实验三 戴维南定理验证及有源单口网络等效参数的测量

实验三 戴维南定理验证及有源单口网络等效参数的测量

★实验

一． 实验目的

1．验证戴维南定理的正确性，加深对该定理的理解

2．掌握测量有源二端网络等效参数的一般方法

二． 实验原理

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源二端网络（或称为含源一端口网络）。

戴维南定理指出：一个线性有源网络，总可以用一个等效电压源来代替，该电压源的电压U等于这个有源二端网络的开路电压,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Req，Us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

（1） 开路电压、短路电流法

在有源二端网络输出端开路时，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，测其短路电流Isc，其内阻为

R0=

（2） 伏安法

用电压表、电流表测出有源二端网络的外特性如图3-1所示。根据外特性曲线求出斜率tg，则内阻

用伏安法，主要是测量开路电压及电流为额定值IN时的输出电压值UN，则内阻为

若二端网络的内阻值很低时，则不宜测其短路电流。

（3） 半电压法

如图3-2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的等效内阻值。

（4） 零示法

在测量具有高内阻有源二端网络开路电压时，用电压表进行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，如图3-3所示。

零示法测量原理是用一低内阻的稳压电源于被测有源二端网络进行比较，当稳压电源的输出电压于有源二端网络的开路电压相等时，电压表读数将为“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。

三． 注意事项

1． 注意测量时，电流表量程的更换。

2． 步骤“4”中，电源零置时不可将稳压电源短接。

3． 用万用表直接测Req时，网络内的独立源必须先置零，以免损坏万用表，其次，欧姆档必须经调零后再进行测量。

4． 改接线路时，要关掉电源。

四． 实验设备

1． 直流电压表、电流表

2． EEL-06主件（或EEL-18主件）

3． EEL-01主件（或EEL-16主件）

4． 恒电源

5． 恒流源

五． 实验内容

被测有源二端网络如图3-4（a）所示。

1． 图3-4（a）线路接入稳压电源Us=12V和恒流源Is=20mA及可变电阻RL测UAB即UN，再短接RL测ISC，则R0=UOC/ISC，填入下表

表3-1

2． 负载实验

接图3-4（a）改变的电阻值，测量有源二端网络的外特性。

表3-2

3． 验证戴维南定理：用1KΩ可当变阻器用），将其阻值调整到等于按步骤“1”所得的等效电阻RO值，然后令其于直流稳压电源（调到步骤“1”时所测得的开路电压UOC之值）相串联，如图3-4（b）所示，仿照步骤“2”测其特性，对戴氏定理进行验证。

表3-3

4． 测定有源二端网络等效电阻（又称入端电阻）的其他方法：将被测有源网络内的所有独立源置零（将电流源去掉，也去掉电压源，并在原电压端所接的两点用一跟短路导线相连），然后用伏安法或者只用万用表的欧姆档去测定负载RL开路后A、B两点间的电阻，次即为被测网络的等效内阻Req（或称网络的入端电阻Ri。

表3-4

5． 用半电压法和零示法测量被测网络的等效内阻Ro及其开路电压Uoc。

表3-5

六．预习思考题

1． 在求戴维南等效电路时，作短路实验，测Isc条件是什么？在本实验中可否直接作负载短路实验？请实验前对线路3-4（a）预先作好计算，以便调整实验线路及测量时可准确地选取电表的量程。

2． 说明测有源二端网络开路电压及等效内阻的几种方法，并比较其优缺点。

七．实验报告

1． 根据步骤2和3，分别绘出曲线，验证戴维南定理的正确性，并分析产生误差的原因。

2． 根据步骤1，4，5各种方法测得的Uoc和Req与预习时电路计算的结果作比较，你能得出什么结论。

3． 归纳、总结实验结果。

4． 心得体会及其他。

★★实验

一、实验目的

1. 验证戴维南定理的正确性，加深对该定理的理解。

2. 掌握含源二端网络的开路电压和等效电阻的测定方法，并了解各种测量方法的特点

二、实验原理

1. 戴维南定理

任何一个线性含源的电路，如果仅研究其中一条支路的电压和电流，则可将该支路从电路中分离出来，把电路的其余部分看作是一个含源二端网络。戴维南定理指出：任何一个线性含源的二端网络，都可以用一个电压源和一个电阻串联的支路来等效。电压源的电压US等于这个含源二端网络的开路电压UOC，电阻RO等于该网络中所有独立源均取0（理想电压源视为短接，理想电流源视为开路）时的等效电阻。UOC和RO称为含源二端网络的戴维南等效参数。

