实验1.4 戴维宁定理与最大功率传输定理

实验1.4戴维宁定理与最大功率传输定理电路分析基础实验1.加深对叠加定理、戴维宁定理的理解。一、实验目的2.掌握在实验室实现叠加定理和戴维宁定理的分析方法。1.利用叠加定理求出图1-4-1所示电路中UL和IL。二、实验任务3.掌握在实验室测试有源二端网络等效电路参数的方法。4.了解阻抗匹配及应用，掌握最大传输功率的条件。2.画出图1-4-2所示有源二端网络的伏安特性曲线。求出有源二端网络图1-4-3所示等效电路的参数，并画出伏安特性曲线。验证戴维宁定理的正确性。10mA+-IS510Ω510Ω10Ω330Ω12V-+USRL220Ω+-V图1-4-1叠加定理实验电路图1-4-2戴维宁定理实验电路10mA+-IS510Ω510Ω10Ω330Ω12V-+US+-VRL1。8kΩ图1-4-3戴维宁定理等效电路V+_RLmA_+1.8kΩ+_UOCRO直流数显稳压电源、直流数显恒流源、XD03戴维南定理实验电路板、XD06元件挂箱(十进制电阻箱和R3可调电阻)、电流插头、直流数字电流表、数字万用表、导线。三、实验设备3.用图1-4-2验证最大功率传输定理，画出输出功率随负载变化的曲线，找出传输最大功率的条件。四、实验原理与步骤线性有源二端网络可以用一个理想电压源uoc与一个等效电阻Ro相串联的等效电路来代替。戴维宁定理：uocRo+_由全部独立电源在线性电路任一条支路中产生的电压或电流，等于各个独立电源单独作用时，在此支路中所产生的电压或电流的代数和。某一个独立电源单独作用时，应将其它独立的理想电源置0，即电压源用短路替代(uS=0）,电流源用开路替代(iS=0)。叠加定理：方法二：开路短路法。用Ro=uoc/isc关系式计算等效电阻，即测出该网络的开路电压uoc和短路电流isc，代入式子计算即可。方法三、四、五详见补充教材。方法一：欧姆表法。独立源置零后直接用万用表电阻档测出等效电阻。实验室测量等效电阻Ro方法:线性有源二端网络的端口外接负载电阻RL，当负载RL=RO(等效电阻)时，负载电阻可从网络中获得最大功率，且最大功率PLmax=。RL=R0称为阻抗匹配。最大功率传输定理：o2oc4Ru电工综合台的开机操作顺序：1.将钥匙开关(电源总开关)置于“开”位置,停止停止告警告警启动启动复位复位电源总开关电源总开关关开三相调压输出三相网电输入三相压调输出电压指示开关此时带红色指示灯的按钮亮,表示380V电源进入装置。通过“电压指示开关”切换，观察柜面上三个线电压表，了解此时三相电源电压情况。2.按下带绿色指示灯“启动”按钮，绿灯亮，红灯灭。（实验所需交、直流电源，均需通过启动后方可工作)。在按下“启动”按钮前，需观察面板上所有的仪表及三相自耦调压器是否处于关的状态，以防启动时的冲击电流对仪表及元器件造成损坏。1.按下带红色指示灯的“停止”按钮，红灯亮，绿灯灭。在按下“停止”按钮前，将面板上所有的仪表处于“关”的状态，三相自耦调压器旋钮逆时针回到零位。电工综合台的关机操作顺序：3.当由于故障导致告警指示灯亮并伴随告警声时，应先按一下“复位”按钮，排除故障后，才能重新启动控制屏。2.将钥匙开关置于“关”位置，红灯灭，再拆除线路，实验结束。直流数显稳压电源打开电源开关,指示灯亮。调节“输出粗调”量程旋钮，有10V、20V、30V三档可供选择，通过“输出细调”可在输出端输出0.0～30V连续可调的直流电压，接线时注意极性。电源开关20关开20量程调节按钮由于稳压电源输出显示误差较大，所以实验中用万用表直流电压档来监测稳压电源输出电压。