電路實驗戴維寧

1、. .實驗4.2 疊加定理與戴維寧定理4.2.1實驗?zāi)康?加深對疊加定理、戴維寧定理的理解。2掌握在實驗室實現(xiàn)疊加定理和戴維寧定理的分析方法。3. 掌握在實驗室測試單口網(wǎng)絡(luò)等效電路參數(shù)的方法。4.了解阻抗匹配及應(yīng)用，掌握負(fù)載電阻從網(wǎng)絡(luò)中獲得最大傳輸功率的條件。5了解電源輸出功率與效率的關(guān)系。4.2.2實驗任務(wù)4.2.2.1根本實驗1利用疊加定理求出圖4-2-1所示電路中負(fù)載電阻RL的UL和IL。2畫出圖4-2-2所示單口網(wǎng)絡(luò)的伏安特性曲線。通過單口網(wǎng)絡(luò)的測試數(shù)據(jù)求出圖4-2-3所示等效電路的參數(shù)，并根據(jù)表格數(shù)據(jù)在同一個坐標(biāo)系中畫出伏安特性曲線。驗證戴維寧定理的正確性。圖4-2-2 戴維寧定理實

2、驗電路10mA+-IS5105101033012V-+US+-VRL1k10mA+-IS+-V圖4-2-1 疊加定理實驗電路5105101033012V-+USRL220圖4-2-3 戴維寧定理等效電路V+_RLmA_+1k+_UOCRO1850I/mAU/V0圖4-2-4 外特性曲線3用圖4-2-2驗證最大功率傳輸定理，畫出輸出功率隨負(fù)載變化的曲線，找出傳輸最大功率的條件。4.2.2.2擴(kuò)展實驗根據(jù)圖4-2-4的單口網(wǎng)絡(luò)外特性曲線設(shè)計一個等效電路標(biāo)明相應(yīng)參數(shù),并通過實驗驗證。4.2.3實驗設(shè)備1電壓源(0.030V/1A)一套2電流源(0.0200mA)一套3電位器(1k/5W)和十進(jìn)制可調(diào)

3、電阻(099999.9/2W)各一套4直流電壓表(0200V)或數(shù)字萬用表一只5直流毫安表(02000mA)一只6戴維南定理實驗電路板一塊7細(xì)導(dǎo)線電流插頭一副8細(xì)導(dǎo)線假設(shè)干4.2.4 實驗原理1疊加定理：由全部獨立電源在線性電路任一條支路中產(chǎn)生的電壓或電流，等于各個獨立電源單獨作用時，在此支路中所產(chǎn)生的電壓或電流的代數(shù)和。某一個獨立電源單獨作用時，應(yīng)將其它獨立的理想電源置0，即電壓源用短路線替代(uS=0,電流源用開路替代(iS=0)。2戴維寧定理：線性單口網(wǎng)絡(luò)可以用一個理想電壓源uoc與一個等效電阻R0相串聯(lián)的等效電路來代替。其中理想電壓源的電壓等于該網(wǎng)絡(luò)的開路電壓uoc，等效電阻R0等于該

4、網(wǎng)絡(luò)中所有獨立源為零時所得網(wǎng)絡(luò)的等效電阻。驗證戴維寧定理的思路是用實驗方法先找出等效電路的參數(shù)，然后再分別測量出有源二端口網(wǎng)絡(luò)和它的等效電路的伏安特性，在同一個坐標(biāo)系里比照兩個特性曲線，即可得到驗證結(jié)果。實驗室測量等效電阻R0方法：1歐姆表法將獨立源置零后直接用萬用表電阻檔測出等效電阻。2開路短路法UOCISCI/mAU/V0圖4-2-5 外特性曲線IU用R0=uoc/isc關(guān)系式計算等效電阻，即用電壓表、電流表測出該網(wǎng)絡(luò)的開路電壓uoc和短路電流isc，代入式子計算即可。假設(shè)單口網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)阻很小，那么不宜用此法。3伏安法用電壓表、電流表測出單口網(wǎng)絡(luò)的外特性曲線，如圖4-2-5所示。根據(jù)外特性曲