2. 含源二端网络的戴维南等效参数的测量方法

含源二端网络的戴维南等效参数中，开路电压的测量比较简单，只要在该二端网络开路时，用电压表直接测量即可。对等效电阻的测量，可以用下列方法：

(1) 开路电压、短路电流测量法 在含源二端网络输出端开路时，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，测其短路电流ISC，则等效电阻为

这种方法虽然比较简便，但是，可能因短路电流过大会损坏电路内部的器件。对于等效电阻较小的二端网络，一般不宜采用。

(2) 两次电压测量法

图3-1所示电路中，第一次先测量A、B两端的开路电压UOC；第二次在A、B端接一个已知的负载电阻RL，测量此时A、B两端的负载电压U。这样，A、B端的等效电阻为

(3) 半电压测量法

图3-2所示电路中，调节负载电阻RL的大小，当负载电压等于被测含源二端网络开路电压的一半时，负载电阻的值即为被测含源二端网络的等效电阻值，即。

图3-1两次电压测量法 　图3-2半电压测量法

三、实验仪器和器材

1. 直流电压源1台 0～30V可调；固定+12V

2. 直流电流源1台 0～200mA可调

3. 数字万用表1块

4. 直流电压表、电流表各1块

5. 电阻5只 510Ω×2；330Ω×1；10Ω×1；1KΩ电位器×1

6. 电阻箱1个 0～9999.99Ω

7. 短接桥和连接导线若干 P8-1和50148

8. 实验用9孔插件方板1块 297mm×300m

四、实验内容

1.含源二端网络的外特性测试

在实验板上按图3-3(a)搭接实验电路，其中负载电阻选用电阻箱（0～999.99Ω）。然后按表3-1中给定的值改变负载电阻RL的值，测量含源二端网络的外特性。将测量数据记入表3-1中。

图3-3 含源二端网络外特性测试的实验电路

表3-1 含源二端网络的外特性测试

2. 含源二端网络戴维南等效参数的测定

（1）开路电压、短路电流法测定等效电阻

图3-3（a）所示电路中，先断开负载电阻RL，测量A、B两端的开路电压UOC；再短接A、B两端 ，测量短路电流ISC，则二端网络的等效电阻R0=UOC/ISC。将测量数据UOC、ISC记入表3-2中，并计算RO。

表3-2 开路电压/短路电流法测量等效电阻

（2）用万用表直接测定等效电阻

将被测二端网络中的所有独立源IS、US都去掉，并在原电压源所接的两点处用一根导线相连，然后用万用表的欧姆档测定负载RL开路后A、B两点间的电阻，此即为被测网络的等效内阻RO。将测量数据记入表3-3中，并与仿真结果相比较。

表3-3 用万用表测定等效电阻

(3) 半电压法测定等效内阻

图3-3（a）所示电路中，调节负载电阻的阻值，同时用电压表监视负载电压，当电压表的读数等于开路电压UOC的一半时，关闭电压源和电流源，将负载电阻从电路中断开，用万用表欧姆档测量负载电阻的阻值。将数据记入表3-4中。

表3-4 半电压法测定等效电阻

3. 含源二端网络等效电路的外特性测试

在实验板上按图3-3（b）搭接实验电路，调节电压源的电压，使之等于表3-2中的UOC的实测值；等效电阻RO选用1KΩ电位器，并调节到表3-2中RO的实测值；负载电阻RL选用电阻箱（0～999.99Ω）。按表3-5中给定的RL值，调节负载电阻的大小，测定负载电压UAB和负载电流IAB，记入表3-5中。按照表3-1和表3-5的实测数据作出外特性曲线，对戴维南定理进行验证。