“输出粗调”旋钮平时应置于10V挡。直流数显恒流源打开电源开关，指示灯亮。调节“输出粗调”量程旋钮,有2mA、20mA、500mA三档可供选择，通过“输出细调”可在输出端输出0.0～500mA连续可调的直流电流，接线时注意极性。为什么？调节电源电流值时可先用导线将输出端短路后再进行调节。直流数字电流表将“+、–”两端串接在被测电路中并按下红色琴键，对标有量程的三档琴键开关进行操作，完成量程的选择。当被测值超出量程时,仪表将发出报警信号,此时告警指示灯亮,蜂鸣器鸣叫，接触器跳开,停止按钮亮，将供电源切断。处理方法:应立即按下白色“复位”按钮,切断告警回路。在排除故障后重新启动控制屏。20mA200mA2000mA复位告警任务一1.电压源与电流源的设置。按“开机操作”程序进行操作。开启直流数显稳压电源，并将其输出电压调为万用表直流示数为12V，关闭稳压电源。将直流数显恒流源输出端短路，然后开启其电源，并将其输出调为10mA，关闭恒流源。2.按图1-4-1所示电路联接线路。将十进制电阻连成220Ω接入XD03戴维南定理实验电路板RL处。白色钮子开关置于右侧。3.将电流插头插入电流插座中，并将插头红黑引出线按极性联接至直流数字电流表。开关K置于左侧,相当于负载短路开关K置于右侧，相当于接入所联接的电阻负载电阻电流插座元件箱XD06可调电阻X1X2增大减小R3注意:这里的“增大”、“减小”表示的是电流参数1000.11011K10K十进制电阻箱表1-4-1叠加定理测试表格条件测量值UL/VIL/mA①US单独作用②IS单独作用③US和IS共同作用④验证计算①+②①+②③与④误差计算4.只有电压源US作用：开启稳压电源。即IS=0恒流源不作用，将电压UL、电流IL记录表1-4-1中。5.只有电流源IS作用：关闭电压源US，并将US短路，即US=0电压源不作用，开启恒流源，将电压UL、电流IL记录表1-4-1中。6.电压源US和电流源IS共同作用：开启电压源US和电流源IS，将电压UL、电流IL记录表1-4-1中。7.关闭稳压电源和恒流源。拆除线路。完成表格计算，从而验证了叠加定理的正确性。求等效电路参数Ro方法，本实验采用实验室测量等效电阻Ro方法二开路短路法进行测试。用Ro=uoc/isc关系式计算等效电阻。实验室验证戴维宁定理的思路是先找出等效电路的参数，然后再分别测量出有源二端口网络和它的等效电路的伏安特性，对比两个特性曲线，即可得到验证结果。uocRo+_等效电路任务二1.将图1-4-1所示电路的负载(十进制电阻220Ω)改接为1.8kΩ可调电阻。开启稳压电源和恒流源。将负载RL可调电阻短路（白色钮子开关置于左侧或用一根导线将电阻两端短接)，读出RL短路电流ISC和电压U(≈0)；断开负Ro值保留小数点后一位2.将测得的该网络的开路电压UOC和短路电流ISC，代入式子Ro=进行计算,并填入表1-4-2中，IscUoc载RL的一端，即使得RL=∞，测得负载开路电压UOC和电流I(≈0)，记录于表1-4-2中。将测得的开路电压UOC和计算出的等效电阻RO这两个参数填入图1-4-3所示等效电路中。3.将负载RL调至最大值(=1.8kΩ)，测出对应的U和I。在RL=0和RL=1.8kΩ值之间对应的电流ISC(或电压)和D5均匀等差取值填入表1-4-2中，以该电流(或电压)为参照，通过调节RL，测出相对应的电压(或电流)的值，记录于表1-4-2中。关闭稳压电源和恒流源，拆除线路。画出有源二端网络伏安特性曲线。