戴維南定理實驗報告
一、實驗目的
1、驗證戴維南定理
2、測定線性有源一端口網(wǎng)絡的外特性和戴維南等效電路的外特性。
二、 實驗原理
戴維南定理指出：任何一個線性有源一端口網(wǎng)絡，對于外電路而言，總可以用一個理想電壓源和電阻的串聯(lián)形式來代替，理想電壓源的電玉等于原一端口的開路電壓Uoc，其電阻(又稱等效內(nèi)阻)等于網(wǎng)絡中所有獨立源置零時的入端等效電阻Req，見圖4-1。
圖4- 1 圖4- 2
1、開路電壓的測量方法
方法一：直接測量法。當有源二端網(wǎng)絡的等效內(nèi)阻Req與電壓表的內(nèi)阻Rv?相比可以忽略不計時，可以直接用電壓表測量開路電壓。
方法二：補償法。其測量電路如圖4-2所示，E為高精度的標準電壓源，R為標準分壓電阻箱，G為高靈敏度的檢流計。調(diào)節(jié)電阻箱的分壓比，c、d兩端的電壓隨之改變，當Ucd=Uab時，流過檢流計G的電流為零，因此
Uab=Ucd =[R2/(R1+ R2)]E=KE
式中 K= R2/(R1+ R2) 為電阻箱的分壓比。根據(jù)標準電壓E 和分壓比Κ就可求得開路電壓Uab,因為電路平衡時IG= 0，不消耗電能，所以此法測量精度較高。
2、等效電阻Req的測量方法
對于已知的線性有源一端口網(wǎng)絡，其入端等效電Req可以從原網(wǎng)絡計算得出，也可以通過實驗測出，下面介紹幾種測量方法：
方法一：將有源二端網(wǎng)絡中的獨立源都去掉，在ab端外加一已知電壓U，
測量一端口的總電流I總則等效電阻
Req= U/I總
實際的電壓源和電流源具有一定的內(nèi)阻，它并不能與電源本身分開，因此在去掉電源的同時，也把電源的內(nèi)阻去掉了，無法將電源內(nèi)阻保留下來，這將影響測量精度，因而這種方法只適用于電壓源內(nèi)阻較小和電流源內(nèi)阻較大的情況。
方法二：測量ab端的開路電壓Uoc及短路電流Isc則等效電阻
Req= Uoc/Isc
這種方法適用于ab端等效電阻Req較大，而短路電流不超過額定值的情形，否則有損壞電源的危險。
圖4 – 3 圖 4-4
方法三：兩次電壓測量法
測量電路如圖4-3所示，第一次測量ab端的開路Uoc，第二次在ab端接一已知電阻RL(負載電阻)，測量此時a、b端的負載電壓U，則a、b端的等效電阻Req為：
Req =[(Uoc/ U)-1]RL
第三種方法克服了第一和第二種方法的缺點和局限性，在實際測量中常被采用。
3、戴維南等效電路法
如果用電壓等于開路電壓Uoc 的理想電壓源與等效電阻RL相串聯(lián)的電路(稱為戴維南等效電路，參見圖4-4)來代替原有源二端網(wǎng)絡，則它的外特性U=f(I)應與有源二端網(wǎng)絡的外特性完全相同。實驗原理電路見圖4-5b。
圖 4 - 5
三、預習內(nèi)容
在圖4-5(a)中設E1=10V，E2=6 V,R1=R2=1 KΩ，根據(jù)戴維南定理將AB以左的電路化簡為戴維南等效電路。即計算圖示虛線部分的開路電壓Uoc,等效內(nèi)阻Req及A、B直接短路時的短路電流Isc之值，填入自擬的表格中。
四、儀器設備
1、電路分析實驗箱 一臺
2、直流毫安表 一只
3、數(shù)字萬用表 一臺
五、實驗內(nèi)容與步驟
1、用戴維南定理求支路電流I3，
測定有源二端網(wǎng)絡的開路電壓Uoc等效電阻Req
按圖4-5(a)接線，經(jīng)檢查無誤后，采用直接測量法測定有源二端網(wǎng)絡的開路電壓Uoc。電壓表內(nèi)阻應遠大于二端網(wǎng)絡的等效電阻Req 。
用兩種方法測定有源二端網(wǎng)絡的等效電阻Req
A、采用原理中介紹的方法二測量：
首先利用上面測得的開路電壓Uoc和預習中計算出的Req估算網(wǎng)絡的短路電流Isc大小，在Isc之值不超過直流穩(wěn)壓電源電流的額定值和毫安表的最大量限的條件下，可直接測出短路電流，并將此短路電流Isc數(shù)據(jù)記入表格4- 1中。
B、采用原理中介紹的方法三測量：
接通負載電阻RL，調(diào)節(jié)電位器R4使RL = 1 KΩ，使毫安表短接，測出此時的負載端電壓U并記入表格4 - 1中。
表 4 – 1
取A、B兩次測量的平均值作為Req (I3的計算在實驗報告中完成)
2、測定有源二端網(wǎng)絡的外特性
調(diào)節(jié)電位器R4即改變負載電阻RL之值，在不同負載的情況下，測量相應的負載端電壓和流過負載的電流，共取五個點將數(shù)據(jù)記入自擬的表格中。測量時注意，為了避免電表內(nèi)阻的影響，測量電壓U時,應將接在AC間的毫安表短路，測量電流I時，將電壓表從A、B端拆除。若采用萬用表進行測量，要特別注意換檔。
3、測定戴維南等效電路的外特性。
將另一路直流穩(wěn)壓電源的輸出電壓調(diào)節(jié)到等于實測的開路電壓Uoc值,以此作為理想電壓源，調(diào)節(jié)電位器R6，使R5十R6=Req，并保持不變。以此作為等效內(nèi)阻，將兩者串聯(lián)起來組成戴維南等效電路。按圖4-5(b)接線,經(jīng)檢查無誤后，重復上述步驟測出負載電壓和負載電流，并將數(shù)據(jù)記入自擬的表格中。
六、實驗報告要求
1、應用戴維南定理，根據(jù)實驗數(shù)據(jù)計算R3之路的電流I3，并與計算值進行比較。????2、在同一坐標紙上作出兩種情況下的外特性曲線，并作適當分析。
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