5、線求出斜率tan，那么等效電阻R0：R0tan4半電壓法如圖4-2-6所示，當(dāng)負(fù)載電壓為被測網(wǎng)絡(luò)開路電壓的一半時，負(fù)載電阻由十進(jìn)制可調(diào)電阻的讀數(shù)確定即為被測單口網(wǎng)絡(luò)的等效內(nèi)阻值。RL1k+_UOCROV+_UOC/2圖4-2-6 半電壓法+_UOCROUV_+-穩(wěn)壓電源圖4-2-7 零示法5零示法在測量具有高內(nèi)阻單口網(wǎng)絡(luò)的開路電壓時，用電壓表直接測量會造成較大的誤差。為了消除電壓表內(nèi)阻的影響，往往采用零示測量法，如圖4-2-7所示。零示法測量原理是用一低內(nèi)阻的穩(wěn)壓電源與被測單口網(wǎng)絡(luò)進(jìn)展比較，當(dāng)穩(wěn)壓電源的輸出電壓與單口網(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

6、輸出電壓U，即為被測單口網(wǎng)絡(luò)的開路電壓。3最大功率傳輸定理：線性單口網(wǎng)絡(luò)的端口外接負(fù)載電阻RL，當(dāng)負(fù)載RL=R0(電源的內(nèi)阻)時，負(fù)載電阻可從網(wǎng)絡(luò)中獲得最大功率，且最大功率PLmax=。RL=R0稱為阻抗匹配。負(fù)載得到的最大功率時電路的效率：=50% 。4匹配電路的特點及應(yīng)用在電路處于“匹配狀態(tài)時，電源本身要消耗一半的功率，此時電源的效率只有50%。顯然，這對電力系統(tǒng)的能量傳輸過程是絕對不允許的。發(fā)電機的內(nèi)阻是很小的，電路傳輸?shù)淖钪饕笜?biāo)是要高效率送電，最好是100%的功率均傳送給負(fù)載。為此負(fù)載電阻應(yīng)遠(yuǎn)大于電源的內(nèi)阻，即不允許運行在匹配狀態(tài)。而在電子技術(shù)領(lǐng)域里卻完全不同。一般的信號源本身功率較

7、小，且都有較大的內(nèi)阻。而負(fù)載電阻如揚聲器等往往是較小的定值，且希望能從電源獲得最大的功率輸出，而電源的效率往往不予考慮。通常設(shè)法改變負(fù)載電阻，或者在信號源與負(fù)載之間加阻抗變換器如音頻功放的輸出級與揚聲器之間的輸出變壓器，使電路處于工作匹配狀態(tài)，以使負(fù)載能獲得最大的輸出功率。5電流插頭與插座的配套使用的特點實驗所用的電流插座和電流插頭是在不改動電路的情況下，用一塊電流表來測量多個支路的電流。在后續(xù)的實驗工程將充分表達(dá)它的特有的功能。電流插頭的一端用于插入電流插座，另一端引出紅黑接線，用于連接電流表。電流插座在未接入電流插頭時，其內(nèi)部彈簧片是處于短接狀態(tài)，利用電流插座的這個特點，將電流插座和電流表

8、串入待測支路中。當(dāng)電流插頭插入電流插座后，電流插座的彈簧片處于斷開狀態(tài)，并將電流表串接在支路中，從而顯示出該支路電流。4.2.5預(yù)習(xí)提示1什么是疊加定理？什么是戴維寧定理？它們適用的條件分別是什么？2在應(yīng)用疊加定理時，對不作用的電源應(yīng)如何處理？可否直接將不作用的電壓源進(jìn)展短接置零？3求單口網(wǎng)絡(luò)等效電路的等效電阻有哪幾種實驗方法？并比較其優(yōu)缺點。4如何用實驗方法驗證兩個電路是等效的？5在求等效電阻R0時，如果電路中含有受控源，你會怎樣處理？6什么是最大功率傳輸定理？負(fù)載獲得最大功率的條件？7電力系統(tǒng)進(jìn)展電能傳輸時為什么不能工作在匹配工作狀態(tài)？4.2.6實驗步驟1利用疊加定理求出圖4-2-1所示電

