实验五戴维南定理和诺顿定理的验证

实验五戴维南定理和诺顿定理的验证──有源二端网络等效参数的测定一、实验目的1.验证戴维南定理和诺顿定理的正确性，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、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。诺顿定理指出：任何一个线性有源网络，总可以用一个电流源与一个电阻的并联组合来等效代替，此电流源的电流Is等于这个有源二端网络的短路电流ISC，其等效内阻R0定义同戴维南定理。Uoc和R0或者ISC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，则易损坏其内部元件，因此不宜用此法。(2)半电压法测R0如图5-1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5-1这种方法不易损坏内部元件，但存在电压表分流的误差。三、实验设备序号名称型号与规格数量备注1可调直流稳压电源0～30V12可调直流恒流源0～500mA13直流数字电压表0～200V14直流数字毫安表0～2000mA15戴维南定理实验电路板1HE-126可调电阻箱0~9999.9欧1HE-19四、实验内容被测有源二端网络如图5-2(a)。(a)图5-2(b)1.用开路电压、短路电流法测定戴维南等效电路的Uoc、R0和诺顿等效电路的ISC、R0。按图5-2(a)接入稳压电源Us=12V和恒流源Is=10mA，不接入RL。测出UOc和Isc,并计算出R0。2.负载实验按图5-2(a)接入RL。改变RL阻值，测量有源二端网络的外特性曲线。U（v）I（mA）Uoc(v)Isc(mA)R0=Uoc/Isc(Ω)ΩI3.验证戴维南定理：从电阻箱上取得按步骤“1”所得的等效电阻R0之值，然后令其与直流稳压电源（调到步骤“1”时所测得的开路电压Uoc之值）相串联，如图5-2(b)所示，仿照步骤“2”测其外特性，对戴氏定理进行验证。U（v）I（mA）4.有源二端网络等效电阻（又称入端电阻）的直接测量法。将被测有源网络内的所有独立源置零（将电流源IS断开，去掉电压源US，并在原电压源所接的两点用一根短路导线相连），然后用伏安法或者直接用万用表的欧姆档去测定负载RL开路时A、B两点间的电阻，此即为被测网络的等效内阻R0，或称网络的入端电阻Ri。五、实验注意事项1.测量时应注意负载的接法及电流表量程的更换。2.步骤4中，电压源置零时不可将稳压源短接。3.改接线路时，要关掉电源。4.步骤1中测量前mA表量程调至200mA，并且测Uoc时不接mA表。六、预习思考题1.在求戴维南或诺顿等效电路时，作短路试验，测ISC的条件是什么？在本实验中可否直接作负载短路实验？请实验前对线路5-2（a）预先作好计算，以便调整实验线路及测量时可准确地选取电表的量程。条件：所测量的一端口网络中有适当大小的电阻，这样不会烧坏电表。在本实验中可否直接作负载短路实验。2.说明测有源二端网络开路电压及等效内阻的几种方法，并比较其优缺点。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。这种方法方便，原理简单；但如果二端网络的内阻很小，若将其输出端口短路，则易损坏其内部元件。半电压法测R0如图所示，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。这种方法不易损坏内部元件，但存在电压表分流的误差。