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戴維南定理和諾頓定理實驗

作者:佚名    文章來源:本站原創    點擊數:    更新時間:2019-01-02

實驗三、戴維南定理和諾頓定理實驗

一、 實驗目的

1、 通過對戴維南定理和諾頓定理的實驗驗證,加深對等效電路概念的理解。
⒉ 學會(hui) 幾種測量電源內(nei) 阻以及開路電壓的方法。
3、學會(hui) 用補償(chang) 法測量含源一端口網絡等效參數。

二、實驗原理

根據戴維南定理,任何一個(ge) 線性含源一端口網絡,它的外部特性,總可以等效為(wei) 理想電壓源Uoc和電阻Rs的串聯組合支路。Uoc為(wei) 原網絡開路電壓,Rs為(wei) 原網絡去源後的端口處的入端電阻,如圖3-1所示。

任何一個(ge) 線性含源一端口網絡,根據諾頓定理,它的外部特性,總可以等
    
效為(wei) 理想電流源Isc和一電導Gs的並聯組合。Isc為(wei) 原網絡的短路電流,Gs為(wei) 原

網絡去源後端口處的入端電導。

如圖3-2所示。

戴維南定理和諾頓定理是兩(liang) 個(ge) 完全獨

立的定理,盡管兩(liang) 定理所述等效電路之間存在對偶形式,且有                      
 
Uoc=IscRs      Gs=1/Rs          的關(guan) 係。

電路的等效性在於(yu) 變換前後原電路和等效電路的外部特性保持不變。即端口

CD 處的電壓和端口電流保持不變。在滿足這一前提下,含源一端口網絡戴維南

等效電路的Uoc和Rs 以及諾頓等效電路的Isc和Gs被稱為(wei) 含源一端口網絡的

等效參數。等效參數的測量是將含源一端網絡等效為(wei) 戴維南電路和諾頓電路的關(guan)

鍵。

關(guan) 於(yu) 含源一端口網絡開路電壓Uoc的測量:常用方法有兩(liang) 種,直接測量法和

補償(chang) 法。

1、直接測量法:

當含源一端口網絡去源後的入端電阻Rs與(yu) 電壓表內(nei) 阻Rv相比,Rs<<Rv,  即

Rs相對於(yu) Rv可以忽略不計時,可以直接用電壓表測量開路電壓。如圖3-3(a)所

示,電壓表讀數即是含源一口網絡的開路電壓Uoc。

2、補償(chang) 法:

當含源一端口網絡去源後的入端電阻Rs與(yu) 電壓表內(nei) 阻Rv相比較,不可忽

略時,用電壓表直接測量開路電壓,會(hui) 影響被測電路的原工作狀態,使所測電壓

與(yu) 實際值之間有較大誤差。這時用補償(chang) 法可以排除電壓表內(nei) 阻Rv對測量所造成

的影響。

圖4-3(b)是用補償(chang) 法測量開路電壓的電路圖,測量步驟如下:

先將補償(chang) 電路中開關(guan) K開啟,將C’D’與(yu) CD對應相接,調整補償(chang) 電路中分

壓器的輸出電壓,使它近似等於(yu) 用電壓表直接測量閉合回路電壓。再閉合開關(guan) K,

細調補償(chang) 電路中分壓器的輸出電壓,待檢流計中無電流通過即指針指示為(wei) 零。此

時電壓表讀數即是被測電源一端口開路電壓Uoc。由於(yu) 檢流計中無電流,相當於(yu)

CD開路,補償(chang) 電流的接入,沒有影響一端口的工作狀態。
 
(a)Rs<<Rv                               (b) Rs≈RV
   r                          

圖 3-3
           
含源一端口網絡入端等效電阻Rs的求法:

比較簡單的含源一端口網絡入端電阻,可將網絡中電壓源短路,電流源開路

(去源)後,根據網絡中電阻的串並聯組合,通過計算求得Rs。

比較複雜的含源一端口網絡,很難通過計算求得入端電阻。亦可通過測量(直

接法、補償(chang) 法)含源一端口網絡的開路電壓Uoc和短路電流Isc,則Rs=Uoc/Isc

對於(yu) 複雜含源一端口網絡還可以將網絡去源後,在端口處加一電壓源U,按圖
          
3-4接線,用電壓表和電流表測無源一端口網絡端口處的電壓U和電流I,則Rs=U/I


三、實驗儀(yi) 器及設備
直流穩壓穩流源                                  一台

直流毫安表                                      一塊

數字萬(wan) 用表表                                    一塊

ZH-12通用電學實驗台                  

檢流計  (或直流微安表)                           一塊

電阻                                            五隻

電位器                                          一隻

導線若幹


四、實驗內(nei) 容與(yu) 步驟

1、 在ZH-12通用電學實驗台上按圖3-5接線,U1=25V,C,D左側(ce) 用虛線

框起部分為(wei) 含源一端口網絡。

2、測量含源一端口網絡的外部特性:將S1、S2閉合,調節外接電阻RL,使其分別為(wei) 表3-1中所列數值,記錄通過R2電流(即RL中電流,X5,X6接口處毫安表讀數)和C、D間電壓填入表3-1中。
表3-1

RL(Ω)

0

500

1k

1.5k

2k

2.5k

開路

I(mA)

 

 

 

 

 

 

 

U(V)

 

 

 

 

 

 

 

3、步驟2中RL=0的電流(短路電流Isc)和開路電壓(此電壓在步驟2中采用直接測量法測得)Uoc代入公式Rs=RCD=Uoc/Isc
求出Rs
4、再用補償(chang) 法重作步驟3,測量Uoc Rs=RCD=Uoc/Isc
5、 將Uoc用直流穩壓電源代替,調節直流穩壓電源輸出電壓為(wei) Uoc,與(yu) Rs
串聯組成戴維南等效電路如圖3-6,調節RL,使其分別為(wei) 表3-1中數值,測量RL
電流和CD間電壓,填入表3-2中。比較表3-1和表3-2數據,驗證戴維南定理。
表3-2
 

RL(Ω)

0

500

1 k

1.5 k

2k

2.5k

開路

I(mA)

 

 

 

 

 

 

 

U(V)

 

 

 

 

 

 

 

6、將步驟1中RL=0的短路電流Isc用恒流源替代,調節恒流源的輸出電流等於(yu) Isc,
與(yu) Rs並聯構成諾頓等效電路,如圖3-7所示。調節RL使其分別為(wei) 表3-3中數值,測量RL中
電流和CD間電壓,填入表3-3中,比較表3-1和表3-3中數據以驗證諾頓定理。

表3-3

 

RL(Ω)

0

500

1 k

1.5 k

2k

2.5 k

開路

I(mA)

 

 

 

 

 

 

 

U(V)

 

 

 

 

 

 

 

五、實驗報告

在同一張坐標紙上畫出原一端口網絡和各等效網絡的伏安特性曲線,並做分析比

較,說明如何驗證戴維南定理和諾頓定理.

Tags:戴維南定理,諾頓定理,實驗  
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