实验三、戴维南定理和诺顿定理实验
一、 实验目的
1、 通过对戴维南定理和诺顿定理的实验验证,加深对等效威廉希尔官方网站
概念的理解。
⒉ 学会几种测量电源内阻以及开路电压的方法。
3、学会用补偿法测量含源一端口网络等效参数。
二、实验原理
根据戴维南定理,任何一个线性含源一端口网络,它的外部特性,总可以等效为理想电压源Uoc和电阻Rs的串联组合支路。Uoc为原网络开路电压,Rs为原网络去源后的端口处的入端电阻,如图3-1所示。
任何一个线性含源一端口网络,根据诺顿定理,它的外部特性,总可以等
效为理想电流源Isc和一电导Gs的并联组合。Isc为原网络的短路电流,Gs为原
网络去源后端口处的入端电导。
如图3-2所示。
戴维南定理和诺顿定理是两个完全独
立的定理,尽管两定理所述等效威廉希尔官方网站
之间存在对偶形式,且有
Uoc=IscRs Gs=1/Rs 的关系。
威廉希尔官方网站 的等效性在于变换前后原威廉希尔官方网站 和等效威廉希尔官方网站 的外部特性保持不变。即端口
CD 处的电压和端口电流保持不变。在满足这一前提下,含源一端口网络戴维南
等效威廉希尔官方网站 的Uoc和Rs 以及诺顿等效威廉希尔官方网站 的Isc和Gs被称为含源一端口网络的
等效参数。等效参数的测量是将含源一端网络等效为戴维南威廉希尔官方网站 和诺顿威廉希尔官方网站 的关
键。
关于含源一端口网络开路电压Uoc的测量:常用方法有两种,直接测量法和
补偿法。
1、直接测量法:
当含源一端口网络去源后的入端电阻Rs与电压表内阻Rv相比,Rs<<Rv, 即
Rs相对于Rv可以忽略不计时,可以直接用电压表测量开路电压。如图3-3(a)所
示,电压表读数即是含源一口网络的开路电压Uoc。
2、补偿法:
当含源一端口网络去源后的入端电阻Rs与电压表内阻Rv相比较,不可忽
略时,用电压表直接测量开路电压,会影响被测威廉希尔官方网站 的原工作状态,使所测电压
与实际值之间有较大误差。这时用补偿法可以排除电压表内阻Rv对测量所造成
的影响。
图4-3(b)是用补偿法测量开路电压的威廉希尔官方网站 图,测量步骤如下:
先将补偿威廉希尔官方网站 中开关K开启,将C’D’与CD对应相接,调整补偿威廉希尔官方网站 中分
压器的输出电压,使它近似等于用电压表直接测量闭合回路电压。再闭合开关K,
细调补偿威廉希尔官方网站 中分压器的输出电压,待检流计中无电流通过即指针指示为零。此
时电压表读数即是被测电源一端口开路电压Uoc。由于检流计中无电流,相当于
CD开路,补偿电流的接入,没有影响一端口的工作状态。
(a)Rs<<Rv (b) Rs≈RV
r
图 3-3
含源一端口网络入端等效电阻Rs的求法:
比较简单的含源一端口网络入端电阻,可将网络中电压源短路,电流源开路
(去源)后,根据网络中电阻的串并联组合,通过计算求得Rs。
比较复杂的含源一端口网络,很难通过计算求得入端电阻。亦可通过测量(直
接法、补偿法)含源一端口网络的开路电压Uoc和短路电流Isc,则Rs=Uoc/Isc
对于复杂含源一端口网络还可以将网络去源后,在端口处加一电压源U,按图
3-4接线,用电压表和电流表测无源一端口网络端口处的电压U和电流I,则Rs=U/I
三、实验仪器及设备
直流稳压稳流源 一台
直流毫安表 一块
数字万用表表 一块
ZH-12通用电学实验台
检流计 (或直流微安表) 一块
电阻 五只
电位器 一只
导线若干
四、实验内容与步骤
1、 在ZH-12通用电学实验台上按图3-5接线,U1=25V,C,D左侧用虚线
框起部分为含源一端口网络。
2、测量含源一端口网络的外部特性:将S1、S2闭合,调节外接电阻RL,使其分别为表3-1中所列数值,记录通过R2电流(即RL中电流,X5,X6接口处毫安表读数)和C、D间电压填入表3-1中。
表3-1
RL(Ω) |
0 |
500 |
1k |
1.5k |
2k |
2.5k |
开路 |
I(mA) |
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U(V) |
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3、步骤2中RL=0的电流(短路电流Isc)和开路电压(此电压在步骤2中采用直接测量法测得)Uoc代入公式Rs=RCD=Uoc/Isc
求出Rs
4、再用补偿法重作步骤3,测量Uoc Rs=RCD=Uoc/Isc
5、 将Uoc用直流稳压电源代替,调节直流稳压电源输出电压为Uoc,与Rs
串联组成戴维南等效威廉希尔官方网站
如图3-6,调节RL,使其分别为表3-1中数值,测量RL
电流和CD间电压,填入表3-2中。比较表3-1和表3-2数据,验证戴维南定理。
表3-2
RL(Ω) |
0 |
500 |
1 k |
1.5 k |
2k |
2.5k |
开路 |
I(mA) |
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U(V) |
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6、将步骤1中RL=0的短路电流Isc用恒流源替代,调节恒流源的输出电流等于Isc,
与Rs并联构成诺顿等效威廉希尔官方网站
,如图3-7所示。调节RL使其分别为表3-3中数值,测量RL中
电流和CD间电压,填入表3-3中,比较表3-1和表3-3中数据以验证诺顿定理。
表3-3
RL(Ω) |
0 |
500 |
1 k |
1.5 k |
2k |
2.5 k |
开路 |
I(mA) |
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U(V) |
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五、实验报告
在同一张坐标纸上画出原一端口网络和各等效网络的伏安特性曲线,并做分析比
较,说明如何验证戴维南定理和诺顿定理.
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