实验2.2叠加原理与等效电源定理的研究的实验报告

1实验2.2叠加原理与等效电源定理的研究一、实验名称：叠加原理与等效电源定理的研究二、实验任务及目的1.基本实验任务验证叠加原理和戴维宁定理。2.扩展实验任务验证最大功率传输定理。3.实验目的理解和掌握叠加原理和戴维宁定理；理解电路有载、开路和短路的状态以及测试方法；理解阻抗匹配的概念。三、实验原理及电路1.实验原理叠加原理，在线性电路中，有多个电源同时作用时，任一支路的电流或电压都是电路中每个独立电源单独作用时在该支路中所产生的电流或电压的代数和。戴维宁定理，任何一个线性有源二端网络，总可以用一个理想电压源和一个等效电阻串联来代替。最大功率传输定理，当外阻等于内阻时，负载获得最大功率。2.实验电路R2Ω*A*+_U3_+U2U1+_R3+US1–+US2–S1S2B*DCI1I2I3R1Ω图2.2.1叠加原理实验电路R1R2ΩR3+US1–RLS1S2B***ADCI1I2I3图2.2.2戴维宁定理实验电路IL2四、实验仪器及器件1.实验仪器双路直流稳压电源1台，使用正常；直流电流表1台，使用正常；万用表1台，使用正常。2.实验器件双刀双掷开关2个，使用正常；电阻箱1个，使用正常；电流插孔3个，使用正常；200Ω/2W电阻1个，300Ω/2W电阻1个，470Ω/2W电阻1个，1kΩ/2W电阻1个，使用正常。五、实验方案与步骤1.用万用表直流电压档监测，调节直流稳压电源两路输出分别为16V和8V。2.按图2.2.1接线，根据计算值，选择电流表、万用表合适量程，测量并记录实验数据。3.按图2.2.2接线，根据计算值，选择电流表、万用表合适量程，测量并记录实验数据；按图2.2.3接线，重新用万用表直流档监测，调节直流稳压电源电压为开路电压UOC，用电阻箱调出等效内阻R0，选择电流表、万用表合适量程，测量并记录实验数据。4.按图2.2.4接线，用万用表直流档监测，调节直流稳压电源电压为10V，根据计算值，选择电流表、万用表合适量程，测量并记录实验数据。六、实验数据1.基本实验内容+_UocRLR0C图2.2.3戴维宁等效电路DIL‘ILRo+_ERL图2.2.4最大功率传输条件的验证实验电路+-UL*3图2.2.5叠加原理multism11仿真图表2.2.1叠加原理数据记录与分析电源I1（mA）I2（mA）I3（mA）测量仿真误差%测量仿真误差%测量仿真误差%US1作用271611US2作用-8.135-2113US1.US2作用19-4.60924表2.2.2叠加原理数据记录与分析电源U1（V）U2（V）U3（V）测量仿真误差%测量仿真误差%测量仿真误差%US1作用12.7463.2543.254US2作用-3.824-4.1763.824US1.S2作用8.922-0.9227.708图2.2.6戴维宁定理multism11仿真图注：实际电阻箱最小只能调到0.1Ω！表2.2.3戴维宁定理实验数据记录开路电压UOC（V）短路电流IS（mA）等效内阻R0（Ω）负载电压UCD（V）负载电流IL（mA）计算6.23416389.6254.5074.508测量误差%戴维宁等效电路等效电动势E（V）等效内阻R0（Ω）负载电压UCD（V）负载电流IL（mA）6.234389.74.4864.48642.扩展实验内容图2.2.7最大功率传输multism11仿真图自拟电路，验证叠加原理和戴维南定理略七、测量数据的分析表2.2.4最大功率传输数据记录RL（Ω）100200300400500UL（V）仿真3.33566.6677.143测量误差IL（mA）仿真3325201714测量误差负载功率PL（mW）仿真111.11125120.001111.113102.043测量误差电源功率P（mW）仿真330250200170140测量误差电源效率η（%）计算33.7%50%60%65.4%72.9%测量误差5ER0URLIIISR0URL图2.2.8戴维宁等效电路与诺顿等效电路+=+-=++=+-=+（a）（b）1.依据实验结果，验证叠加原理的正确性。根据图2.2.1电路中所标明的参考方向，有''1'11III，代入实际数据27mA+（-8.135mA）-19mA=-0.135mA≈0，得证。2.依据实验结果，验证戴维宁定理的正确性。根据表2.2.3所测负载电压UCD=4.507V，负载电流IL=4.508mA，而用戴维宁等效电路2.2.3测得UCD=4.486V，负载电流IL=4.486mA，误差仅0.5%，得证。3.依据实验结果，验证最大功率传输定理的正确性。根据表2.2.4，当负载电阻RL=R0=200Ω时，负载获得最大功率125mV，得证。同时，随着负载的增大，电源效率逐渐提高。4.误差分析略（由于仪器、器件精度限制，误差在5%以内可以接受）。5.产生误差的原因略（可从测量仪器的精度，待测电路器件的精度，测量方法的正确与否等角度考虑）。6.减小误差的措施略（可从实验仪器、器件好坏，简化电路连线，多次测量取平均值等角度考虑）。八、存在问题的分析与处理1.实验中遇到的问题与处理略九、思考题1.能否用叠加原理计算或测量各元件的功率？为什么？答：叠加原理不能用于计算和测量功率，因为功率P=I2R=U2/R=UI,不满足线性关系。2.如何将戴维宁等效电路进一步等效为诺顿等效电路？答：如图2.2.8所示，将戴维宁电路中的恒压源用恒流源替代，且IS=E/R0，保持方向一致，内阻并联在恒流源两端即可。十、实验的收获和体会略说明：以上10部分都齐全A+=95分；无扩展内容最多B+=80分；无2道思考题B-=70分；等效内阻测量值中保留小数点后两位等数据错误以及抄袭给C=60分。