11年非电类电工电子综合实验内容

11年非电类电工电子综合实验内容之等效电源定理的运用摘要：有源一端口网络等效参数的测定（含3个独立源和3个网孔其中包含一个三角形或Y型联接）及戴维南等效电路的验证和诺顿等效电路的验证，并用Multisim仿真。关键字：三网孔戴维南等效诺顿等效三角形联接Y型联接。引言：当我们仅需要计算一个复杂电路中某一支路的电流或电压时，使用戴维南定理可以简化计算，实际上任何一个线性含源二端网络，对外部而言，总可以等效为一个电压源和电阻串联的电路模型；该电压源的电压等于网络的开路电压，电阻等于网络内部所有独立电源都不作用时的入端等效电阻。这就是戴维南定理。戴维宁定理只适用于线性网络,不适用于非线性网络.当只需求解电路中一条支路(或某一部分电路),用戴维宁定理较方便。戴维宁定理的本质是求解任一复杂含源一端口网络等效电路的方法。一个含独立电源、线性电阻和受控源的二端电路N，对两个端子来说都可等效为一个理想电流源并联内阻的模型。其理想电流源的数值为有源二端电路N的两个端子短路时其上的电流，并联的内阻等于N内部所有独立源为零时电路两端子间的等效电阻。因而戴维南诺顿定理有着极广泛的应用。实验原理及实验方法：1．戴维南定理和诺顿定理：戴维南定理指出：任何一个有源二端网络，总可以用一个电压源US和一个电阻RS串联组成的实际电压源来代替，其中：电压源US等于这个有源二端网络的开路电压UOC,内阻RS等于该网络中所有独立电源均置零(电压源短接，电流源开路)后的等效电阻RO。诺顿定理指出：任何一个有源二端网络，总可以用一个电流源IS和一个电阻RS并联组成的实际电流源来代替，其中：电流源IS等于这个有源二端网络的短路电源ISC,内阻RS等于该网络中所有独立电源均置零(电压源短接，电流源开路)后的等效电阻RO。US、RS和IS、RS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：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，测其短路电流ISＣ，且内阻为：SCOCSIUR。若有源二端网络的内阻值很低时，则不宜测其短路电流。(2)伏安法：一种方法是用电压表、电流表测出有源二端网络的外特性曲线，如图6－1所示。开路电压为UOC，根据外特性曲线求出斜率tg，则内阻为：IURtgS。另一种方法是测量有源二端网络的开路电压UOC，以及额定电流IN和对应的输出端额定电压UN，如图6－1所示，则内阻为：NNOCSIUUR。(3)半电压法：如图6－2所示，当负载电压为被测网络开路电压UOC一半时，负载电阻RL的大小（由电阻箱的读数确定）即为被测有源二端网络的等效内阻RS数值。(4)零示法在测量具有高内阻有源二端网络的开路电压时，用电压表进行直接测UOCUNINUIUISC图6-1V图6-2USUOCUOC有源网络V图6-3USUS电压源有源网络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6－3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”，然后将电路断开，测量此时恒压源的输出电压U，即为被测有源二端网络的开路电压。文章将用开路，短路法和半电压法进行仿真。实验步骤：1.运用戴维南定理，用实验的方法测定有源线性二端网络的等效参数：1）开路、短路法：将R8（负载）断开，用“补偿法”或高内阻电压表测量开路点压Uoc，再用低内阻的电流表测量短路电流Isc，得到等效内阻Req=Uoc/Isc。得Uoc=31.993V。将R8接入，断开电压表测得短路电流IscIsc=0.020A。所以Req=Uoc/Isc=31.993/0.020=1599.65Ω。2）半电压法：用高内阻电压表直接测量开路电压Uoc后，接负载电阻RL。调节RL，测量负载电阻RL的电压U，当U=1/2Uoc时，则有RL=Req。上述可知Uoc=31.993V。U=1/2Uoc=15.996V。由图可知Req=1599Ω。2：验证戴维南等效电路:1)测量得UR8=12.349V，IR8=0.012A。2)断开负载R8，测量开路电压为31.993V。3）用导线替代电源，测量R8两端电阻，得1591Ω4）R8左侧的电路等效为原R8两端电压与电阻串联，再与R8相连的形式。测得流过R8的电流和R8两端电压分别为IR8’=0.012AU’R8=12.350V结果分析：前后两组实验结果大体一致，证明了戴维南定理的正确性。相对误差δU=12.350-12.349/12.349=0.008%.3:诺顿等效电路验证：测量得UR8=12.349VIR5=0.012A断开负载R8，测量流经原负载电流为0.020A