戴维南定理实验报告

一、实验目的

1、验证戴维南定理

2、测定线性有源一端口网络的外特性和戴维南等效电路的外特性。

二、 实验原理

戴维南定理指出：任何一个线性有源一端口网络，对于外电路而言，总可以用一个理想电压源和电阻的串联形式来代替，理想电压源的电玉等于原一端口的开路电压Uoc，其电阻(又称等效内阻)等于网络中所有独立源置零时的入端等效电阻Req，见图4-1。

图4- 1 图4- 2

1、开路电压的测量方法

方法一：直接测量法。当有源二端网络的等效内阻Req与电压表的内阻Rv?相比可以忽略不计时，可以直接用电压表测量开路电压。

方法二：补偿法。其测量电路如图4-2所示，E为高精度的标准电压源，R为标准分压电阻箱，G为高灵敏度的检流计。调节电阻箱的分压比，c、d两端的电压随之改变，当Ucd=Uab时，流过检流计G的电流为零，因此

Uab=Ucd =[R2/(R1+ R2)]E=KE

式中 K= R2/(R1+ R2) 为电阻箱的分压比。根据标准电压E 和分压比Κ就可求得开路电压Uab,因为电路平衡时IG= 0，不消耗电能，所以此法测量精度较高。

2、等效电阻Req的测量方法

对于已知的线性有源一端口网络，其入端等效电Req可以从原网络计算得出，也可以通过实验测出，下面介绍几种测量方法：

方法一：将有源二端网络中的独立源都去掉，在ab端外加一已知电压U，

测量一端口的总电流I总则等效电阻

Req= U/I总

实际的电压源和电流源具有一定的内阻，它并不能与电源本身分开，因此在去掉电源的同时，也把电源的内阻去掉了，无法将电源内阻保留下来，这将影响测量精度，因而这种方法只适用于电压源内阻较小和电流源内阻较大的情况。

方法二：测量ab端的开路电压Uoc及短路电流Isc则等效电阻

Req= Uoc/Isc

这种方法适用于ab端等效电阻Req较大，而短路电流不超过额定值的情形，否则有损坏电源的危险。

图4 – 3 图 4-4

方法三：两次电压测量法

测量电路如图4-3所示，第一次测量ab端的开路Uoc，第二次在ab端接一已知电阻RL(负载电阻)，测量此时a、b端的负载电压U，则a、b端的等效电阻Req为：

Req =[(Uoc/ U)-1]RL

第三种方法克服了第一和第二种方法的缺点和局限性，在实际测量中常被采用。

3、戴维南等效电路法

如果用电压等于开路电压Uoc 的理想电压源与等效电阻RL相串联的电路(称为戴维南等效电路，参见图4-4)来代替原有源二端网络，则它的外特性U=f(I)应与有源二端网络的外特性完全相同。实验原理电路见图4-5b。

图 4 - 5

三、预习内容

在图4-5(a)中设E1=10V，E2=6 V,R1=R2=1 KΩ，根据戴维南定理将AB以左的电路化简为戴维南等效电路。即计算图示虚线部分的开路电压Uoc,等效内阻Req及A、B直接短路时的短路电流Isc之值，填入自拟的表格中。

四、仪器设备

1、电路分析实验箱 一台

2、直流毫安表 一只

3、数字万用表 一台

五、实验内容与步骤

1、用戴维南定理求支路电流I3，

测定有源二端网络的开路电压Uoc等效电阻Req

按图4-5(a)接线，经检查无误后，采用直接测量法测定有源二端网络的开路电压Uoc。电压表内阻应远大于二端网络的等效电阻Req 。

用两种方法测定有源二端网络的等效电阻Req

A、采用原理中介绍的方法二测量：

首先利用上面测得的开路电压Uoc和预习中计算出的Req估算网络的短路电流Isc大小，在Isc之值不超过直流稳压电源电流的额定值和毫安表的最大量限的条件下，可直接测出短路电流，并将此短路电流Isc数据记入表格4- 1中。

B、采用原理中介绍的方法三测量：

接通负载电阻RL，调节电位器R4使RL = 1 KΩ，使毫安表短接，测出此时的负载端电压U并记入表格4 - 1中。

表 4 – 1

取A、B两次测量的平均值作为Req (I3的计算在实验报告中完成)

2、测定有源二端网络的外特性

调节电位器R4即改变负载电阻RL之值，在不同负载的情况下，测量相应的负载端电压和流过负载的电流，共取五个点将数据记入自拟的表格中。测量时注意，为了避免电表内阻的影响，测量电压U时,应将接在AC间的毫安表短路，测量电流I时，将电压表从A、B端拆除。若采用万用表进行测量，要特别注意换档。

3、测定戴维南等效电路的外特性。

将另一路直流稳压电源的输出电压调节到等于实测的开路电压Uoc值,以此作为理想电压源，调节电位器R6，使R5十R6=Req，并保持不变。以此作为等效内阻，将两者串联起来组成戴维南等效电路。按图4-5(b)接线,经检查无误后，重复上述步骤测出负载电压和负载电流，并将数据记入自拟的表格中。

六、实验报告要求

1、应用戴维南定理，根据实验数据计算R3之路的电流I3，并与计算值进行比较。2、在同一坐标纸上作出两种情况下的外特性曲线，并作适当分析。