实验二、戴维南定理有源二端网络等效参数的测定
一、实验目的
1.验证戴维南定理的正确性
2.掌握测量有源二端网络等效参数的一般方法。
二、原理说明及测量方法
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)。戴维南定理指出:任何一个线性有源网络,总可以用一个等效电压源来代替,次电压源的电动势Es等于这个有源二端网络的开路电压Uoc,其等效内阻Ro等于该网络中所有独立源都置零(理想电压源短路,理想电流源开路)时的等效电阻。Uoc和Ro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)开路电压法、短路电流法(二端网络内阻很低时,不宜采用此法)
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,然后再用电流表直接接到输出端测其短路电流Isc,则内阻Ro为
表3-1
UOC(V) | ISC(mA) | RO=Uoc/Isc (Ω) |
(2)伏安法
用电压表、电流表测出有源二端网络的外特性如图3-1所示。根据外特性曲线求出斜率tg,则内阻Ro为
图3-1
伏安法主要测量开路电压及电流为额定值IN时的输出端电压UN,则内阻为
(3)半电压法
如图3-2所示,当负载电压为被测网络
开路电压一半时,负载电阻RL即为被测有
源二端网络的等效内阻值。
图3-2
(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,采用零示测量法,如图3-3所示。
图3-3
原理:用一低内阻稳压电源于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Uoc。
图3-4(a)图3-4b)
三、实验仪器及材料
1.可调直流稳压电源GP-4303TP
2.电路原理试验箱KHDL-3
3.台式万用表DM-441B
四、实验内容及步骤
实验电路如图3-4(a)所示。
1.用开路电压、短路电流法测定被测有源二端网络的等效参数Uoc和Ro。
按图3-4(a)接入稳压电源Es和可变电阻RL,测定Uoc和Ro。
2.按图3-4(a)改变RL的值,用伏安法测量有源二端网络的外特性,数据填入表3-2中。
表3-2
RL(Ω) | 100 | 200 | 300 | 400 | 500 | 600 |
U(V) | ||||||
I(mA) |
3.验证戴维南定理。
用一只1KΩ的电位器,将其阻值调整到等于步骤1所得的等效电阻Ro之值,然后令其于直流稳压电源(输出电压调到步骤1时所测得的开路电压Uoc之值)相串联,如图3-4(b)所示,仿照步骤2测其外特性,对戴氏定理进行验证。
表3-3
RL(Ω) | 100 | 200 | 300 | 400 | 500 | 600 |
U(V) | ||||||
I(mA) |
5.用半电压法和零示值法测量被测网络的等效参数(Uoc和Ro),数据表格自拟。
五‘实验注意事项
1.交替测量电压、电流时,注意台式万用表的功能切换和表笔当前所处插孔位置是否正确。
2.用台式万用表直接测量Ro时,网络内的独立源必须先置零,以免损坏万用表。
3.步骤4中电压源置零时,不可直接将稳压电源的输出电压直接短路。
4.改接线路时,必须先关闭电源。
六、预习及思考
1.在求戴维南等效电路时,做短路实验,测Isc的条件是什么?在本实验中可否直接作负载短路实验?实验前对线路3-4(a)进行预先计算,以便调整试验线路及测量时课准确地选取万用表的量程。
2.列举测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
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和Ro与预习时的计算结果作比较,能得出什么结论。