實(shí)訓(xùn)任務(wù)23等效變換法分析復(fù)雜電路3

1、 主主 編：徐超明編：徐超明副主編：李副主編：李 珍、姚華青、陳建新珍、姚華青、陳建新 王平康、劉王平康、劉 強(qiáng)強(qiáng) 工作任務(wù)： 簡單電路的測試分析。 電阻間的等效變換。 基爾霍夫定律的研究與應(yīng)用。 支路電流法的驗(yàn)證。 疊加定理的研究。 測定電源等效變換的條件。 戴維南定理的驗(yàn)證有源二端網(wǎng)絡(luò)等效參數(shù)的測定。 最大功率傳輸條件測定。 含有受控源電路的分析。2021-12-2522.3.1 2.3.1 疊加定理及其應(yīng)用疊加定理及其應(yīng)用實(shí)訓(xùn)實(shí)訓(xùn)2-42-4：疊加定理的研究：疊加定理的研究實(shí)訓(xùn)實(shí)訓(xùn)2-52-5：驗(yàn)證疊加定理：驗(yàn)證疊加定理2.3.2 2.3.2 實(shí)際電壓源和實(shí)際電流源的等效互換實(shí)際電壓源和

2、實(shí)際電流源的等效互換實(shí)訓(xùn)實(shí)訓(xùn)2-62-6：測定電源等效變換的條件：測定電源等效變換的條件2.3.3 2.3.3 戴維南定理及其應(yīng)用戴維南定理及其應(yīng)用實(shí)訓(xùn)實(shí)訓(xùn)2-72-7：戴維南定理的驗(yàn)證：戴維南定理的驗(yàn)證有源二端網(wǎng)絡(luò)等效參數(shù)有源二端網(wǎng)絡(luò)等效參數(shù)的測定的測定實(shí)訓(xùn)實(shí)訓(xùn)2-82-8：最大功率傳輸條件測定：最大功率傳輸條件測定2021-12-2532021-12-2541. 二端網(wǎng)絡(luò)二端網(wǎng)絡(luò)二端網(wǎng)絡(luò)：有二端網(wǎng)絡(luò)：有2個引出端的電路。個引出端的電路。無源二端網(wǎng)絡(luò)：無源二端網(wǎng)絡(luò)：由電阻組成電路。由電阻組成電路。等效等效等效等效有源二端網(wǎng)絡(luò)：有源二端網(wǎng)絡(luò)：含有電源電路含有電源電路2021-12-2552.戴

3、維南定理戴維南定理 任一有源二端網(wǎng)絡(luò)都可化簡為一實(shí)際電壓源，電壓值任一有源二端網(wǎng)絡(luò)都可化簡為一實(shí)際電壓源，電壓值為網(wǎng)絡(luò)端口電壓為網(wǎng)絡(luò)端口電壓UOC，電阻值為網(wǎng)絡(luò)無源化后的端口電阻，電阻值為網(wǎng)絡(luò)無源化后的端口電阻R0。網(wǎng)絡(luò)無源化：電壓源短路，電流源開路。網(wǎng)絡(luò)無源化：電壓源短路，電流源開路。2021-12-2563. 有源二端網(wǎng)絡(luò)等效參數(shù)的測定有源二端網(wǎng)絡(luò)等效參數(shù)的測定 應(yīng)用戴維南定理的關(guān)鍵是求出應(yīng)用戴維南定理的關(guān)鍵是求出有源二端網(wǎng)絡(luò)有源二端網(wǎng)絡(luò)N的開路的開路電壓電壓UOC和與之對應(yīng)的和與之對應(yīng)的無源網(wǎng)絡(luò)無源網(wǎng)絡(luò)N0的等效電阻的等效電阻R0。 開路電壓開路電壓UOC一般是通過前面所介紹的分析方法和

4、定一般是通過前面所介紹的分析方法和定理來求解。當(dāng)然，開路電壓也可以通過實(shí)驗(yàn)的方法測得。理來求解。當(dāng)然，開路電壓也可以通過實(shí)驗(yàn)的方法測得。在精度要求不高的情況下，可用電壓表直接測量在精度要求不高的情況下，可用電壓表直接測量UOC。2021-12-2573. 有源二端網(wǎng)絡(luò)等效參數(shù)的測定有源二端網(wǎng)絡(luò)等效參數(shù)的測定求解等效電阻求解等效電阻R0的方法主要有下列幾種。的方法主要有下列幾種。（1）將有源二端網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部所有獨(dú)立電源置零，即電壓源用）將有源二端網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部所有獨(dú)立電源置零，即電壓源用短路替代，電流源用開路替代，得到與之對應(yīng)的無源網(wǎng)絡(luò)短路替代，電流源用開路替代，得到與之對應(yīng)的無源網(wǎng)絡(luò)N0。然后，根據(jù)電阻

