戴维南定理实验报告

戴维南定理实验报告

一、实验目的

1.       深刻理解和掌握戴维南定理。

2.       掌握和测量等效电路参数的方法。

3.       初步掌握用Multisim软件绘制电路原理图。

4.       初步掌握Multisim软件中的Multmeter,Voltmeter,Ammeter等仪表的使用以及DC Operating Point，Parameter等SPICE仿真分析方法。

5.       掌握电路板的焊接技术以及直流电源、万用表等仪器仪表的使用。

6.       初步掌握Origin绘图软件的使用。

二、实验原理

一个含独立源，线性电阻和受控源的一端口网络，对外电路来说，可以用一个电压源和电阻的串联组合等效置换、其等效电压源的电压等于该一端口网络的开路电压，其等效电阻等于将该一端口网络中所有独立源都置为零后的的输入电阻，这一定理称为戴维南定理。如图2.1.1

三、实验方法

1．  比较测量法
    戴维南定理是一个等效定理，因此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。
    整个实验过程首先测量原电路的外特性，再测量等效电路的外特性。最后进行比较两者是否一致。等效电路中等效参数的获取，可通过测量得到，并同根据电路结构所推导计算出的结果想比较。

实验中期间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器件的实际值。

2．  等效参数的获取 
  等效电压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Ro：将电路中所有电压源短路，所有电流源开路，使用万用表电阻档测量。本实验采用下图的实验电路。

3．  电路的外特性测量方法
  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。

4．  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，应使测量点间隔尽量平均，对于非线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点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及间距的选取。

四、实验注意事项

1.       电流表的使用。由于电流表内阻很小，放置电流过大毁坏电流表，先使用大量程（A）粗侧，再使用常规量程（mA）。

2.       等效电源电压和等效电阻的理论值计算，应根据实际测量值，而不是标称值。

3.       为保证外特性测量点的分布合理，应先测出最大值和最小值，再根据外特性线性的特征均匀取点。

4.       电压源置零，必须先与外接电源断开，再短路。

五、实验仪器

1.       计算机一台

2.       通用电路板一块

3.       万用表两只

4.       直流稳压电源一台

5.       电阻若干

六、实验内容

1.       测量电阻的实际值，将测量结果填入表2-1-1中，计算等效电源电压和等效电阻；

表2-1-1

2.       Multisim仿真

（1）       创建电路：从元器件库中选择电压源、电阻（具体阻值见表2-1-1），创建如图2.1.3所示电路，同时接入万用表；

（2）       用万用表测量端口的开路电压和短路电流，并计算等效电阻。

开路电压US（R3//R33）/（(R1//R11)+(R3//R33)）=2.613 V ；

输入电阻R=((R1//R3)+R2)//((R11//R33)+R22)=250.355Ω

（3）       用万用表的Ω档测量等效电阻与（2）所得结果比较；

（4）       根据开路电压和等效电阻创建等效电路；

（5）       用参数扫描法（对负载电阻R4参数扫描）测量原电路及等效电路的外特性，观测DC Operating Point，将测量结果填入表2-1-3中。

    

图2.1.3 戴维南定理仿真电路        图2 戴维南定理等效电路

参数测试：

负载短路时的短路电流10.42mA   

负载开路时的开路电压2.609V

3.       在通用电路板上焊接实验电路并测试等效电压和等效电阻，测量结果填入表2-1-2中。

表2-1-2

4.       在通用电路板上焊接戴维南等效电路；

参数测试：

负载短路时的短路电流10.41mA   

负载开路时的开路电压2.60V

5.       实测电路

（1）       原电路

负载短路时的短路电流10.32mA    

负载开路时的开路电压2.60V

（2）       等效电路

负载短路时的短路电流10.32mA    

负载开路时的开路电压2.60V

6.       测量原电路和戴维南等效的外特性，测量结果填入表2-1-3中，验证戴维南定理。

表2-1-3

七、实验数据处理

1、   分别画出等效前后外特性，（负载电阻为横坐标，负载电压（负载电流）为纵坐标）

            

2、              数据分析

（1）分析导致仿真数据与实测数据有差别的原因

第一、等效电路中等效电阻是用电位器替代的，而电位器调解时是手动调节，存在较大误差；第二、仪器测量存在误差。

（2）个人对该实验的小结（收获、不足、改进）

该实验使得我更加深刻地理解了戴维南定理；数据采集上存在不足，应该控制电压相等，这样才能得到更直观的比较。

 

第二篇：戴维南定理

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、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．实验原理

1．戴维南定理和诺顿定理

戴维南定理指出：任何一个有源二端网络，总可以用一个电压源US和一个电阻RS串

联组成的实际电压源来代替，其中：电压源US等于这个有源二端网络的开路电压UOC, 内阻

RS等于该网络中所有独立电源均置零(电压源短接，电流源开路)后的等效电阻RO。

诺顿定理指出：任何一个有源二端网络，总可以用一个电流源IS和一个电阻RS并联组成的实际电流源来代替，其中：电流源IS等于这个有源二端网络的短路电流ISC, 内阻RS等于该网络中所有独立电源均置零(电压源短接，电流源开路)后的等效电阻RO。

US、RS和IS、RS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

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，测其短路电流ISＣ，且内阻为：。

若有源二端网络的内阻值很低时，则不宜测其短路电流。

(2)伏安法

一种方法是用电压表、电流表测出有源二端网络的

外特性曲线，如图11－1所示。开路电压为UOC，根据

外特性曲线求出斜率tgφ，则内阻为：

。

另一种方法是测量有源二端网络的开路电压UOC，

以及额定电流IN和对应的输出端额定电压UN，

如图11－1所示，则内阻为：。

(3)半电压法

如图11－2所示，当负载电压为被测网络开路电压UOC一半时，负载电阻RL的大小

（由电阻箱的读数确定）即为被测有源二端网络的等效内阻RS数值。

 

