实验二　戴维南定理

─有源二端网络等效参数的测定─

 

    一、实验目的

　　1. 验证戴维南定理的正确性。

    2. 掌握测量有源二端网络等效参数的一般方法。

    二、原理说明

　　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：任何一个线性有源网络，总可以用一个等效电压源来代替，此电压源的电动势Es等于这个有源二端网络的开路电压UOC，其等效内阻R0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。

　　UOC和R0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，用电流表测其短路电流ISC，则内阻为

 　　　        RO=

    (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tgφ，则内阻

             RO=tgφ=

　　用伏安法，主要是测量开路电压及电流为额定值IN时的输出端电压值UN，则内阻为

                RO=

　　若二端网络的内阻值很低时，则不宜测其短路电流。

 

         

 

      　　图 2-1                           图 2-2

　　(3) 半电压法

　　如图2-2所示，当负载电压为被测网络开路电压一半时，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的开路电压时，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。

 

 

 

 

图 2-3

零示法测量原理是用一低内阻的稳压电源与被测有源二端网络进行比较，当稳压电源的输出电压与有源二端网络的开路电压相等时，电压表的读数将为“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、实验设备

 

序号

名   称

型号与规格

数量

备 注

1

可调直流稳压电源

0～10V

1

 

2

可调直流恒流源

0～200mA

1

 

3

直流数字电压表

 

1

 

4

直流数字毫安表

 

1

 

5

万用电表

 

1

 

7

电  位  器

1KΩ/1W

1

 

 

    四、实验内容

    被测有源二端网络如图2-4(a)所示。

 

 

                (a)                         (b)

图2-4

    1. 用开路电压、短路电流法测定戴维南等效电路的UOC和R0。

    按图2-4(a)电路接入稳压电源ES和恒流源IS及可变电阻箱RL，测定 UOC和R0。

       

UOC(v)

ISC(mA)

 R0=UOC/ISC(Ω)

 

 

 

 

 

    2. 负载实验

    按图2-4(a)改变RL阻值，测量有源二端网络的外特性。

　　

RL(Ω)

0                                            

100

300

500

700

900

1000

∞

 U(v)

 

 

 

 

 

 

 

 

I(mA)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

　　3. 验证戴维南定理

    用一只1KΩ的电位器，将其阻值调整到等于按步骤“1”所得的等效电阻R0之值，然后令其与直流稳压电源（调到步骤“1”时所测得的开路电压UOC之值）相串联，如图2-4(b)所示，仿照步骤“2”测其外特性，对戴氏定理进行验证。

　　

RL(Ω)

0                                            

100

300

500

700

900

1000

∞

 U(v)

 

 

 

 

 

 

 

 

I(mA)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

    4. 测定有源二端网络等效电阻(又称入端电阻)的其它方法：将被测有源网络内的所有独立源置零(将电流源IS断开；去掉电压源，并在原电压端所接的两点用一根短路导线相连)，然后用伏安法或者直接用万用电表的欧姆档去测定负载RL开路后输出端两点间的电阻，此即为被测网络的等效内阻R0或称网络的入端电阻Ri。

    5.用半电压法和零示法测量被测网络的等效内阻R0及其开路电压UOC，线路及数据表格自拟。

    五、实验注意事项

　　1. 注意测量时，电流表量程的更换。

    2. 步骤“4”中，电源置零时不可将稳压源短接。

    3. 用万用电表直接测R0时，网络内的独立源必须先置零，以免损坏万用电表，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。

   

    六、预习思考题

　　1. 在求戴维南等效电路时，作短路实验，测ISC的条件是什么？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与R0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。