表1-4-2有源二端网络伏安特性测试表RL/0////1.8kΩ∞I/mA（实测值）ISC(D1)(D2)(D3)(D4)(D5)UL/V(实测值)UOCR0/R0实测=UOC/ISC=R0理论=误差计算4.拆除电路联线，将直流稳压电源调至万用表示数为Uoc，十进制电阻调为Ro值，负载电阻仍用装置上的R3（1.8kΩ）作为RL,按图1-4-3所示电路联线。等效电路实验图注意极性5.等效电路的伏安特性曲线测试。开启稳压电源。将负载短路，读出负载RL短路电流ISC和电压U(≈0)；断开负载RL的一端，即使得RL=∞，测得负载开路电压UOC和电流I(≈0)，记录于同样格式的表1-4-3中。6.将表1-4-2中的参照电流(或电压)D1~D5抄入表1-4-3中。以该电流(或电压)为参照，通过调节RL，测出相对应的电压(或电流)的值，记录于表1-4-3中。关闭稳压电源，拆除线路。画出等效电路的伏安特性曲线。RL/0////1.8kΩ∞I/mA（实测值）ISC(D1)(D2)(D3)(D4)(D5)UL/V(实测值)UOC与表1-2-2中的UL/V(实测值)进行误差计算表1-4-3有源二端网络等效电路伏安特性测试表2.按图1-4-2联线，将十进制电阻箱联接成计算所得的等效电阻Ro值，替换实验任务二中有源二端口网络的负载端的RL电阻，(即用十进制电阻箱的电阻作为负载RL)。任务三1.电压源与电流源的设置。开启直流数显稳压电源，仍将其输出电压调为万用表直流示数为12V，关闭稳压电源。将直流数显恒流源输出端短路，然后开启其电源，仍将其输出调为10mA，关闭恒流源。比较1-4-2和表1-4-3的表格，在参照电流值D1~D5一样的情况下，对应的电压值是否相同，从而得出戴维宁定理验证结果。3.输出功率随负载变化的曲线的测试。开启稳压电源和恒流源。测出流过的电流I值，记录于表1-4-4中。再将十进制电阻的百位分别逐级调小和调大，同时记录阻值和对应的电流I值于表1-4-4中，分别计算出负载功率PL。关闭稳压电源和恒流源，拆除线路。画出有源二端网络输出功率随负载变化的曲线。表1-4-4负载与功率关系测试表RL/R0-400R0-300R0-200R0-100R0R0+100R0+200R0+300R0+400I/mA（实测值）PL/mWPLmax4.按下红色“停止”按钮，红灯亮，绿灯灭。将钥匙式总开关置于“关”位置，此时红色按钮灭。实验结束。观察表格数据变化规律，得出当RL=Ro时电路输出功率最大从而验证了最大功率传输定理五、实验报告要求1.画出实验电路与表格，简要写出电路原理和实验步骤。2.完成表1-4-1实测记录和计算。验证叠加定理的正确性。3.理论计算图1-4-2所示有源二端网络等效电阻R0。5.分别完成实验表1-4-2和表1-4-3的实测记录和计算，并在同一个坐标系中画出它们各自的伏安特性曲线。验证戴维宁定理的正确性。4.将测得的开路电压UOC和用开路短路法计算出的等效电阻R0这两个参数填入图1-4-3所示等效电路中。并对等效电阻R0进行误差计算。6.完成输出功率随负载变化的表格1-4-4实测记录和计算，画出它们关系的曲线。验证最大功率传输定理。六、注意事项本实验是直流实验，接线时注意电源及表计的极性。换接线路时，必须关闭电压源与电流源开关。做任务二中等效电路实验时，不要忘记先将直流稳压电源调至万用表示数为Uoc，十进制电阻调为Ro值。7.根据测试结果，得出定理的正确性。8.完成思考题。在实验室操作时，为减少测量误差，注意随时切换电流表的量程，注意避免量程保护动作。