5、串并聯(lián)、星形與三角形等效變換等方法，求然后，根據(jù)電阻串并聯(lián)、星形與三角形等效變換等方法，求出該二端的等效電阻出該二端的等效電阻。（理論計(jì)算法）（理論計(jì)算法）（2）用萬用表直接測量等效電阻。用萬用表直接測量等效電阻。（直接測量直接測量法）法）2021-12-258（3）外加電源法）外加電源法 將有源二端網(wǎng)絡(luò)所有獨(dú)立電源置零，將有源二端網(wǎng)絡(luò)所有獨(dú)立電源置零，在端口在端口a、b處施加一電壓或電流，計(jì)算或測處施加一電壓或電流，計(jì)算或測量輸入端口的電流量輸入端口的電流I或電壓或電壓U，則等效電阻則等效電阻R0=U/I。（4）開路短路法開路短路法 將有源二端網(wǎng)絡(luò)輸出端開路，將有源二端網(wǎng)絡(luò)輸出端開路，用電壓

6、表直接測出其輸出端的開路用電壓表直接測出其輸出端的開路電壓電壓Uoc，然后再將其輸出端短路，然后再將其輸出端短路，用電流表測其短路電流用電流表測其短路電流Isc，則等效，則等效電阻為電阻為R0=UOC/ISC。 如果二端網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)阻很小，若將如果二端網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)阻很小，若將其輸出端口短路則易損壞其內(nèi)部元件，其輸出端口短路則易損壞其內(nèi)部元件，此時不宜采用此方法。此時不宜采用此方法。求解等效電阻求解等效電阻R0的方法的方法2021-12-259還有還有（1）半電壓法測等效電阻）半電壓法測等效電阻R0 當(dāng)負(fù)載電壓為被測網(wǎng)絡(luò)開路電壓的一半時，負(fù)載電阻（由電阻箱當(dāng)負(fù)載電壓為被測網(wǎng)絡(luò)開路電壓的一半時，負(fù)載電阻（

7、由電阻箱的讀數(shù)確定）即為被測有源二端網(wǎng)絡(luò)的等效內(nèi)阻值。的讀數(shù)確定）即為被測有源二端網(wǎng)絡(luò)的等效內(nèi)阻值。（2）零示法測量開路電壓）零示法測量開路電壓UOC 用一低內(nèi)阻的穩(wěn)壓電源與被測有源二端網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行比較，當(dāng)穩(wěn)壓電用一低內(nèi)阻的穩(wěn)壓電源與被測有源二端網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行比較，當(dāng)穩(wěn)壓電源的輸出電壓與有源二端網(wǎng)絡(luò)的開路電壓相等時，電壓表的讀數(shù)將為源的輸出電壓與有源二端網(wǎng)絡(luò)的開路電壓相等時，電壓表的讀數(shù)將為“0”。然后將電路斷開，測量此時穩(wěn)壓電源的輸出電壓，即為被測有。然后將電路斷開，測量此時穩(wěn)壓電源的輸出電壓，即為被測有源二端網(wǎng)絡(luò)的開路電壓。源二端網(wǎng)絡(luò)的開路電壓。半電壓法測等效電阻半電壓法測等效電阻零示法測量開路電壓

8、零示法測量開路電壓2021-12-25101）用開路電壓、短路電流法測定戴維南等效電路的）用開路電壓、短路電流法測定戴維南等效電路的UOC、R0。實(shí)訓(xùn)流程：實(shí)訓(xùn)流程：（1）按圖）按圖2.35（a）所示接入電路，其）所示接入電路，其中穩(wěn)壓電源中穩(wěn)壓電源US=12V，恒流源，恒流源Is=10mA。（2）不接入）不接入RL，用電壓表測出開路電，用電壓表測出開路電壓壓UOC，用電流表測出短路電流，用電流表測出短路電流ISC，并，并計(jì)算出計(jì)算出R0。Uoc(v)Isc(mA)R0=Uoc/Isc()表表2-9開路電壓、等效電阻測量開路電壓、等效電阻測量2021-12-25112）負(fù)載實(shí)驗(yàn)）負(fù)載實(shí)驗(yàn) 按圖