表3-5 含源二端网络等效电路的外特性

五、实验注意事项

1.测量时注意电流表量程的更换。

2. 用万用表欧姆档直接测定二端网络的等效电阻时，所有独立电源都应置零。电流源置零，就是把电流源从电路中断开即可；电压源置零，就是把电压源先从电路中断开，再用短路线连接该处电路。绝不可将电压源直接短接。

3. 改接线路时，要先关掉电源。

六、预习思考题

1. 在求解戴维南等效电路参数时，作短路试验，测量短路电流ISC的条件是什么 在本实验中可否直接作负载短路实验

2．实际操作实验前应先计算图3-3（a）电路，以便在测量时可准确地选取电压表、电流表的量程。

3. 说明测定含源二端网络的等效电阻的几种方法，并比较其优缺点。

七、实验报告

1. 根据表3-1和3-5，分别绘出外特性曲线，验证戴维南定理的正确性，并分析产生误差的原因。

2. 根据各种方法测得的UOC与RO与预习时电路计算的结果作比较，能得出什么结论。

3. 归纳、总结实验结果

用proteus做虚拟实验

一、实验目的

1. 验证戴维南定理的正确性，加深对该定理的理解。

2. 掌握含源二端网络的开路电压和等效电阻的测定方法，并了解各种测量方法的特点

二、实验原理

1. 戴维南定理

任何一个线性含源的电路，如果仅研究其中一条支路的电压和电流，则可将该支路从电路中分离出来，把电路的其余部分看作是一个含源二端网络。戴维南定理指出：任何一个线性含源的二端网络，都可以用一个电压源和一个电阻串联的支路来等效。电压源的电压US等于这个含源二端网络的开路电压UOC，电阻RO等于该网络中所有独立源均取0（理想电压源视为短接，理想电流源视为开路）时的等效电阻。UOC和RO称为含源二端网络的戴维南等效参数。

2. 含源二端网络的戴维南等效参数的测量方法

含源二端网络的戴维南等效参数中，开路电压的测量比较简单，只要在该二端网络开路时，用电压表直接测量即可。对等效电阻的测量，可以用下列方法：

(1) 开路电压、短路电流测量法 在含源二端网络输出端开路时，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，测其短路电流ISC，则等效电阻为

这种方法虽然比较简便，但是，可能因短路电流过大会损坏电路内部的器件。对于等效电阻较小的二端网络，一般不宜采用。

(2) 两次电压测量法

图3-1所示电路中，第一次先测量A、B两端的开路电压UOC；第二次在A、B端接一个已知的负载电阻RL，测量此时A、B两端的负载电压U。这样，A、B端的等效电阻为

(3) 半电压测量法

图3-2所示电路中，调节负载电阻RL的大小，当负载电压等于被测含源二端网络开路电压的一半时，负载电阻的值即为被测含源二端网络的等效电阻值，即。

图3-1两次电压测量法 　图3-2半电压测量法

三、实验内容及步骤

实验步骤如下：

(1) 打开 PROTEUS 软件，选中主菜单 view/选项中的 Show grid,使得 绘图区域中出现均匀的网格线，并将绘图尺寸调节到最佳snap。

(2) 在常用工具栏中点击，然后在对象选择器窗口中点击选取对象选择按钮P，打开pick devices,在元件分类categroy中选取相应的分类，查询元件库的结果便显示在results中。从元件库中调出1 个Ground（接地点）和1个simulator primitives Vsource（直流电压源）器件和1个simulator primitives Csource（直流电流源），5 个Resistor（电阻）器件，其中一个是可变电阻，1个sw-DPDT，最后在测量器件库中调个出DC Voltmeter（直流电压表）和DC AMMETER（直流电流表）器件。

(3) 将各元器件的标号、参数值亦改变成与图 3-3 所示一致。

图3-3 含源二端网络外特性测试的实验电路

(4) 将所有的元器件通过连线连接起来。注意：电压源、电压表的正负极性。

(5) 检查电路有无错误。

(6) 对该绘图文件进行保存，注意文件的类型为design file。

(7) 利用控制键使得开关sw-DPDT 将负载RL 接入，将电流表、电压表正确的接入电路（也可以用电压表和电流表探针方法测量），按下proteus界面左下方按纽对文件进行仿真。

