实验三戴维南定理的验证

实验三戴维南定理的验证一、实验目的1.验证戴维南定理的正确性，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、实验设备PC及nexpad软件一套，nextboard，戴维南定理实验模块（nextwire_2）一个，万用表一个，杜邦线若干。三、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）。戴维南定理指出：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。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UocR0＝──Isc如果二端网络的内阻很小，若将其输出端口短路图3-1则易损坏其内部元件，因此不宜用此法。(2)伏安法测R0用电压表、电流表测出有源二端网络的外特性曲线，如图3-1所示。根据外特性曲线求出斜率tgφ，则内阻△UUocR0＝tgφ＝──＝──。△IIsc也可以先测量开路电压Uoc，图3-2再测量电流为额定值IN时的输出Uoc－UN端电压值UN，则内阻为R0＝────。IN(3)半电压法测R0如图3-2所示，当负载电压为被测网络开路电压的一半时，负载电阻（由电阻箱的读数确定）即为被测有源二端网络的等效内阻值。图3-3(4)零示法测UOCUIABIUOΔUΔIφscoc被测有源网络VUUR0RLoc/2S被测有源网络R稳压电源VU0US在测量具有高内阻有源二端网络的开路电压时，用电压表直接测量会造成较大的误差。为了消除电压表内阻的影响，往往采用零示测量法，如图3-3所示.。零示法测量原理是用一低内阻的稳压电源与被测有源二端网络进行比较，当稳压电源的输出电压与有源二端网络的开路电压相等时，电压表的读数将为“0”。然后将电路断开，测量此时稳压电源的输出电压，即为被测有源二端网络的开路电压。四、实验内容被测有源二端网络如图3-4(a)，戴维南等效模型如3-4(b)；实验硬件模块如图3-5。注意模块安装方向，本实验标号，适用于模拟插槽。为方便后续调零操作，使用nextboard平台的用户，请选择AnalogSlot和AnalogSlot。(a)(b)图3-4图3-51.用开路电压、短路电流法测定戴维南等效电路的参数U0和R0。（1）测开路电压时，将可调直流稳压电源的VPS+端接入E201的T202脚，AGND端接E201的T201脚。（2）手动选择nextboard上的可调+12v电源，使电源输出为5v。（3）将AI0+和AI0-分别接T205和T210，断开S201，测开路电压。（4）运行程序，读取开路电压，并且记录。（5）测短路电流时，S201闭合，同样电源输出+5v，用万用表测I201，即表笔分别接T208和T209，选择直流电流档，旋转电位器RP201到最小阻止（即电流最大值时），测试此时短路电流，并且记录。（6）将测得的开路电压Uoc和短路电流Isc输入软件“计算”功能区域，软件会自动计算出等效内阻R0。2.负载特性曲线将RP201连入电路，即闭合S201，将T208和T209用导线连接，改变RP201的值，测量有源二端网络的外特性曲线。注意：1）测量电阻时要在电路板断电的情况下测量。2）测量电路电流时记得更换万用表比接线端。方法如下：（1）将可调直流稳压电源的VPS+端接入E201的T202脚，GND端接E201的T201脚。设置电源输出为+5V。（2）将AI0+和AI0-分别接T205和T210，测负载两端电压并且记录。（3）用万用表测RP201的电阻。此过程要在电路板断电的情况下测量，并且要断开S201。用表笔分别接T206和T207，选择电阻档，使RP201=100Ω，然后使电路板上电，闭合S201，运行软件，测量RP201=100Ω时其两端电压，并且记录。（4）同样，按照上述操作，分别改变RP201的阻值为100Ω、200Ω、300Ω、400Ω、500Ω、600Ω、700Ω、800Ω、900Ω（由于电阻精度有限，可能无法达到900Ω，那么就取最接近900Ω的点即可。）共九个点，请注意必须是9个点，电阻调节要耐心，力求准确，每个电阻点在设定值的±2%范围内都可以，将各个不同阻值时两端的电压，记录到表格中，绘制曲线。RL(kΩ)U（v）3.验证戴维南定理：在右侧的等效戴维南电路中，使E202电压等于有源二端网络的开关路电压Uo，调节RP202使其阻值等于有源二端网络的等效内阻R0，测量负载RP203在不同阻值的情况下其两端电压，并且绘制成曲线。Uoc(v)Isc(mA)R0=Uoc/Isc(Ω)方法如下：（1）将可调直流稳压电源的VPS+端接入E202的T213脚，GND端接E201的T214脚。手动设置电源输出等于开路电压Uo。（2）将AI0+和AI0-分别接T215和T218，测负载两端电压。（3）在断电的情况下调节RP202使其阻止等于有源二端网络的等效内阻R0。（4）同样用万用表测RP203的电阻。此过程要在电路板断电的情况下测量。用表笔分别接T216和T217，选择电阻档，使RP203=100Ω，然后使电路板上电，运行软件，测量RP203=100Ω时其两端电压，并且记录。（5）分别改变RP203的阻值为200Ω、300Ω、400Ω、500Ω、600Ω、700Ω、800Ω、900Ω、980Ω，并且RP203在各个不同阻值时两端的电压，记录到表格中，绘制曲线。（6）观察两侧负载的特性曲线，验证戴维南定理。RL(kΩ)U（v）五、思考题及实验报告1.说明测量有源二端网络开路电压及等效内阻有几种方法，并比较其优缺点。2.根据描绘的曲线。验证戴维南定理和诺顿定理的正确性。