通过实验验证戴维南定理，

1.实验目标

•掌握戴维南等效电路;

•验证戴维南定理,并加深对该定理的理解;

•学习如何测量网络的等效参数。

2.实验设备

在本次实验中,将学习如何测量有源单端口网络的等效参数,以及如何验证戴维南定理。实验设备包括直流电源、万用表、电阻器和电线。

3.实验方法、原理或规律

(1)戴维南电路和电路参数

戴维南定理指出:对于任何线性有源单端口网络都可以使用一个独立电压源串联一个电阻来等效。该电压源的电压值V s等于该有源网络ab两端开路时的电压V oc,该串联电阻的阻值R 0等于网络内全部独立电源置零时该网络ab两端的等效电阻。

如图6.13所示为有源单端口网络ab两端的戴维南等效电路。

图6.13　戴维南定理图示

(2)有源单端口网络等效电阻的测量方法

①用伏安法测量R 0

图6.14　电阻串联电路图

如图6.14所示,使用万用表测量电阻R L两端的电压和通过它的电流,并得到该网络的外部特性曲线如图6.15所示。根据外部特性曲线计算斜率tgφ,则内阻为

若网络的内阻值很低,则不宜测其短路电流。

图6.15　戴维南等效电路的伏安特性曲线

②半电压法

如图6.16所示,当负载电压为被测网络开路电压V oc的一半时,断开电路中的电阻R L,并用万用表测量其阻值。此时,R L的阻值即为等效电路的阻值R 0。

图6.16　电阻串联电路

(3)负载最大功率的条件

图6.14可以视作是一个由电源向负载供能的模型,其中R 0可以看作是电源电阻和导线电阻之和,R L为网络两端的负载。负载R L上的功率消耗P可以由如下的公式表示:

其中,R L=0或R L=∞,电源传输给负载的功率为零。改变上式中R L电阻的阻值,可以得到不同的功率值P,其中必定会有一个R L值,使得负载功率达到最大。

根据最大功率传输定理可知,当R L=R 0时,负载从电源获得的功率最大为(www.xing528.com)

此时,电路处于“匹配”状态。

4.用伏安法测量戴维南等效电路

(1)实验电路如图6.17所示;

(2)调整直流稳压电源,使输出电压V s=12 V,且保持不变;

(3)移除负载R L,测量网络两端的开路电压V oc,并做好记录;

(4)移除负载R L,并测量该支路的短路电流I sc,并记录数据;

(5)连接负载R L,根据表中要求改变负载R L,并测量不同电阻R L对应的V ab和I,并记录数据(表6.7);

(6)利用表中数据,绘制网络N的伏安特性曲线V ab=f(I),用伏安法计算R 0;

(7)根据开路电压V oc和负载R 0,得到单端口网络N的戴维南等效电路。

图6.17　用伏安法测量戴维南等效电路

表6.7　用伏安法测量戴维南等效电路测量结果

根据画出来的图计算R 0=_________Ω,V oc=_________V。

5.用半电压法测量诺顿等效电路

(1)实验电路如图6.18所示;

(2)测量上述电路的短路电流I sc;

(3)测量上述电路开路电压V oc;

(4)根据半电压法,调整滑动变阻器,当电压为V s的一半时,断开电路中的电阻R L,并用万用表测量阻值。R L的阻值为等效电路的阻值R 0;

(5)改变滑动变阻器的阻值,并测量不同的阻值下的电压V ab和I′。记录数据(表6.8)并绘制伏安特性曲线;

(6)根据短路电流I sc和R 0,得到有源单端口网络N的诺顿等效电路。

图6.18　用半电压法测量诺顿等效电路

表6.8　用半电压法测量诺顿等效电路测量结果

R 0=_________Ω,I=_________mA。