(4)零示法

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11－3所示。零示法测量原理是用一低内阻的恒压源与被测有源二端网络进行比较，当恒压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，测量此时恒压源的输出电压U，即为被测有源二端网络的开路电压。

三．实验设备

1．直流数字电压表、直流数字毫安表（根据型号的不同，EEL—Ⅰ型为单独的MEL－06组件，其余型号含在主控制屏上）

2．恒压源（EEL—Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ均含在主控制屏上，根据用户的要求，可能有两种配置（1）＋6 V（+5V），＋12V，0～30V可调或（2）双路0～30V可调。）

3．恒源流（0～500mA可调）

4．EEL－23组件或EEL－18组件（含固定电阻、电位器）、EEL－30组件或EEL－51组件、EEL－52组件

四．实验内容


A．适合EEL—Ⅱ

被测有源二端网络选用EEL－30组件中的网络1，并与负载电阻RL（用电阻箱）连接，如图11－4(a)所示.。

1．开路电压、短路电流法测量有源二端网络的等效参数

测开路电压UOC：在图11－4(a)电路中，断开负载RL，用电压表测量1、2两端电压，

将数据记入表11－1中。

测短路电流ISＣ：在图11－4(a)电路中，将负载RL短路，用电流表测量电流，将数据

记入表11－1中。

计算有源二端网络的等效参数US和RS。

表11－1   开路电压、短路电流数据

2．伏安法测量有源二端网络的等效参数 

测量有源二端网络的外特性：在图11－4(a)电路中，用电阻箱改变负载电阻RL的阻值，逐点测量对应的电压、电流，将数据记入表11－2中。并计算有源二端网络的等效参数US和RS。

表11－2   有源二端网络外特性数据

3．验证有源二端网络等效定理

绘制有源二端网络外特性曲线：根据表11－2数据绘制有源二端网络外特性曲线。

测量有源二端网络等效电压源的外特性：图11－4(ｂ)电路是图(ａ)的等效电压源电路，图中，电压源US用恒压源的可调稳压输出端，调整到表11－1中的UOC数值，内阻RS按表11－1中计算出来的RS（取整）选取固定电阻。然后，用电阻箱改变负载电阻RL 的阻值，逐点测量对应的电压、电流，将数据记入表11－3中。

        表11－3有源二端网络等效电压源的外特性数据

测量有源二端网络等效电流源的外特性：图11－4(ｃ)电路是图(ａ)的等效电流源电路，图中，电流源IS用恒流源，并调整到表11－1中的ISC数值，内阻RS按表11－1中计算出来的RS（取整）选取固定电阻。然后，用电阻箱改变负载电阻RL 的阻值，逐点测量对应的电压、电流，将数据记入表11－4中。

        表11－4有源二端网络等效电流源的外特性数据

4．被测有源二端网络选用 EEL－30组件中的网络2，重复上述步骤。

5．用半电压法和零示法测量有源二端网络的等效参数

半电压法：在图11－4(a)电路中，首先断开负载电阻RL，测量有源二端网络的开路电压

UOC，然后接入负载电阻RL（用电阻箱），用电阻箱调整其大小，直到两端电压等于为止，此时负载电阻RL的大小即为等效电源的内阻RS的数值。记录UOC和RS数值。

零示法测开路电压UOC：实验电路如图11－3所示，其中：有源二端网络选用网络1，恒

压源用恒压电源的可调稳压输出端，调整输出电压U，观察电压表数值，当其等于零时输出

电压U的数值即为有源二端网络的开路电压UOC，并记录UOC数值。

B．适合EEL—Ⅰ、Ⅳ、Ⅴ


被测有源二端网络如图11-5所示.

1．图11-5线路接入稳压源US＝12V和恒流源IS＝20mA及可变电阻RL。先断开RL测Ouch，再短接RL测Sic，则Ro＝UOC／Isc，填入下表

表11-5

2．负载实验

按图11-5改变RＬ阻值，测量有源二端网络的外特性。

表11-6

3．验证戴维南定理：用1kΩ（当可变电器用），将其阻值调整到等于按步骤“1”所得的等效电阻RΟ值，然后令其与直流稳压电源（调到步骤“1”时所测得的开路电压UＯＣ之值）相串联，仿照步骤“2”测其特性，对戴氏定理进行验证。

表11-7

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独立源置零(将电流源IＳ去掉，也去掉电压源，并在原电压端所接的两点用一根短路导线相连)，然后用伏安法或者直接用万用表的欧姆档去测定负载RＬ开路后A.,B两点间的电阻，此即为被测网络的等效内阻Req或称网络的入端电阻R1。

Req==      (W)

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.

表11-8

五．实验注意事项

             

1．测量时，注意电流表量程的更换

2．改接线路时，要关掉电源。

六．预习与思考题

1．如何测量有源二端网络的开路电压和短路电流，在什么情况下不能直接测量开路电压和短路电流？

2．说明测量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。

七．实验报告要求

适合EEL—Ⅱ

1．回答思考题；

2．根据表11－1和表11－2的数据，计算有源二端网络的等效参数US和RS；

3．根据半电压法和零示法测量的数据，计算有源二端网络的等效参数US和RS；

4．实验中用各种方法测得的UOC和RS是否相等？试分析其原因；

5．根据表11－2、表11－3和表11－4的数据，绘出有源二端网络和有源二端网络等效电路的外特性曲线, 验证戴维宁定理和诺顿定理的正确性；

6．说明戴维南定理和诺顿定理的应用场合。

适合EEL—Ⅰ、Ⅳ、Ⅴ

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与Req与预习时电路计算的结果作比较，你能得出什么结论。

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