4-1的相應(yīng)表格中。8.958V 0A(9) 利用控制鍵A使得開關(guān)S1、S2將電源US隔離在電路外，利用控制鍵B使得電流表、電壓表也隔離在電路外，這樣多用表即可接入電路，此時(shí)再按下EW

5、B界面右上方按紐“1”對(duì)該繪圖文件進(jìn)行仿真。(10) 按下EWB界面右上方按紐“0”停止仿真，讀取多用表的讀數(shù)，將該讀數(shù)記錄下來(lái)即為二端網(wǎng)絡(luò)的無(wú)源等效內(nèi)阻R0并填到表4-1的相應(yīng)表格中。2.2178kO(11) 調(diào)節(jié)可變電阻使得其阻值為0，利用控制鍵A使得開關(guān)S1、S2將電源US接入外電路，利用控制鍵B使得電流表、電壓表接入電路，利用控制鍵C使得開關(guān)S5將可變電阻也接入電路中，然后按下EWB界面右上方按紐“1”對(duì)該繪圖文件進(jìn)行仿真。(12) 按下EWB界面右上方按紐“0”停止仿真，讀取電壓表U1和電流表I1的讀數(shù)，將該讀數(shù)記錄到表4-1的相應(yīng)表格中。(13) 改變可變電阻的阻值分別為200、5

6、00、1K、1.5K、2K，重復(fù)步驟（11）、（12），并分別記錄電壓表和電流表的讀數(shù)到表4-1的相應(yīng)位置處。(14) 在Sources元器件庫(kù)中調(diào)出1個(gè)Ground（接地點(diǎn)）和1個(gè)Battery（直流電壓源）器件，從Basic元器件庫(kù)中調(diào)出1個(gè)Resistor（電阻）、1個(gè)Potentiometer（可變電阻）器件，從Indicators元器件庫(kù)中調(diào)出1個(gè)Voltmeter（電壓表）、1個(gè)Ammeter（電流表）器件，按圖4-1（b）排列好。(15) 將電源電壓值改變成步驟（8）中所測(cè)得的Ues的值，將電阻的阻值改變成步驟（10）中所測(cè)得的R0的值，同理將可變電阻充當(dāng)?shù)呢?fù)載RL分別調(diào)節(jié)成0、

7、200、500、1K、1.5K、2K、的阻值，通過(guò)仿真，將這些情況下電壓表和電流表的讀數(shù)分別記錄下來(lái)填入表格4-1中。(16) 實(shí)驗(yàn)完成后，將保存好的繪圖文件另存到教師指定的位置，并結(jié)合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告的撰寫。圖4-3 戴維寧定理驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)電路圖表4-1 戴維寧定理驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)測(cè)量數(shù)據(jù)表負(fù)載電阻RL ()02005001K1.5K2K第一次負(fù)載電流I (mA)4.0393.7053.2962.7842.4102.124第一次負(fù)載電壓U (V)4.0400.7411.6482.7843.6154.2488.958第二次負(fù)載電流I (mA)4.0393.7053.2962.7842.4102.124

8、第二次負(fù)載電壓U (V)4.0390.7411.6482.7843.6154.2488.958注: 第一次負(fù)載電流和電壓記錄的是含源兩端網(wǎng)絡(luò)電路的外伏安特性測(cè)量數(shù)值。 第二次負(fù)載電流和電壓記錄的是戴維寧定理等效電路的外伏安特性測(cè)量數(shù)值。 負(fù)載電阻RL值為0值，表示負(fù)載電阻RL短路。負(fù)載電阻RL值為值，表示負(fù)載電阻 RL開路。五、實(shí)驗(yàn)拓展 驗(yàn)證戴維寧定理的仿真電路有很多種，同學(xué)可通過(guò)思考其他的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。六、預(yù)習(xí)要求1、認(rèn)真復(fù)習(xí)戴維寧定理的基本理論。2、明確實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟。七、思考題1、寫出戴維寧定理的內(nèi)容。2、在驗(yàn)證戴維寧定理的兩次實(shí)驗(yàn)中，在兩組測(cè)量數(shù)據(jù)有不符的事實(shí)時(shí)，分析所產(chǎn)生的主要原因是怎樣造成的。八、實(shí)驗(yàn)報(bào)告1、寫出實(shí)驗(yàn)名稱、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)