六戴維南定理和諾頓定理的驗證

1、實驗六戴維南定理和諾頓定理的驗證有源二端網(wǎng)絡等效參數(shù)的測定一、實驗目的1. 驗證戴維南定理和諾頓定理的正確性，加深對該定理的理解。2. 掌握測量有源二端網(wǎng)絡等效參數(shù)的一般方法。二、原理說明1. 任何一個線性含源網(wǎng)絡，如果僅研究其中一條支路的電壓和電流，則可將電路的其 余部分看作是一個有源二端網(wǎng)絡(或稱為含源一端口網(wǎng)絡)。戴維南定理指出：任何一個線性有源網(wǎng)絡， 總可以用一個電壓源與一個電阻的串聯(lián)來等效代替，此電壓源的電動勢Us等于這個有源二端網(wǎng)絡的開路電壓Uoc,其等效內(nèi)阻Ro等于該網(wǎng)絡中所有獨立源均置零(理想電壓源視為短接， 理想電流源視為開路) 時的等效電阻。諾頓定理指出：任何一個線性有源網(wǎng)

2、絡，總可以用一個電流源與一個電阻的并聯(lián)組合來等效代替，此電流源的電流Is等于這個有源二端網(wǎng)絡的短路電流Isc,其等效內(nèi)阻Ro定義同戴維南定理。Uoc( Us)和Ro或者Isc (Is)和Ro稱為有源二端網(wǎng)絡的等效參數(shù)。2. 有源二端網(wǎng)絡等效參數(shù)的測量方法 開路電壓、短路電流法測 Ro在有源二端網(wǎng)絡輸出端開路時,用電壓表直接測其輸出端的開路電壓Uoc，然后再將其輸出端短路，用電流表測其短路電流Isc，則等效內(nèi)阻為Uoc Ro =Isc如果二端網(wǎng)絡的內(nèi)阻很小，若將其輸出端口短路 則易損壞其內(nèi)部元件，因此不宜用此法。(2)伏安法測Ro用電壓表、電流表測出有源二端網(wǎng) 絡的外特性曲線，如圖 6-1所示。

3、 根據(jù) 外特性曲線求出斜率tg $ ,則內(nèi)阻 UUocRo= tg $ =。 IIsc也可以先測量開路電壓Uoc,再測量電流為額定值lN時的輸出被測有源網(wǎng)絡-26Uoc Un端電壓值Un,則內(nèi)阻為 Ro=。In(3) 半電壓法測Ro如圖6-2所示，當負載電壓為被測網(wǎng)絡開 路電壓的一半時，負載電阻(由電阻箱的讀數(shù) 確定)即為被測有源二端網(wǎng)絡的等效內(nèi)阻值。(4) 零示法測 Uoc被測有源網(wǎng)絡圖6-3穩(wěn)壓電源在測量具有高內(nèi)阻有源二端網(wǎng)絡的開路電壓時，用電壓表直接測量會造成較大的誤差。為了消除電壓表內(nèi)阻的影響，往往采用零示測量法，如圖6-3所示.。零示法測量原理是用一低內(nèi)阻的穩(wěn)壓電源與被測有源二端網(wǎng)絡

4、進行比 較，當穩(wěn)壓電源的輸出電壓與有源二端網(wǎng)絡的開路電壓相等時，電壓表的讀數(shù)將為“0”。然后將電路斷開，測量此時穩(wěn)壓電源的輸出電壓，即為被測有源二端網(wǎng)絡的開路電壓。三、實驗設備序號名稱型號與規(guī)格數(shù)量備注1可調(diào)直流穩(wěn)壓電源0 30V12可調(diào)直流恒流源0 500mA13直流數(shù)字電壓表0 200V14直流數(shù)字毫安表0 200mA15萬用表1外配6可調(diào)電阻箱099999.9 Q1DGJ-057電位器1K/2W1DGJ-058戴維南定理實驗電路板1DGJ-05四、實驗內(nèi)容被測有源二端網(wǎng)絡如圖6-4(a)。(a)圖 6-4(b)1.用開路電壓、短路電流法測定戴維南等效 電路的Uoc、R0和諾頓等效電路的I

5、sc、Ro。按 圖6-4(a)接入穩(wěn)壓電源 Us=12V和恒流源ls=10mA ,Uoc(v)Isc(mA)R0=Uoc/Isc(Q)不接入Rl。測出Uoc和此，并計算出R。(測U°c時，不接入mA表。)2.負載實驗按圖6-4(a)接入Rl。改變Rl阻值，測量有源二端網(wǎng)絡的外特性曲線。U (v)I ( mA)1.驗證戴維南定理：從電阻箱上取得按步驟“1”所得的等效電阻 Ro之值， 然后令其與直流穩(wěn)壓電源（調(diào)到步驟“1”時所測得的開路電壓Uoc之值）相串聯(lián)，如圖6-4（b）所示，仿照步驟“ 2”測其外特性，對戴氏定理進行驗證。U (v)I（ mA）4. 驗證諾頓定理：從電阻箱上取得按步

6、驟“ 1”所得的等效電阻 Ro之值，然后令其與 直流恒流源（調(diào)到步驟“ 1”時所測得的短路電流Isc之值）相并聯(lián)，如圖6-5所示，仿照步 驟“2”測其外特性，對諾頓定理進行驗證。U（ v）I（ mA）5. 有源二端網(wǎng)絡等效電阻（又稱入端電阻）的直接測量法。見圖6-4（a）。將被測有源網(wǎng)絡內(nèi)的所有獨立源置零（去掉電流源Is和電壓源Us，并在原電壓源所接的兩點用一根短路導線相連），然后用伏安法或者直接用萬用表的歐姆檔去測定負載Rl開路時A、B兩點間的電阻，此即為被測網(wǎng)絡的等效內(nèi)阻R。，或稱網(wǎng)絡的入端電阻Ri。*+ 廠wofRdR圖6-5R0及其開路電壓Uoc。線路及數(shù)據(jù)表6. 用半電壓法和零示法測

7、量被測網(wǎng)絡的等效內(nèi)阻 格自擬。五、實驗注意事項1. 測量時應注意電流表量程的更換。2. 步驟“ 5”中，電壓源置零時不可將 穩(wěn)壓源短接。3. 用萬表直接測 Ro時，網(wǎng)絡內(nèi)的獨立 源必須先置零，以免損壞萬用表。其次，歐 姆檔必須經(jīng)調(diào)零后再進行測量。4. 用零示法測量Uoc時，應先將穩(wěn)壓電源的輸出調(diào)至接近于Uoc，再按圖6-3測量。5. 改接線路時，要關(guān)掉電源。六、預習思考題1. 在求戴維南或諾頓等效電路時， 作短路試驗，測Isc的條件是什么？在本實驗中可否 直接作負載短路實驗？請實驗前對線路 6-4（a）預先作好計算，以便調(diào)整實驗線路及測量時可 準確地選取電表的量程。2. 說明測有源二端網(wǎng)絡開路電壓及等效內(nèi)阻的幾種方法，并比較其優(yōu)缺點。七、實驗報告1. 根據(jù)步驟2、3、