《电路原理》

实   验   报   告

实验时间：20##/4/26         

一、实验目的

       1. 验证戴维宁定理

       2. 测定线性有源一端口网络的外特性和戴维宁等效电路的外特性。

二、实验原理

戴维宁定理指出：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，理想电压源的电压等于原一端口的开路电压，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，见图2-1。

图2-1                              图2-2

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与电压表的内阻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2-2所示，为高精度的标准电压源，为标准分压电阻箱，为高灵敏度的检流计。调节电阻箱的分压比，、两端的电压随之改变，当时，流过检流计的电流为零，因此

式中为电阻箱的分压比。根据标准电压和分压比就可求得开路电压，因为电路平衡时，不消耗电能，所以此法测量精度较高。

2. 等效电阻的测量方法

对于已知的线性有源一端口网络，其入端等效电阻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，在端外加一已知电压，测量一端口的总电流，则等效电阻。

实际的电压源和电流源都具有一定的内阻，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：测量端的开路电压及短路电流则等效电阻

这种方法适用于端等效电阻较大，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2-3                                       图2-4

方法三：两次电压测量法

测量电路如图2-3所示，第一次测量端的开路，第二次在端接一已知电阻（负载电阻），测量此时、端的负载电压，则、端的等效电阻为：

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. 如果用电压等于开路电压的理想电压源与等效电阻相串联的电路（称为戴维宁等效电路，参见图2-4）来代替原有源二端网络，则它的外特性应与有源二端网络的外特性完全相同。实验原理电路见图2-5b。

(a)                                   (b)

图2-5

三、预习内容

       在图2-5(a)中设=10V，=6V，=1KW，根据戴维宁定理将AB以左的电路化简为戴维宁等效电路。即计算图示虚线部分的开路电压，等效内阻及A、B直接短路时的短路电流之值，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. 用戴维宁定理求支路电流

       测定有源二端网络的开路电压和等效电阻

       按图2-5(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。电压表内阻应远大于二端网络的等效电阻。

       用两种方法测定有源二端网络的等效电阻

       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和预习中计算出的估算网络的短路电流大小，在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，并将此短路电流数据记入表格2-1中。

       B. 采用原理中介绍的方法三测量：

       接通负载电阻，调节电位器，使=1KW，使毫安表短接，测出此时的负载端电压，并记入表格2-1中。

表2-1

       取A、B两次测量的平均值作为（的计算在实验报告中完成）

       2. 测定有源二端网络的外特性

       调节电位器即改变负载电阻之值，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，测量电压时，应将接在AC间的毫安表短路，测量电流时，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. 测定戴维宁等效电路的外特性。

       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值，以此作为理想电压源，调节电位器，使，并保持不变，以此作为等效内阻，将两者串联起来组成戴维宁等效电路。按图2-5(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、实验结果与分析

1. 应用戴维宁定理，根据实验数据计算支路的电流))，并与计算值进行比较。实验数据计算:I3=UOC/(Req+RL)=5.32mA

理论计算值  ：I3=U/(Req+RL)=5.33mA

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。判断戴维宁定理的正确性。

（1）

     (2)

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）。

戴维宁定理指出：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5-1所示。 根据 外特性曲线求出斜率tgφ，则内阻

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5-2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。

(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5-3所示.。

  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。

1.比较测量法

戴维南定理是一个等效定理，因此应想办法验证等效前后对其他电路的影响是否一致，即等效前后的外特性是否一致。

实验中首先测量员电路的外特性，再测量等效电路的外特性，最后比较两者是否一致。等效电路中等效参数的后去，可通过测量得到，并同根据电路结构所推导计算出的结果相比较。

实验中器件的参数应使用实际测量值。实际值和器件的标称值是有差别的，所有的理论计算应基于其间的实际值。

2.等效参数的获取

等效电路Uoc:直接测量被测电路的开路电压，该电压就是等效电压。

等效电阻R0：将电路中多有电压源短路，所有电流源开路，使用万用表电阻挡测量。本实验采用如图所示的实验电路。

3.测量点个数以及间距的选取。

测试过程中测量点个数以及间距的选取与测量特性和形状有关。对于直线特性，应使测量间隔尽量平均，对于非特性特性应在变化陡峭处多测些点。测量的目的是为了用有限的电描述曲线的整体形状和细节特征。因此应注意测试过程中测量点个数以及间距的选取。 1

苏州大学电子信息学院12微电子 曹杰1228402049

为了比较完整的反映特性和形状，一般去10个以上的测量点。

本实验中由于特性曲线是直线形状，因此测量点应均与选取。为了保证测量点分布合理，应先测量特性的最大值和最小值，在根据点数合理选择测量间距。

4.电路的外特性测量办法。

在输出端口上接可变负载（如电位器），改变负载（调节电位器）测量端口的电压和电流。

1、任何电路都可以把它看作一个二端网络。

2、戴维南定理：指的是任一线性有源二端网络，对其外电路来说，都可以用一个电动势为E的理想电压源和内阻为Ro相串联的有源支路来等效代替。又称电压源定理。

3、戴维南定理的解题步骤：先断开所求支路，求开路电压；再除去所有电源，求开路

 等效电阻；再等效为电压源，接回断开支路，求所求的电压或电流。

任何电路的戴维南等效电路都是一个等效电压和一个等效电阻的串联，TLV27L1IDBVR不管它原来的电路是什么样的。戴维南定理的意义在于在电路接人外部负载的时候可以用等效电路来代替原来电路。连接在戴维南等效电路终端的任何负载电阻和将它连接在原来电路终端的时候具有一样的电流和电压。 ;;; 现在给出一个使用戴维南定理的步骤，概述如下： ;;; 第一步：将所求电路的戴维南等效电路的两个端子断开（移去所有负载）。 ;;; 第二步：求开路两端的电压。 ;;; 第三步：在所有的电源都被它们的内阻取代时（理想电压源被短路），求两个端子之间的电阻R。。 ;;; 第四步：将VTH和RTH串联就完成了将原始电路简化为戴维南等效电路。 ;;; 第五步：将在第一步中移去的负载电阻重新放置在戴维南等效电路的输出两端。现在就可以用欧姆定律来计算负载电流和负载电压了，它们和原来电路具有相同的负载电流和负载电压。 ;;; 另外还有两个定理有时候也用来分析电路。一个是诺顿定理，与戴维南定理相类似，只是它是处理电流源而不是处理电压源。另外一个是弥尔曼定理，它处理的是并联电压源。了解诺顿定理和弥尔曼定理见附录。 ;;; 提示; 电路的戴维南电阻可以用如下方法测量，先在电路的输出端逄接一个可变电阻器，然后调节电阻的大小，直到电路的输出电压等于开路电压的一半。现在，将这个可变电阻器从电路中移除并测量它的电阻值，这个电阻值就等于该电路的戴维南等效电阻值。

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…

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