线性有源一端口网络的研究

《电路原理》实验报告学号：1138035姓名：杜响红实验地点：理工楼605实验时间：2012.5，17一．实验名称线性有源一端口网络的研究二、实验目的1.验证戴维宁定理2.测定线性有源一端口网络的外特性和戴维宁等效电路的外特性。三，实验原理戴维宁定理指出：任何一个线性有源一端口网络，对于外电路而言，总可以用一个理想电压源和电阻的串联形式来代替，理想电压源的电压等于原一端口的开路电压ocU，其电阻（又称等效内阻）等于网络中所有独立源置零时的入端等效电阻eqR，见图2-1。线性有源二端网络abURoceq+-ab+-被测电路GcdRR12RE图2-1图2-21.开路电压的测量方法方法一：直接测量法。当有源二端网络的等效内阻eqR与电压表的内阻vR相比可以忽略不计时，可以直接用电压表测量开路电压。方法二：补偿法。其测量电路如图2-2所示，E为高精度的标准电压源，R为标准分压电阻箱，G为高灵敏度的检流计。调节电阻箱的分压比，c、d两端的电压随之改变，当abcdUU时，流过检流计G的电流为零，因此KEERRRUUcdab212式中212RRRK为电阻箱的分压比。根据标准电压E和分压比K就可求得开路电压abU，因为电路平衡时0GI，不消耗电能，所以此法测量精度较高。2.等效电阻eqR的测量方法对于已知的线性有源一端口网络，其入端等效电阻eqR可以从原网络计算得出，也可以通过实验测出，下面介绍几种测量方法：方法一：将有源二端网络中的独立源都去掉，在ab端外加一已知电压U，测量一端口的总电流总I，则等效电阻总eqIUR。实际的电压源和电流源都具有一定的内阻，它并不能与电源本身分开，因此在去掉电源的同时，也把电源的内阻去掉了，无法将电源内阻保留下来，这将影响测量精度，因而这种方法只适用于电压源内阻较小和电流源内阻较大的情况。方法二：测量ab端的开路电压ocU及短路电流scI则等效电阻scoceqIUR这种方法适用于ab端等效电阻eqR较大，而短路电流不超过额定值的情形，否则有损坏电源的危险。被测电路abRLV+-abUUeqRocRL图2-3图2-4方法三：两次电压测量法测量电路如图2-3所示，第一次测量ab端的开路ocU，第二次在ab端接一已知电阻LR（负载电阻），测量此时a、b端的负载电压U，则a、b端的等效电阻eqR为：LoceqRUUR1第三种方法克服了第一和第二种方法的缺点和局限性，在实际测量中常被采用。3.如果用电压等于开路电压ocU的理想电压源与等效电阻eqR相串联的电路（称为戴维宁等效电路，参见图2-4）来代替原有源二端网络，则它的外特性)(IfU应与有源二端网络的外特性完全相同。实验原理电路见图2-5b。ERRR11ER22+-+-6V10VVMN34mA1KΩ1KΩ510Ω1KΩABRLRRVRRΩ1KmAC+-3456Uoc510QQ'RRcqLΩ100Ω1KΩI3(a)(b)图2-5四、实验设备1.电路分析实验箱一台2.直流毫安表一只3.数字万用表一台五、实验内容与步骤1.用戴维宁定理求支路电流3I测定有源二端网络的开路电压ocU和等效电阻eqR按图2-5(a)接线，经检查无误后，采用直接测量法测定有源二端网络的开路电压ocU。电压表内阻应远大于二端网络的等效电阻eqR。用两种方法测定有源二端网络的等效电阻eqRA.采用原理中介绍的方法二测量：首先利用上面测得的开路电压ocU和预习中计算出的eqR估算网络的短路电流scI大小，在scI之值不超过直流稳压电源电流的额定值和毫安表的最大量限的条件下，可直接测出短路电流，并将此短路电流scI数据记入表格2-1中。B.采用原理中介绍的方法三测量：接通负载电阻LR，调节电位器4R，使LR=1K，使毫安表短接，测出此时的负载端电压U，并记入表格2-1中。表2-1项目ocU（V）U（V）scI(mA)eqR（）数值取A、B两次测量的平均值作为eqR（3I的计算在实验报告中完成）2.测定有源二端网络的外特性调节电位器4R即改变负载电阻之值，在不同负载的情况下，测量相应的负载端电压和流过负载的电流，共取五个点将数据记入自拟的表格中。测量时注意，为了避免电表内阻的影响，测量电压U时，应将接在AC间的毫安表短路，测量电流I时，将电压表从A、B端拆除。若采用万用表进行测量，要特别注意换档。3.测定戴维宁等效电路的外特性。将另一路直流稳压电源的输出电压调节到等于实测的开路电压ocU值，以此作为理想电压源，调节电位器6R，使eqRRR65，并保持不变，以此作为等效内阻，将两者串联起来组成戴维宁等效电路。按图2-5(b)接线，经检查无误后，重复上述步骤测出负载电压和负载电流，并将数据记入自拟的表格中。六、实验结果与分析1.项目ocU（V）U（V）scI(mA)eqR（）数值4.135.538.15002.测试次数负载电阻R（Ω）负载端电压U（V）电流I（mA）14002.897.0125103.436.4937504.315.6147704.375.55510005.014.913.测试次数负载电阻R（Ω）负载端电压U（V）电流I（mA）16004.3537.12627004.6756.44138004.9235.97249005.1465.519510005.3575.115根据散点图，我们可以很清楚的观察到负载端电压与电流的关系表现为一条直线，即是线性的关系，说明戴维宁电路定理的正确性。