9、按圖2.35（a）接入）接入RL。改變。改變RL阻值，測量有源二端網(wǎng)絡(luò)的外特阻值，測量有源二端網(wǎng)絡(luò)的外特性曲線。性曲線。實(shí)訓(xùn)流程：實(shí)訓(xùn)流程：表表2-10 有源二端網(wǎng)絡(luò)的外特性曲線測量有源二端網(wǎng)絡(luò)的外特性曲線測量U（V）I（mA）2021-12-2512實(shí)訓(xùn)流程：實(shí)訓(xùn)流程：3）驗(yàn)證戴維南定理）驗(yàn)證戴維南定理 從電阻箱上取得按步驟從電阻箱上取得按步驟1）所得的等效電阻）所得的等效電阻R0之值，然后令其與之值，然后令其與直流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電源調(diào)到步驟調(diào)到步驟1）所測得的開路電壓）所測得的開路電壓Uoc之值之值相串聯(lián)，如圖相串聯(lián)，如圖2.35（b）所示，仿照步驟）所示，仿照步驟2）測其外特性，對戴維

10、南定理進(jìn)行驗(yàn)證。）測其外特性，對戴維南定理進(jìn)行驗(yàn)證。2021-12-2513實(shí)訓(xùn)流程：實(shí)訓(xùn)流程：4）有源二端網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的其他測量方法）有源二端網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的其他測量方法（1）在圖）在圖2.35（a）中，將被測有源網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的所有獨(dú)立源置零（將電流源）中，將被測有源網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的所有獨(dú)立源置零（將電流源IS斷開，去掉電壓源斷開，去掉電壓源US，并在原電壓源所接的兩點(diǎn)用一根短路導(dǎo)線相連），并在原電壓源所接的兩點(diǎn)用一根短路導(dǎo)線相連），然后直接用萬用表的歐姆檔去測定負(fù)載然后直接用萬用表的歐姆檔去測定負(fù)載RL開路時開路時A、B兩點(diǎn)間的電阻，此即兩點(diǎn)間的電阻，此即為被測網(wǎng)絡(luò)的等效電阻為被測網(wǎng)絡(luò)的等效電阻R0。 等效電阻等

11、效電阻R0= 。（2）用半電壓法和零示法測量被測網(wǎng)絡(luò)的等效電阻）用半電壓法和零示法測量被測網(wǎng)絡(luò)的等效電阻R0及其開路電壓及其開路電壓UOC 等效電阻等效電阻R0= ；開路電壓；開路電壓UOC= 。（3）比較各種方法所測得的有源二端網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)值。）比較各種方法所測得的有源二端網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)值。2021-12-25144. 用戴維南定理求解電路用戴維南定理求解電路解題步驟解題步驟1）移去待求支路電流的）移去待求支路電流的支路（形成二端網(wǎng)絡(luò)）支路（形成二端網(wǎng)絡(luò)）2）求端口電壓）求端口電壓UOC3）求無源端口電阻）求無源端口電阻RO4）畫戴維南等效電路）畫戴維南等效電路5）接入待求支路求解）接入待求支路求

12、解戴維南定理常用來分析電路中某一支路的電流和電壓。戴維南定理常用來分析電路中某一支路的電流和電壓。2021-12-25154. 用戴維南定理求解電路用戴維南定理求解電路【例例2-92-9】圖圖2.362.36（a a）所示電路中，）所示電路中，U US1S1=12V=12V，I IS2S2=2A=2A，R R1 1=2=2，R R2 2=1=1，R R3 3=3=3，R RL L=6=6，求電阻，求電阻R RL L上的電流上的電流I I。解：（解：（1）將電阻）將電阻RL斷開，求出移去斷開，求出移去RL后的后的a、b二端有源網(wǎng)絡(luò)的開路電壓二端有源網(wǎng)絡(luò)的開路電壓UOC，如圖如圖2.36（b）所示

