儀器內(nèi)阻、有源網(wǎng)絡(luò)的等效參數(shù)測量 實驗報告

1、學(xué)生序號6實驗報告課程名稱： 電路與模擬電子技術(shù)實驗 指導(dǎo)老師： 張冶沁 成績：_實驗名稱：儀器內(nèi)阻、有源網(wǎng)絡(luò)的等效參數(shù)測量實驗類型： 電路實驗 同組學(xué)生姓名：_一、實驗?zāi)康暮鸵螅ū靥睿┒嶒瀮?nèi)容和原理（必填）三、主要儀器設(shè)備（必填）四、操作方法和實驗步驟五、實驗數(shù)據(jù)記錄和處理六、實驗結(jié)果與分析（必填）七、討論、心得一、實驗?zāi)康暮鸵?、了解電壓表、電流表內(nèi)阻的測量方法；2、理解儀表內(nèi)阻對測量誤差的影響；3、掌握修正儀表內(nèi)阻對測量誤差影響的方法；4、驗證戴維南定理和諾頓定理；5、驗證電壓源與電流源相互進行等效轉(zhuǎn)換的條件；6、了解實驗時電源的非理想狀態(tài)對實驗結(jié)果的影響。二、實驗內(nèi)容和原理儀表

2、內(nèi)阻對測量結(jié)果的影響和修正儀表內(nèi)阻是指儀表在工作狀態(tài)下，在儀表兩個輸入端子之間所呈現(xiàn)的等效電阻或阻抗。在精確測量中，必須考慮由于輸入電阻有限所引起的測量誤差。儀表內(nèi)阻的測量方法：1、萬用表直接測量2、伏安法3、半偏法儀表內(nèi)阻對測量值的影響及修正方法使用內(nèi)阻為Rv的電壓表測量圖(a)所示電阻R2兩端的電壓值為V，利用戴維南定理從電壓表兩端將原電路簡化，得到如圖(b)所示等效電路，其中Uoc是待測的理想電壓值（表內(nèi)阻為無限大時測量，應(yīng)該得到的電壓值），V是電壓表的指示值，等效電阻上的電壓降就是由于電壓表內(nèi)阻造成的誤差。電壓誤差的大小為實驗名稱：_姓名：_學(xué)號：_有源網(wǎng)絡(luò)的等效參數(shù)測量任何一個線性網(wǎng)

3、絡(luò)，如果只研究其中一條支路的電壓和電流，則可將電路的其余部分看作是一個含源的一端口網(wǎng)絡(luò)。這時可用一個等效電壓源來代替其對外部電路的作用，該電壓源的電動勢等于這個含源一端口網(wǎng)絡(luò)的開路電壓，其等效內(nèi)阻等于這個含源一端口網(wǎng)絡(luò)中各電源均為零時的無源一端口網(wǎng)絡(luò)的入端電阻，這個結(jié)論就是戴維南定理。如果這個含源一端口網(wǎng)絡(luò)用等效電流源來代替，其等效電流就等于這個含源一端口網(wǎng)絡(luò)的短路電流，其等效內(nèi)電導(dǎo)等于這個含源一端口網(wǎng)絡(luò)各電源均為零時的無源一端口網(wǎng)絡(luò)的入端電導(dǎo)，這個結(jié)論就是諾頓定理。實驗電路圖：注：實驗室中用萬用表實測得左上電阻為515，左下電阻為516，右上電阻為335，下面以此為計算依據(jù)將A、B兩端左側(cè)電

4、路做戴維南等效，理論計算求得等效電壓為US=10.7，等效電阻為Rd=335將A、B兩端左側(cè)電路做諾頓等效，理論計算求得等效電流為IS=31.9mA，等效電阻為Rd=335三、主要儀器設(shè)備MES-1電工實驗臺直流部分相關(guān)儀表：雙路直流電壓源、直流電流源、直流電壓表、直流電流表MY61萬用表實驗板四、操作方法和實驗步驟A、實驗原理1任務(wù)：1、分別測量直流微安表和直流電壓表的內(nèi)阻值。實驗名稱：_姓名：_學(xué)號：_2、測量圖7-2-4中各元件上的電壓和各支路的電流，其中Us9V，Is28mA，R1的標稱值為180，R2的標稱值為150。圖中元件電壓用直流電壓表測量，各支路電流用直流微安表測量。測量數(shù)據(jù)