9、路中負(fù)載電阻RL的UL和IL。1電壓源與電流源的設(shè)置。按電工臺“開機操作程序進(jìn)展操作。開啟電壓源，并將其輸出電壓調(diào)為直流電壓表示數(shù)為12V，關(guān)閉電壓源。將電流源輸出端短路，然后開啟其電源，并將其輸出調(diào)為10mA，去除短路線，關(guān)閉電流源。2按圖4-2-1所示電路聯(lián)接線路。將十進(jìn)制電阻連成220接入戴維南定理實驗電路板RL處。3將電流插頭插入電流插座中，并將插頭紅黑引出線按極性聯(lián)接至直流毫安表。4只有電壓源US作用：開啟電壓源。即IS=0電流源不作用，將UL電壓、IL電流記錄在表4-2-1中。表4-2-1 疊加定理測試表格條件測量值UL/VIL/mAUS單獨作用IS單獨作用US和IS共同作用驗證計

10、算+與誤差計算5只有電流源IS作用：關(guān)閉電壓源US，并將US用短路線替代，即電壓源不作用。開啟電流源，將UL電壓、IL電流記錄在表4-2-1中。6電壓源US和電流源IS共同作用：去除電壓源的短路線，開啟電壓源US和電流源IS，將UL電壓、IL電流記錄在表4-2-1中。7關(guān)閉電壓源和電流源。撤除線路。完成表格計算，并驗證疊加定理的正確性。2畫出圖4-2-2所示單口網(wǎng)絡(luò)的伏安特性曲線。求出其圖4-2-3所示等效電路的參數(shù)，并在同一個坐標(biāo)系中畫出伏安特性曲線。驗證戴維寧定理的正確性。1完成圖4-2-2所示單口網(wǎng)絡(luò)的伏安特性曲線測試，將圖4-2-1所示電路的負(fù)載(十進(jìn)制電阻220)改接為1k可調(diào)電阻。

11、1等效電阻測試，本實驗采用開路短路法進(jìn)展測試。開啟電壓源和電流源。將負(fù)載RL可調(diào)電阻短路白色鈕子開關(guān)置于左側(cè)或用一根導(dǎo)線將電阻兩端短接)，讀出RL短路電流Isc和電壓U(0)；斷開負(fù)載RL的一端，即使得RL=，測得負(fù)載開路電壓Uoc和電流I(0)，記錄于表4-2-2中。表4-2-2單口網(wǎng)絡(luò)伏安特性測試表RL/W01 kIL/mA實測值ISCUL/V (實測值)UOCR0 /WR0實測=UOC/ISC=R0理論=誤差計算將測得的該網(wǎng)絡(luò)的開路電壓Uoc和短路電流Isc，代入式子R0=uoc/isc進(jìn)展計算，得到的R0值保存小數(shù)點后一位，填入表4-2-2中，并與R0理論值進(jìn)展誤差計算。將測得的開路電

12、壓Uoc和計算出的等效電阻R0這兩個參數(shù)填入圖4-2-3所示等效電路中，完成圖4-2-3所示等效電路的參數(shù)設(shè)計。2) 單口網(wǎng)絡(luò)伏安特性測試。將負(fù)載RL調(diào)至最大值(約1k)，測出對應(yīng)的UL和IL。在RL=0和RL=1 k值之間對應(yīng)的電流Isc和RL最大值時對應(yīng)的I之間均勻等差取值填入表4-2-2中，以該電流為參照，通過調(diào)節(jié)RL，測出相對應(yīng)的電壓的值，記錄于表4-2-2中。關(guān)閉電壓源和電流源，撤除線路。畫出單口網(wǎng)絡(luò)伏安特性曲線。(2完成圖4-2-3所示單口網(wǎng)絡(luò)的等效電路的伏安特性曲線測試。將測試出的Uoc和等效電阻R0填入圖4-2-3所示的等效電路中。開啟電壓源，將其輸出電壓調(diào)至直流電壓表示數(shù)為U