13、。）所示。 將電流源將電流源IS2與電阻與電阻R1組成的實(shí)際組成的實(shí)際電流源轉(zhuǎn)換成實(shí)際電壓源，可得到電流源轉(zhuǎn)換成實(shí)際電壓源，可得到OCab122 2UU2 148 V2 1 3 （ ）2021-12-25164. 用戴維南定理求解電路用戴維南定理求解電路【例例2-9】圖圖2.36（a）所示電路中，）所示電路中，US1=12V，IS2=2A，R1=2，R2=1，R3=3，RL=6，求電阻，求電阻RL上的電流上的電流I。解：解： （2）求出）求出a、b二端無源網(wǎng)絡(luò)（電二端無源網(wǎng)絡(luò)（電壓源用短路替代，電流源用開路替代）壓源用短路替代，電流源用開路替代）的等效電阻的等效電阻R0，如圖，如圖2.36（c

14、）所示。）所示。0123RRR/ /R3/ /31.5 （）（ ）（3）畫出有源二端網(wǎng)絡(luò)的等效電路，）畫出有源二端網(wǎng)絡(luò)的等效電路，并將電阻并將電阻RL接上，如圖接上，如圖2.36（d）所示，）所示，求電流求電流I。OC0LU8I1.067 ARR1.56（ ）2021-12-25174. 用戴維南定理求解電路用戴維南定理求解電路【例【例2-10】用戴維南定理求解例用戴維南定理求解例2-7電路圖中的電阻電路圖中的電阻R2上的電壓和電流。上的電壓和電流。如圖如圖2.22（a）所示：）所示：US=12V，IS= 2A，R1=4，R2=6，R3=8，R4=4解：（解：（1）將電阻）將電阻R2斷開，移去

15、斷開，移去R2后的后的a、b二端有源網(wǎng)絡(luò)如圖二端有源網(wǎng)絡(luò)如圖2.37（b）所示。）所示。求出的開路電壓求出的開路電壓UOC。電流電流IS只流過只流過R4電阻，故可得到電阻，故可得到OCabSS4UUUI R122 44 V （ ）2021-12-25184. 用戴維南定理求解電路用戴維南定理求解電路【例【例2-10】用戴維南定理求解例用戴維南定理求解例2-7電路圖中的電阻電路圖中的電阻R2上的電壓和電流。上的電壓和電流。如圖如圖2.22（a）所示：）所示：US=12V，IS= 2A，R1=4，R2=6，R3=8，R4=4解：解： （2）求出）求出a、b二端無源網(wǎng)絡(luò)（電壓源二端無源網(wǎng)絡(luò)（電壓源用

16、短路替代，電流源用開路替代）的等用短路替代，電流源用開路替代）的等效電阻效電阻R0。04RR4（3）畫出有源二端網(wǎng)絡(luò)的等效電路，并將電阻）畫出有源二端網(wǎng)絡(luò)的等效電路，并將電阻R2接上，如圖接上，如圖2.37（c）所示，求出電流所示，求出電流I2和電壓和電壓U2。OC202U4I0.4 ARR46（ ）22OC02R6UU42.4 VRR46（ ）2021-12-25195. 負(fù)載獲得最大功率的條件負(fù)載獲得最大功率的條件最大功率傳輸定理最大功率傳輸定理 一個有源網(wǎng)絡(luò)均可用一個實(shí)際電壓一個有源網(wǎng)絡(luò)均可用一個實(shí)際電壓源等效替代，因此，任何一個電路都可化源等效替代，因此，任何一個電路都可化為負(fù)載與電壓

17、源的串聯(lián)，如圖為負(fù)載與電壓源的串聯(lián)，如圖2.38所示。所示。則負(fù)載獲得的功率為則負(fù)載獲得的功率為22SLLL0LUPI RRRR在在US、R0一定時，要使一定時，要使PL最大，應(yīng)使最大，應(yīng)使LLdP0dR20LLS3L0LRRdPU0dRRR（）負(fù)載負(fù)載RL獲得最大功獲得最大功率的條件為率的條件為L0RR2021-12-25205. 負(fù)載獲得最大功率的條件負(fù)載獲得最大功率的條件此時，負(fù)載獲得的功率是此時，負(fù)載獲得的功率是RL=R0時，稱為功率匹配。時，稱為功率匹配。2SLmax0UP4R傳輸效率傳輸效率2LLLS0L0LPI RRU IRRI IRR（）說明：上述條件的前提是說明：上述條件的前