5、表格自擬。3、據(jù)實驗室的設(shè)備條件，選擇合適的方法，分別修正各電表內(nèi)阻對測量結(jié)果的影響。4、分析實驗任務(wù)2中由于電表內(nèi)阻對測量產(chǎn)生的誤差。B、實驗原理2任務(wù)：1、按圖7-5-1（b）接線，改變可調(diào)電阻R，測量UAB和IR的關(guān)系曲線，特別注意要測出R=及R=0時的電壓和電流。（任務(wù)1）2、測量無源一端口網(wǎng)絡(luò)的入端電阻。將電流源開路，同時將電壓源短路，再將負載電阻開路，用伏安法或直接用萬用表測量A、B兩點間的電阻，即為該網(wǎng)絡(luò)的入端電阻RAB。3、將A、B兩端左側(cè)電路做戴維南等效（請繪制等效電路圖），重復(fù)測量UAB和IR的關(guān)系曲線并與任務(wù)1所測得的數(shù)據(jù)進行比較，驗證戴維南定理。（任務(wù)2）4、將A、B兩

6、端左側(cè)電路做諾頓等效（請繪制等效電路圖），重復(fù)測量UAB和IR的關(guān)系曲線，并與任務(wù)1所測得的數(shù)據(jù)進行比較，驗證諾頓定理。（任務(wù)3）五、實驗數(shù)據(jù)記錄和處理1.測量直流微安表和電壓表的內(nèi)阻值用數(shù)字式萬用表測量直流微安表內(nèi)阻（短接示數(shù)0.5）直流微安表量程/mA2202002000內(nèi)阻測量值/量程9.9/2001.7/2001.6/2000.7/200修正內(nèi)阻測量值/量程9.4/2001.2/2001.1/2000.2/200測量不確定度/±(0.8%*9.4+0.1*3)±(0.8%*1.2+0.1*3)±(0.8%*1.1+0.1*3)±(0.8%*0.2

7、+0.1*3)測量結(jié)果/9.4±0.41.2±0.31.1±0.30.2±0.3實驗名稱：_姓名：_學(xué)號：_用數(shù)字式萬用表測量直流電壓表內(nèi)阻（短接示數(shù)過小故忽略）直流電壓表量程/V0.2220200內(nèi)阻測量值/量程55.8k/200k5.52M/20M5.51M/20M5.05M/20M測量不確定度/±(0.8%*55.8k+100*1)±(1%*5.52M+0.01M*1)±(1%*5.51M+0.01M*1)±(1%*5.05M+0.01M*1)測量結(jié)果/(55.8±0.5)k(5.52±0

8、.06)M(5.51±0.06)M(5.05±0.06)M2.測量圖7-2-4中各元件上的電壓和電流按照圖7-2-4接線，調(diào)整穩(wěn)壓源US=9V，恒流源IS=28mA，用直流電壓表和直流微安表測得I1/量程I2/量程U1/量程U2/量程14.49mA/20mA42.3mA/200mA2.60V/20V6.35V/20V3.按右圖接線，分別測量原電路和戴維南、諾頓等效電路的伏安特性原電路伏安特性，并測得入端電阻RAB=349，負載為1685時電壓源被倒灌，示數(shù)為8VR/03005008001000300050008000INFINITYU/V/5.16.517.698.179.

9、8610.2810.5310.87I/mA31.816.812.89.483.11.91.2/戴維南等效電路伏安特性，按照之前的測量結(jié)果，等效電壓為US=10.87V，等效電阻為Rd=349R/03005008001000300050008000INFINITYU/V/5.036.427.608.099.8010.2210.4810.93I/mA30.916.612.79.37.93.11.91.2/諾頓等效電路伏安特性，按照之前的測量結(jié)果，等效電流為IS=31.8mA，等效電阻為Rd=349實驗名稱：_姓名：_學(xué)號：_R/03005008001000300050008000INFINITYU

