实验一 戴维南定理

——有源二端网络等效参数的测定

一、实验目的

1、验证戴维南定理的正确性，加深对戴维南定理的理解。 2、掌握测量有源二端网络等效参数的一般方法。

二、实验仪器

三、实验原理

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（或称为含源二端口网络）。

戴维南定理指出：任何一个线性有源网络，对外电路而言，总可以用一个电压源和内阻串联来等效，此电压源的电动势EＳ等于这个有源二端网络的开路电压UＯＣ，其等效内阻RＯ等于该网络中所有源均置零（理想电压源视为短接，理想电流源视为开路）时的等效电阻。

UＯＣ和RＯ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、短路电流法测等效电压与等效电阻

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，则内阻为：

RＯ=UＯＣ/IＳＣ

测试电路如图2—1所示，开关S打开时测得开路电压UＯＣ，闭合时测得短路电流IＳＣ。

这种方法仅适用于等效电阻较大而短路电流不大（不超过电源电流的额定值）的情况。

图2—1开路电压、短路电流法测等效电压与等效电阻

②伏安法测等效电阻

将被测有源网络内的所有源置零（将电流源IＳ断开；去掉电压源，并在原电压端所接的两点用一根短路导线连接），在两端钮上外加一已知电源E（+6V），如图2—2所示，测得电压UＥ和电流IＥ，则:

RＯ=UＥ/IＥ

图2—2伏安法测等效电阻

③半电压法测等效电阻

如图2—3所示，当负载电压为被测网络开路电压一半时，负载电阻即为被测有源二端网络的等效内阻值。

图2—3半电压法测等效电阻

④直接测量法测等效电阻

将有源二端网络中所有源均置零（理想电压源视为短路，理想电流源视为开路），然后用数字万用表的欧姆档直接测量二端网络的电阻值即为RＯ。

⑤零示法测等效电压

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2—4所示。

图2—4零示法测等效电阻

零示法测量原理是用一低内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。

四、实验内容

被测有源二端网络如图2—5（ａ）所示。

（a）

图2—5

（b）

①、阅读本次实验各项内容，熟悉实验电路图，了解各仪器仪表的使用方法。 ②、了解测试有源二端网络开路电压和等效电阻的方法 ③、完成实验报告，应包含以下内容：

1、根据步骤“2”和“3”，分别绘出曲线，验证戴维南定理的正确性，并分析产生误差的原因。

2、根据步骤“1”、“4”、“5”各种方法测得的UＯＣ和RＯ与预习时电路计算的结果作比较，你能得出什么结论。

3、归纳、总结实验结果。 4、心得体会及其他。

五、实验步骤及数据记录与处理

1、用开路电压、短路电流法测定戴维南等效电路的UＯＣ和RＯ。

按图2—5（ａ）电路接入稳压电源EＳ，然后把网络输出端开路，用电压表直接测其输出端的开路电压UＯＣ；再将其输出端短路，用电流表串联入电路中测其短路电流IＳＣ，数据填入表格2—1中。从而算出有源二端网络的等效内阻Ro

▲ 表格2—1开路电压、短路电流法测等效电压与等效电阻实验数据记录表

▲ 项目 数值 Uoc（V） Isc（mA） 测量值 2、负载实验

计算Ro=Uoc/Isc（Ω） 按图2—5（ａ）测量有源二端网络的外部特性，改变RL阻值，使其数值分别为表2—2中各值，记录相应的电压和电流，实验数据填入表格2—2中。

数据 项目 ▲表格2—2负载实验数据记录表 RL（Ω） U（V） I（mA） 0 50 100 500 1000 ∞ 3、验证戴维南定理

用一只1KΩ的电位器，将其阻值调整到等于按步骤“1”所得的等效电阻R

Ｏ

之值，然后令其与直流稳压电源（调到步骤“1”所测得的开路电压UＯＣ之值）

相串联，再与可变电阻RＬ组成闭合电路，如图2—5（ｂ）所示，仿照步骤“2”测这个等效电路的外特性，对戴氏定理进行验证。数据记入表格2—3中。

数据 项目 ▲表格2—3验证戴维南定理实验数据记录表 RL（Ω） U（V） I（mA） 0 50 100 500 1000 ∞ 4、测定有源二端网络等效电阻（又称入端电阻）的其它方法：将被测有源网络内的所有源置零（将电流源IＳ断开；去掉电压源，并在原电压端所接的两点用一根短路导线相连），然后分别用伏安法和直接测量法测网络的等效电阻RＯ或称为网络的入端电阻Rｉ。实验数据分别记录入表格2—4与2—5中。

▲表格2—4伏安法测等效电阻实验记录 项目 数值 UE（V） IE（mA） Ro=UE/IE（Ω） 测量值

▲表格2—5直接测量法实验记录表

项目 数值 测量值 Ro（Ω） 5、用半电压法和零示法测量被测网络的等效内阻RＯ及其开路电压UＯＣ，线

路及数据表格自拟。

六、实验注意事项

1、注意测量时，数字万用表测电压、电阻、电流时表笔与量程的及时更换。 2、步骤“4”中，电源置零时千万不可将稳压电源短接。

3、用万用表直接测RＯ时，网络内的源必须先置零，以免损坏万用表；其次，欧姆档必须经调零后再进行测量。

4、改接线路时，要关掉电源。

七、思考题

1、在求戴维南等效电阻时，做短路实验，测IＳＣ的条件是什么？在本实验中可否直接做负载短路实验？请实验前对线路2—5（ａ）预先做好计算，以便调整实验线路及测量时可准确地选取电表的量程。

2、说明测有源二端网络开路电压及等效内阻的几种方法，并比较其优缺点。