戴維南定理實驗報告

一、實驗目的

1、驗證戴維南定理

2、測定線性有源一端口網絡的外特性和戴維南等效電路的外特性。

二、 實驗原理

戴維南定理指出：任何一個線性有源一端口網絡，對於外電路而言，總可以用一個理想電壓源和電阻的串聯形式來代替，理想電壓源的電玉等於原一端口的開路電壓Uoc，其電阻(又稱等效內阻)等於網絡中所有獨立源置零時的入端等效電阻Req，見圖4-1。

圖4- 1 圖4- 2

1、開路電壓的測量方法

方法一：直接測量法。當有源二端網絡的等效內阻Req與電壓表的內阻Rv?相比可以忽略不計時，可以直接用電壓表測量開路電壓。

方法二：補償法。其測量電路如圖4-2所示，E為高精度的標準電壓源，R為標準分壓電阻箱，G為高靈敏度的檢流計。調節電阻箱的分壓比，c、d兩端的電壓隨之改變，當Ucd=Uab時，流過檢流計G的電流為零，因此

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

式中 K= R2/(R1+ R2) 為電阻箱的分壓比。根據標準電壓E 和分壓比Κ就可求得開路電壓Uab,因為電路平衡時IG= 0，不消耗電能，所以此法測量精度較高。

2、等效電阻Req的測量方法

對於已知的線性有源一端口網絡，其入端等效電Req可以從原網絡計算得出，也可以通過實驗測出，下面介紹幾種測量方法：

方法一：將有源二端網絡中的獨立源都去掉，在ab端外加一已知電壓U，

測量一端口的總電流I總則等效電阻

Req= U/I總

實際的電壓源和電流源具有一定的內阻，它並不能與電源本身分開，因此在去掉電源的同時，也把電源的內阻去掉了，無法將電源內阻保留下來，這將影響測量精度，因而這種方法只適用於電壓源內阻較小和電流源內阻較大的情況。

方法二：測量ab端的開路電壓Uoc及短路電流Isc則等效電阻

Req= Uoc/Isc

這種方法適用於ab端等效電阻Req較大，而短路電流不超過額定值的情形，否則有損壞電源的危險。

圖4 – 3 圖 4-4

方法三：兩次電壓測量法

測量電路如圖4-3所示，第一次測量ab端的開路Uoc，第二次在ab端接一已知電阻RL(負載電阻)，測量此時a、b端的負載電壓U，則a、b端的等效電阻Req為：

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

第三種方法克服了第一和第二種方法的缺點和侷限性，在實際測量中常被採用。

3、戴維南等效電路法

如果用電壓等於開路電壓Uoc 的理想電壓源與等效電阻RL相串聯的電路(稱為戴維南等效電路，參見圖4-4)來代替原有源二端網絡，則它的外特性U=f(I)應與有源二端網絡的外特性完全相同。實驗原理電路見圖4-5b。

圖 4 - 5

三、預習內容

在圖4-5(a)中設E1=10V，E2=6 V,R1=R2=1 KΩ，根據戴維南定理將AB以左的電路化簡為戴維南等效電路。即計算圖示虛線部分的開路電壓Uoc,等效內阻Req及A、B直接短路時的短路電流Isc之值，填入自擬的表格中。

四、儀器設備

1、電路分析實驗箱 一台

2、直流毫安表 一隻

3、數字萬用表 一台

五、實驗內容與步驟

1、用戴維南定理求支路電流I3，

測定有源二端網絡的開路電壓Uoc等效電阻Req

按圖4-5(a)接線，經檢查無誤後，採用直接測量法測定有源二端網絡的開路電壓Uoc。電壓表內阻應遠大於二端網絡的等效電阻Req 。

用兩種方法測定有源二端網絡的等效電阻Req

A、採用原理中介紹的方法二測量：

首先利用上面測得的開路電壓Uoc和預習中計算出的Req估算網絡的短路電流Isc大小，在Isc之值不超過直流穩壓電源電流的額定值和毫安表的最大量限的條件下，可直接測出短路電流，並將此短路電流Isc數據記入表格4- 1中。

B、採用原理中介紹的方法三測量：

接通負載電阻RL，調節電位器R4使RL = 1 KΩ，使毫安表短接，測出此時的負載端電壓U並記入表格4 - 1中。

表 4 – 1

取A、B兩次測量的平均值作為Req (I3的計算在實驗報告中完成)

2、測定有源二端網絡的外特性

調節電位器R4即改變負載電阻RL之值，在不同負載的情況下，測量相應的負載端電壓和流過負載的電流，共取五個點將數據記入自擬的表格中。測量時注意，為了避免電錶內阻的影響，測量電壓U時,應將接在AC間的毫安表短路，測量電流I時，將電壓表從A、B端拆除。若採用萬用表進行測量，要特別注意換檔。

3、測定戴維南等效電路的外特性。

將另一路直流穩壓電源的輸出電壓調節到等於實測的開路電壓Uoc值,以此作為理想電壓源，調節電位器R6，使R5十R6=Req，並保持不變。以此作為等效內阻，將兩者串聯起來組成戴維南等效電路。按圖4-5(b)接線,經檢查無誤後，重複上述步驟測出負載電壓和負載電流，並將數據記入自擬的表格中。

六、實驗報告要求

1、應用戴維南定理，根據實驗數據計算R3之路的電流I3，並與計算值進行比較。2、在同一座標紙上作出兩種情況下的外特性曲線，並作適當分析。