10、/V/5.006.387.558.049.7310.1610.4110.90I/mA30.716.512.69.37.93.11.91.2/六、實驗結(jié)果與分析1.經(jīng)過對比查閱直流微安表和電壓表的技術(shù)手冊，測量的內(nèi)阻值在相應(yīng)的檔位上和廠家標注的內(nèi)阻值比較接近，萬用表測電阻誤差很小，可以認為測量結(jié)果較為可靠。2.實驗過程中，恒流源和穩(wěn)壓源輸出基本穩(wěn)定，將測得的電流和電壓值和理論計算值進行比較I1/mAI2/mAU1/VU2/V測量值14.4942.32.606.35理論值14.5542.552.626.38電壓表兩端得到的電壓測量等效電路如右圖：其中U是電壓表測得的電壓值，實際為電表內(nèi)阻的上的電壓

11、，由此得電壓表內(nèi)阻造成的誤差為根據(jù)前面測得數(shù)據(jù)，20V量程下電壓表的內(nèi)阻為5.51M，代入公式得修正值：U1=-3.86×10-5V，U2=-9.43×10-5V修正量過小，可以忽略，而實際上因為電壓表內(nèi)阻比等效電阻大4個數(shù)量級，對電路基本沒有影響，測得的數(shù)據(jù)基本和理論值一致，剩下微小的誤差可以認為是偶然誤差。電流表兩端得到的電流測量等效電路如右圖：其中I是電流表測得的電流值，實際為經(jīng)過電流表內(nèi)阻的電流，由此得電流表內(nèi)阻造成的誤差為根據(jù)前面測得數(shù)據(jù)，20mA和200mA下電流表內(nèi)阻分別為1.2和1.1，帶入公式得修正值：I1=-0.05mA，I2=-0.14mA因為電流表內(nèi)

12、阻和等效電阻相差在2個數(shù)量級左右，對電路有輕微影響，有必要進行修正，修正之后I1=14.54mA，I2=42.44mA，與理論值更加接近了，剩下的微小誤差可以認為是偶然誤差。I1/mAI2/mAU1/VU2/V修正值14.5442.442.606.35理論值14.5542.552.626.38實驗誤差0.010.110.020.033.首先發(fā)現(xiàn)當負載電阻達到約1685時電壓源被倒灌，這是由于實驗室電壓源并非是理想電壓源，當負載達到一定大小時，電流將會流入電壓源，造成其電壓升高，此時給電壓源并聯(lián)一個大阻值的電阻可以保護電壓源并維持電路正常工作。實驗名稱：_姓名：_學(xué)號：_ 根據(jù)測得的數(shù)據(jù)對三個電

13、路分別進行擬合，相關(guān)系數(shù)基本為1，表明回歸系數(shù)準確度較高，對兩種等效電路的擬合系數(shù)和原電路進行對比：斜率截距戴維南電路和原電路誤差值（絕對值）0.07720.887相對誤差2.65%2.79%諾頓電路和原電路誤差值（絕對值）0.08221.095相對誤差2.82%3.45%本次實驗中，可能由于電表接觸原因，以及電路中電阻的不穩(wěn)定，未能達到很高的精度。但總體而言，誤差較小，說明在誤差允許范圍內(nèi)，戴維南電路和諾頓電路和原電路等效。戴維南等效和諾頓等效僅適用于含源一端口線性網(wǎng)絡(luò)，且戴維南等效不適用于網(wǎng)絡(luò)為理想電流源的情況，諾頓等效不適用于網(wǎng)絡(luò)為理想電壓源的情況。七、討論、心得通過本次實驗，我加深了對

14、電壓表和電流表測量誤差的理解，大致了解了它們的內(nèi)阻范圍，因此在選用電表以及選擇內(nèi)外接方式的時候都需要考慮被測電路電阻和電表內(nèi)阻的大小關(guān)系，同時也了解了簡單的修正方法。對戴維南、諾頓定理的驗證讓我更加熟悉了這兩種電路分析理論的本質(zhì)，也見證了它們在實際電路中應(yīng)用的有效性。Multisim實驗仿真原電路仿真測量等效電阻（電流源斷路，電壓源短路）得等效電阻335；恢復(fù)電源后測得開路電壓為10.7V，短路電流為31.94mA再按照下圖仿真測量電壓和電流得R/3005008001000300050008000U/V5.0556.4077.5418.0159.62510.02710.269I/mA17139.4278.0173.