电路自主设计型实验

姓名杨茗棋班级1104103学号1110410320实验日期20130607节次5-7教师签字成绩实验名称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1.实验目的1．通过实验验证戴维南定理和诺顿定理，加深对定理的理解；2.掌握测量有源二端口网络等效参数的一般方法；3.掌握多种测量有源二端网络等效参数的方法。2.总体设计方案或技术路线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一个有源二端网络。戴维南定理指出：任何一个线性有源网络对外部电路的作用，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SU等于这个有源二端网络的开路电压OCU，其等效内阻OR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：任何一个线性有源二端网络对外部电路的作用，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SI等于这个有源二端网络的短路电流SCI,其等效内阻OR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。OCU和OR或者SCI和OR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OR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OCU,然后再将其输出端短路，用电流表测其短路电流SCI，则等效内阻为SCOCOURI如果二端网络的内阻很小，将其输出端口短路容易损坏其内部元件，不宜采用此法。(2)伏安法测OR法一：用电压表、电流表测出有源二端网络的外特性曲线，如图1所示。开路电压为OCU。根据外特性曲线求出斜率tan，则内阻为：SCIOCOUIUtanR图1有源二端网络外特性法二：先测量开路电压OCU，再测量电流为额定值NI时的输出端电压值NU，则内阻为：NNOCURIUO(3)半电压法测OR如图2所示，改变负载电阻的大小，当负载电压为被测网络开路电压OCU的一半时，负载电阻LR（由电阻箱的读数确定）即为被测有源二端网络的等效电阻值。图2半电压法测量电路(4)零示法测OCU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所示。零示法测量原理是用一低内阻的恒压源与被测有源二端网络进行比较，当恒压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。此时将电路断开，测量恒压源的输出电压即为被测有源二端网络的开路电压。图3零示法测量电路3.实验电路图4.仪器设备名称、型号直流稳压电源0-30V1个可调直流恒流源0-500mA1只直流毫安表0-200mV1只直流电压表0-200V1只数字万用表1只电阻箱1只电阻若干导线若干5.理论分析或仿真分析结果1.求开路电压OCU及短路电流SCIR1=330R2=510R4=10R3=51010mAVARL1kUs=12V+-SI+--+ABU开路电压OCU：短路电流SCI：等效内阻OR：882.5195103301051033010510)R//(RR3142O）（）（RR2．有源二端网络外特性实验R1330ΩR2510ΩR3510ΩR410ΩI110mAV112V423XMM110R1330ΩR2510ΩR3510ΩR410Ω3XMM1021R1330ΩR2510ΩR3510ΩR410Ω3XMM1V112V4I110mA2RL300Ω0XMM215LR/100200300400500600700800900U/V2.7424.7226.227.3918.3339.1079.75410.30310.774I/mA27.42123.61220.73218.47816.66615.17913.93412.87711.9736.详细实验步骤及实验结果数据记录（包括各仪器、仪表量程及内阻的记录）1．用开路电压、短路电流测定戴维南等效电路的OCU、OR和诺顿等效电路的SCI、OR按实验电路图接入稳压电源SU=12V和恒流源SI=10mA，不接入LR。测出OCU和SCI,并计算出OR，记录于表1中（测OCU时，不接入mA表）。有源二端网络等效电路的直接测量法，见实验电路图。将被测有源网络内的所有独立源置零（去掉电流源和电压源，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挡测定负载开路时A、B两点间的电阻，此即为被测网络的等效内阻OR，测量OR并将数据记录于表1。表1开路电压及短路电流实验数据OCU/VSCI/mASCOCO/URI/理论值测量值理论值测量值计算值直测值16.99814.1032.69627.8519.8825092．有源二端网络外特性实验按实验电路图接入LR，改变LR值，测量有源二端网络的外特性曲线，记录于表2。表2有源二端网络外特性实验数据LR/100200300400500600700800900U/V2.3483.9995.246.216.997.638.168.629.00I/mA22.9519.7817.3015.4513.9012.6011.5310.509.803.验证戴维南定理用阻值为OR的电阻与直流稳压电源串联（调到实验内容1时所测得的开路电压OCU值），如实验电路图中戴维南等效电路图所示仿照实验内容2测其外特性，记录于表3。对戴维南定理进行验证。表3戴维南定理实验数据LR/100200300400500600700800900U/V1.7703.1044.185.065.806.436.977.447.85I/mA16.8515.2513.8812.6311.5510.709.989.288.754.验证诺顿定理用阻值为OR的电阻与直流恒流源并联（调到实验内容1时所测得的开路电压SCI值），仿照实验内容2测其外特性，记录于表4。对诺顿定理进行验证。表4诺顿定理实验数据LR/100200300400500600700800900U/V2.4874.395.927.178.229.129.8910.5511.14I/mA24.4521.7519.7017.9516.4815.2014.1513.2312.45.分别用半电压法和零示法测量并记录被测网络的等效内阻OR及其开路电压OCU。半电压法：OCU=14.11VOR=510零示法:OCU=14.3V7.实验结论本实验分别用开路电压、短路电流法，伏安法，半电压法和零示法测量得到了实验中有源二端网络的等效参数：OCU约为14V,SCI约为27.8mA，OR约为510；通过比较实验内容2,3,4的有源二端网络外特性的数据,验证了戴维南定理和诺顿定理的正确性。实验数据与理论值有误差,由于:1.有源二端网络内部的电压源和电流源在实验过程中会有变化,造成一定的误差；2.实验内容3,4中数据有较大差异是因为实现戴维南等效和诺顿等效电路时，开路电压和短路电流已与理论值有差异，接入等效电路中便会产生更大误差。8.实验中出现的问题及解决对策问题：电压源和电流源的输出值与显示值有差异。解决对策：调节电压源时，将数字万用表并联在电压源两端，调节电压源使万用表示数为实验所需数值。调节电流源时，将直流电流表并联在电流源两端，调节电流源使直流电流表示数为实验所需数值。9.本次实验的收获和体会、对电路实验室的意见或建议1．本实验通过验证戴维南定理和诺顿定理，加深了对这两个定理的理解。2．本实验操作实践性与动手性强，运用了多种测量有源二端网络等效参数的方法，很大程度地提高和锻炼了实验与工程实践的能力，获得了一定的愉快感。3．通过对实验的仿真，使自己更加熟练地使用Multisim仿真软件，对今后课程的学习有很大的帮助。4.通过对本次实验的设计，加深了对电路理论基础课程的认识和理解。对电路实验室的意见或建议:电阻阻值准确些。10．参考文献[1]张廷锋，李春茂.电工学实践教程.清华大学出版社，2006：19-22.