验证戴维南定理实验报告

一、实验目的1.验证戴维南定理和诺顿定理的正确性，加深对该定理的理解。2.掌握测量有源二端网络等效参数的一般方法。二、原理说明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是一个有源二端网络（或称为含源一端口网络）。戴维南定理指出：任何一个线性有源网络，总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Us等于这个有源二端网络的开路电压Uoc，其等效内阻R0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：任何一个线性有源网络，总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Is等于这个有源二端网络的短路电流ISC，其等效内阻R0定义同戴维南定理。Uoc（Us）和R0或者ISC（IS）和R0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R0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，用电流表测其短路电流Isc，则等效内阻为如果二端网络的内阻很小，若将其输出端口短路则易损坏其内部元件，因此不宜用此法。(2)伏安法测R0用电压表、电流表测出有源二端网络的外特性曲线，如图3-1所示。根据外特性曲线求出斜率tgφ，则内阻图3-1也可以先测量开路电压Uoc，再测量电流为额定值IN时的输出端电压值UN，则内阻为(3)半电压法测R0如图3-2所示，当负载电压为被测网络开路电压的一半时，负载电阻（由电阻箱的读数确定）即为被测有源二端网络的等效内阻值。图3-2(4)零示法测UOC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3-3所示。零示法测量原理是用一低阻的稳压电源与被测有源二端网络进行比较，当稳压电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，测量此时稳压电源的输出电压，即为被测有源二端网络的开路电压UOC。三、仪器设备和选用挂箱序号名称数量备注1万用表1外购2稳压、稳流源1DG04、05或GDS-033实验电路板或直流电路实验、负载1GDS-06A、GDS-074直流电压、电流表1DG31-2或GDS-10四、实验内容被测有源二端网络如图3-4(a)所示。图3-41.用开路电压、短路电流法测定戴维南等效电路的Uoc、R0和诺顿等效电路的ISC、R0。按图3-4(a)接入稳压电源Us=12V和恒流源Is=10mA，不接入RL。测出UOc和Isc,并计算出R0。（测UOC时，不接入直流毫安表。）表3-1用开路电压、短路电流法测定Uoc和ISC2.负载实验按图3-4(a)接入RL。改变RL阻值，测量有源二端网络的外特性曲线。表3-2测量有源二端网络的外特性RL（KΩ）01234567∞U（v）011.0813.4014.4114.9715.3215.5715.7616.90I（mA）31.63011.0906.7004.8053.7443.0702.6002.25703.验证戴维南定理从电阻箱上取得按步骤“1”所得的等效电阻R0之值，然后令其与直流稳压电源（调到步骤“1”时所测得的开路电压Uoc之值）相串联，如图3-4(b)所示，仿照步骤“2”测其外特性，对戴氏定理进行验证。表3-3测量戴维南等效电路的外特性RL（KΩ）01234567∞U（v）011.2713.6314.6515.2215.5815.8416.0216.16I（mA）32.3911.2806.8184.8883.8113.1232.6462.29604.验证诺顿定理：从电阻箱上取得按步骤“1”所得的等效电阻R0之值，然后令其与直流恒流源（调到步骤“1”时所测得的短路电流ISC之值）相并联，如图3-5所示，仿照步骤“2”测其外特性，对诺顿定理进行验证。Uoc(v)Isc(mA)R0=Uoc/Isc(Ω)16.9631.80533图3-5表3-4验证诺顿定理RL（KΩ）01234567∞U（v）010.8113.0814.0614.6214.9715.2015.3816.82I（mA）30.9810.8206.5434.6923.6603.0002.5402.20405.有源二端网络等效电阻（又称入端电阻）的直接测量法。见图3-4（a）。将被测有源网络内的所有独立源置零（去掉电流源IS和电压源US，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档去测定负载RL开路时A、B两点间的电阻，此即为被测网络的等效内阻R0，或称网络的入端电阻Ri。用此法测得的电阻为:527Ω6.用半电压法和零示法测量被测网络的等效内阻R0及其开路电压Uoc。线路及数据表格自拟。表3—5电阻和开路电压的测量值电阻R0/Ω开路电压U/V52617.08五、实验注意事项1.测量时应注意电流表量程的更换（对GDS-10）。2.步骤“5”中，电压源置零时不可将稳压源短接。3.用万用表直接测R0时，网络内的独立源必须先置零，以免损坏万用表。其次，欧姆档必须经调零后再进行测量。4.用零示法测量UOC时，应先将稳压电源的输出调至接近于UOC，再按图3-3测量。5.改接线路时，要关掉电源。6.在戴维南、诺顿等效电路中的内阻R0为计算值，实验挂箱上无此电阻，需要用DG09挂箱上的电位器提供该电阻。调节电位器，并用万用表测量。使用万用表时转换开关要调节到相应的量程档位上。六、实验数据处理（1）戴维南定理的验证（2）诺顿定理的验证(3)R0的理论值为[(330+510)*10]/(330+510+10)+510=520Ω,则：由1中测得的R0值的相对误差为:(533-520)/520*100%=2.5%;由5中测得的R0值的相对误差为:（527-520）/520*100%=1.35%;由6中测得的R0值的相对误差为：（526-520）/520*100%=1.15%.U的理论值为12+520*0.01=17.2v,则：由1中测得的U值的相对误差为：（17.2-16.69）/17.2*100%=2.97%；由6中测得的U值的相对误差为：（17.2-17.08）/17.2*100%=0.70%。七、实验结论及误差分析有以上二图分析可知，在实验测定误差允许的范围内，等效电路与原电路外特性一致。戴维南原理正确，即任何有缘二端口网络均可等效为一个电压源和一个电阻串联组合，其中电压源US大小就是有源二端电路的开路电压Uoc；电阻R0大小是有源二端电路除去电源的等效电阻R0。用半电压法和零示法测量被测网络的等效内阻R0及其开路电压时存在一定的误差,这些误差主要来源于实验操作的不当,读数时存在差异,实验仪器本身的不精确等等,这些都是导致误差的原因。