13、oc，關(guān)閉電壓源。1按圖4-2-3所示電路聯(lián)線。十進(jìn)制電阻調(diào)為R0值，負(fù)載電阻仍用1k可調(diào)電阻。2等效電路的伏安特性曲線測試方法與"實驗4.1元件的伏安特性測量"中4.1.6實驗步驟8中測試實際電壓源伏安特性的方法一樣。開啟電壓源。將負(fù)載短路，讀出負(fù)載RL短路電流Isc和電壓U(0)；斷開負(fù)載RL的一端，即使得RL=，測得負(fù)載開路電壓Uoc和電流I(0)，記錄于同樣格式的表4-2-3中。表4-2-3單口網(wǎng)絡(luò)等效電路伏安特性測試表RL/W01 kI/mA實測值ISCUL/V (實測值)UOC與表4-2-2中的UL/V (實測值)進(jìn)展誤差計算3)將圖4-2-2所示有源二端口網(wǎng)絡(luò)

14、伏安關(guān)系測試表4-2-2中的參照電流I值抄入表4-2-3中。以該電流為參照，通過調(diào)節(jié)RL，測出相對應(yīng)的電壓的值，記錄于表4-2-3中。關(guān)閉電壓源，撤除線路。畫出等效電路的伏安特性曲線。4)比較表4-2-2和表4-2-3伏安關(guān)系測試表，在參照電流值一樣的情況下，對應(yīng)的電壓值是否一樣，從而得出戴維寧定理驗證結(jié)果。3用圖4-2-2驗證最大功率傳輸定理，畫出輸出功率隨負(fù)載變化的曲線，找出傳輸最大功率的條件。1電壓源與電流源的設(shè)置參照實驗步驟11。2參照圖4-2-2聯(lián)線，將負(fù)載1 k可調(diào)電阻，改接為計算所得的R0值，即用十進(jìn)制電阻箱的電阻作為負(fù)載RL。3輸出功率隨負(fù)載變化的曲線的測試。開啟電壓源和電流源

15、。測出流過的電流I值，記錄于表4-2-4中。再將十進(jìn)制電阻的百位分別逐級調(diào)小和調(diào)大，同時記錄阻值和對應(yīng)的電流I值于表4-2-4中，分別計算出負(fù)載功率PL及效率%。關(guān)閉電壓源和電流源，撤除線路。畫出單口網(wǎng)絡(luò)輸出功率隨負(fù)載變化的曲線。表4-2-4負(fù)載與功率關(guān)系測試表RL/WR0I/mA實測值PL/mWPLmax%(4按下紅色“停頓按鈕，紅燈亮，綠燈滅。將鑰匙式總開關(guān)置于“關(guān)位置,此時紅色按鈕滅。實驗完畢。4. 實驗的本卷須知：1本實驗是直流實驗，接線時注意電源及測量表計的極性。2在實驗室操作時，為減少測量誤差，并且防止量程保護(hù)動作，注意隨時切換電流表和電壓表的量程。(3在疊加定理的應(yīng)用實驗時，對不

16、作用的的電壓源置零處理時，必須先關(guān)掉電壓源電源，然后再將電源兩端用短接線替代。(4換接線路時，必須關(guān)閉電壓源和電流源。4.2.7 報告要求1. 畫出實驗電路與表格，簡要寫出電路原理。2完成表4-2-1實測記錄和計算。驗證疊加定理的正確性。3理論計算圖4-2-2所示單口網(wǎng)絡(luò)等效電阻R0。4. 將測得的開路電壓Uoc和用開路短路法計算出的等效電阻R0這兩個參數(shù)填入圖4-2-3所示等效電路中。并對等效電阻R0進(jìn)展誤差計算。5分別完成實驗表4-2-2和表4-2-3的實測記錄和計算，并在同一個坐標(biāo)系中畫出它們各自的伏安特性曲線。驗證戴維寧定理的正確性。6. 完成輸出功率隨負(fù)載變化的表格4-2-4實測記錄和計算，畫出它們關(guān)系的曲線。驗證最大功率傳輸定理。7. 根據(jù)測試結(jié)果，得出定理的正確性。8. 根據(jù)4.2.2.2的擴(kuò)展實驗，畫出圖4-2-4等效電路。9完成思考題。4.2.8 思考題單口網(wǎng)絡(luò)VA10S圖4-2-8 1某同學(xué)說戴維南等效電路的伏安特性與外接負(fù)載電阻大小有關(guān)。這句話對嗎？2在做圖4-2-8