(8)含源二端网络的外特性测试

按表3-1中给定的值改变负载电阻RL的值，测量含源二端网络的外特性。将测量数据记入表3-1中。将该读数记录下来，并填到表 3­1 的相应表格中。

表3-1

(9) 利用控制键 A 使得开关1个sw-DPDT将负载RL接入和断开，对该绘图文件进行仿真，进行含源二端网络戴维南等效参数的测定 。

（A）开路电压、短路电流法测定等效电阻

图3-3（a）所示电路中，先断开负载电阻RL，测量A、B两端的开路电压UOC；再短接A、B两端 ，测量短路电流ISC，则二端网络的等效电阻R0=UOC/ISC。将测量数据UOC、ISC记入表3-2中，并计算RO。

表3-2 开路电压/短路电流法测量等效电阻

（B）用万用表直接测定等效电阻

将被测二端网络中的所有独立源IS、US都去掉，并在原电压源所接的两点处用一根导线相连，然后用万用表的欧姆档测定负载RL开路后A、B两点间的电阻，此即为被测网络的等效内阻RO。将测量数据记入表3-3中，并与仿真结果相比较。

表3-3 用万用表测定等效电阻

(C) 半电压法测定等效内阻

图3-3（a）所示电路中，调节负载电阻的阻值，同时用电压表监视负载电压，当电压表的读数等于开路电压UOC的一半时，关闭电压源和电流源，将负载电阻从电路中断开，用万用表欧姆档测量负载电阻的阻值。将数据记入表3-4中。

表3-4 半电压法测定等效电阻

（10）含源二端网络等效电路的外特性测试

在按图3-3（b）搭接实验电路，调节电压源的电压，使之等于表3-2中的UOC的值；等效电阻RO是表3-2中RO的值；负载电阻RL选用按表3-5中给定的RL值，调节负载电阻的大小，测定负载电压UAB和负载电流IAB，记入表3-5中。按照表3-1和表3-5的实测数据作出外特性曲线，对戴维南定理进行验证。

表3-5 含源二端网络等效电路的外特性

四、注意事项

(1) 每个电路中均必须接有接地点，且与电路可靠连接（即接地点与电路的连接处有黑色的结点出现）。

(2) 注意调节可变电阻使得其阻值为 0，进行仿真会出问题。

(3)注意电流源和电压源的极性。

(4)验完成后，将保存好的绘图文件另存到教师指定的位置，并结合实验数据完成实验报 告的撰写。

2

。

五、实验拓展

验证戴维宁定理的仿真电路有很多种，同学可通过思考其他的方法来实现。

六、预习要求

1、认真复习戴维宁定理的基本理论。

2、明确实验内容及步骤。

七、思考题

1、写出戴维宁定理的内容。

2、在验证戴维宁定理的两次实验中，在两组测量数据有不符的事实时，分析所产生的主要 原因是怎样造成的。

八、实验报告

1、写出实验名称、实验目的、实验内容及步骤并填写表格。

2、在同一张坐标纸的同一坐标上，画出含源两端网络外部伏安特性曲线与戴维宁等效电 路外部伏安特性的两条曲线。在横坐标及纵坐标均表上数值，如图 4­4 所示。

3、两条外特性曲线共有 10 个点，在每一条曲线上要有 5 个点。

4、回答思考题。

九、给分标准

1、实验名称和目的各为 0.5 分。

2、实验内容和步骤为 4.0 分。

3、每图为 2 分，每个字符为 0.1 分。

4、表为 1 分，每个填空为 0.2 分。

5、思考题每道 1 分，思考题目每个 0.5 分。

图 3­4 两条伏安外特性曲线图

6、在坐标纸上的同一坐标上，画两条伏安外特性曲线，坐标纸为 1 分，图为 4 分，每一条 曲线为 1 分，每一个字符、点均为 0.1 分。

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本文来源：https://www.2haoxitong.net/k/doc/fd981149f7ec4afe04a1df67.html