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戴维宁定理和诺顿定理的验证电工技术实验指导书
一、实验目的
1. 验证戴维宁定理和诺顿定理的正确性,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、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)。
戴维宁定理指出:任何一个线性有源网络,总可以用一个电压源与一个电阻的串联来等效代替,此电压源的电动势Us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。
诺顿定理指出:任何一个线性有源网络,总可以用一个电流源与一个电阻的并联组合来等效代替,此电流源的电流Is等于这个有源二端网络的短路电流ISC,其等效内阻R0定义同戴维宁定理。
Uoc(Us)和R0或者ISC(IS)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、短路电流法测R0
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,则等效内阻为
Uoc
R0= ──
Isc
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
0~30V
1
2
可调直流恒流源
0~500mA
1
3
可调电阻箱
0~99999.9Ω
1
HE-19
4
电位器
1K/2W
1
HE-11
5
戴维宁定理实验电路板
1
HE-12
四、实验内容
被测有源二端网络如图3-1(a),即HE-12挂箱中“戴维宁定理/诺顿定理”线路。
(a) (b) 戴维宁等效电路
(C) 诺顿等效电路
图 3-1
1. 用开路电压、短路电流法测定戴维宁等效电路的Uoc和R0。在3-1(a)中,接入稳压电源Us= 12V和恒流源Is=10mA,不接入RL。利用开关K,分别测定UOc和Isc,并计算出R0。(测Uoc时,不接入mA表。)
Uoc (v)
Isc (mA)
R0=Uoc / Isc
2. 负载实验
按图3-1(a)接入RL。改变RL阻值,测量不同端电压下的电流值,记于下表,并据此画出有源二端网络的外特性曲线。
RL(Ω)
0
1K
2K
3K
4K
5K
6K
∞
U(v)
I(mA)
3. 验证戴维宁定理:从电阻箱上取得按步骤“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3-1(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
1K
2K
3K
4K
5K
6K
∞
U(v)
I(mA)
4. 验证诺顿定理:从电阻箱上取得按步骤“1”所得的等效电阻R0之值, 然后令其与直流恒流源(调到步骤“1”时所测得的短路电流Isc 之值)相并联,如图3-1(c)所示,仿照步骤“2”测其外特性,对诺顿定理进行验证。
RL(Ω)
0
1K
2K
3K
4K
5K
6K
∞
U(v)
I(mA)
5. 有源二端网络等效电阻(又称入端电阻)的直接测量法。见图3-1(a)。将被测有源网络内的所有独立源置零(去掉电流源Is和电压源Us,并在原电压源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表的欧姆档去测定负载RL开路时A、B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。
五、实验注意事项
1. 测量时应注意电流表量程的更换。
2. 用万表直接测R0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。
3. 改接线路时,要关掉电源。
六、预习思考题
1. 在求戴维宁等效电路时,作短路试验,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3-1(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,验证戴维宁定理的正确性,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。
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