18、提是Us和和R0不變。不變。電路效率電路效率=50=50%，較低。，較低。電子技術(shù)中小信號放大電子技術(shù)中小信號放大-阻抗匹配阻抗匹配電子技術(shù)中大信號放大電子技術(shù)中大信號放大-效率太低。效率太低。2021-12-25215. 負(fù)載獲得最大功率的條件負(fù)載獲得最大功率的條件【例例2-11】如圖如圖2.39（a）所示的電路圖）所示的電路圖中，中，US=24V，IS=4A，R1=12，R2=4，R3=6。求。求RL為何值時可獲得為何值時可獲得最大功率？此功率為多少？最大功率？此功率為多少？解：（解：（1）將待求支路去掉，其余部分）將待求支路去掉，其余部分為有源二端網(wǎng)絡(luò)，如圖為有源二端網(wǎng)絡(luò)，如圖2.39（

19、b）所示。）所示。（2）將有源二端網(wǎng)絡(luò)等效成一個電壓）將有源二端網(wǎng)絡(luò)等效成一個電壓源。源。開路電壓開路電壓UOC即電壓源的等效電壓，即電壓源的等效電壓，用疊加定理可得用疊加定理可得212OCS3s1212RR RUURIRRRR412 4246430(V)1241242021-12-25225. 負(fù)載獲得最大功率的條件負(fù)載獲得最大功率的條件解：解：二端無源網(wǎng)絡(luò)如圖二端無源網(wǎng)絡(luò)如圖2.39（c）所示，其等）所示，其等效電阻效電阻R0012312 4RR / /R +R+69()12+4（3）有源二端網(wǎng)絡(luò)的等效電路，并接）有源二端網(wǎng)絡(luò)的等效電路，并接上電阻上電阻RL，如圖，如圖2.39（d）所示，

20、可知）所示，可知當(dāng)當(dāng)RL=R0=9時，負(fù)載時，負(fù)載RL從電路中獲得從電路中獲得最大功率最大功率22OCLmax0U30P25 W4R4 9（）2021-12-2523實(shí)訓(xùn)流程：實(shí)訓(xùn)流程：（1）按圖）按圖2.40所示接線，負(fù)載所示接線，負(fù)載RL取自元件取自元件箱箱TKDG-05的電阻箱。的電阻箱。（2）按表）按表2-6所列內(nèi)容，令所列內(nèi)容，令RL在在01k范圍范圍內(nèi)變化時，分別測出內(nèi)變化時，分別測出UO、UL及及I的值，表中的值，表中UO，PO分別為穩(wěn)壓電源的輸出電壓和功率，分別為穩(wěn)壓電源的輸出電壓和功率，UL、PL分別為分別為RL二端的電壓和功率，二端的電壓和功率，I為電為電路的電流。在路的電

21、流。在PL最大值附近應(yīng)多測幾點(diǎn)。最大值附近應(yīng)多測幾點(diǎn)。表表2-6 最大功率傳輸條件測試表最大功率傳輸條件測試表US=12VR0=200RL（）UO（V）UL（V）I (mA)PO (W)PL (W)2021-12-2524【做一做】【做一做】（1）整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，畫出下的下列各關(guān)系曲）整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，畫出下的下列各關(guān)系曲線：線： IRL，UORL，ULRL，PORL，PLRL （2）根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，說明負(fù)載獲得最大功率）根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，說明負(fù)載獲得最大功率的條件是什么的條件是什么?【想一想想一想】（1）電力系統(tǒng)進(jìn)行電能傳輸時為什么不能工作在匹配工作狀態(tài)？）電力系統(tǒng)進(jìn)行電能傳輸時為什么不能工作在匹配工作

22、狀態(tài)？（2）實(shí)際應(yīng)用中，電源的內(nèi)阻是否隨負(fù)載而變？）實(shí)際應(yīng)用中，電源的內(nèi)阻是否隨負(fù)載而變？（3）電源電壓的變化對最大功率傳輸?shù)臈l件有無影響？）電源電壓的變化對最大功率傳輸?shù)臈l件有無影響？2021-12-2525 受控源電路的分析同樣可采用支路電流法、疊加定理、受控源電路的分析同樣可采用支路電流法、疊加定理、實(shí)際電源兩種模型等效變換和戴維南定理等方法。實(shí)際電源兩種模型等效變換和戴維南定理等方法。 受控源的處理與獨(dú)立源并無原則上的不同，只是要注受控源的處理與獨(dú)立源并無原則上的不同，只是要注意對電路進(jìn)行化簡時，不能隨意將含有控制量的支路消除意對電路進(jìn)行化簡時，不能隨意將含有控制量的支路消除掉；在計(jì)算過程中一般還有一個控制量和