戴維南定理—有源二端網(wǎng)絡(luò)等效參數(shù)的測定

1．戴維南定理和諾頓定理

戴維南定理指出：任何一個有源二端網(wǎng)絡(luò)，總可以用一個電壓源US和一個電阻RS串
聯(lián)組成的實際電壓源來代替，其中：電壓源US等于這個有源二端網(wǎng)絡(luò)的開路電壓UOC, 內(nèi)阻RS等于該網(wǎng)絡(luò)中所有獨立電源均置零(電壓源短接，電流源開路)后的等效電阻RO。諾頓定理指出：任何一個有源二端網(wǎng)絡(luò)，總可以用一個電流源IS和一個電阻RS并聯(lián)組成的實際電流源來代替，其中：電流源IS等于這個有源二端網(wǎng)絡(luò)的短路電流ISC, 內(nèi)阻RS等于該網(wǎng)絡(luò)中所有獨立電源均置零(電壓源短接，電流源開路)后的等效電阻RO。US、RS和IS、RS稱為有源二端網(wǎng)絡(luò)的等效參數(shù)。
2．有源二端網(wǎng)絡(luò)等效參數(shù)的測量方法?
(1)開路電壓、短路電流法?
在有源二端網(wǎng)絡(luò)輸出端開路時，用電壓表直接測其輸出端的開路電壓UOC, 然后再將其輸出端短路，測其短路電流ISＣ，且內(nèi)阻為：

若有源二端網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)阻值很低時，則不宜測其短路電流。?
(2)伏安法?
一種方法是用電壓表、電流表測出有源二端網(wǎng)絡(luò)的外特性曲線，如圖11－1所示。開路電壓為UOC，根據(jù)外特性曲線求出斜率tgφ，則內(nèi)阻為：

(3)半電壓法?
如圖11－2所示，當負載電壓為被測網(wǎng)絡(luò)開路電壓UOC一半時，負載電阻RL的大小
（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RS數(shù)值。

(4)零示法?

在測量具有高內(nèi)阻有源二端網(wǎng)絡(luò)的開路電壓時，用電壓表進行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11－3所示。零示法測量原理是用一低內(nèi)阻的恒壓源與被測有源二端網(wǎng)絡(luò)進行比較，當恒壓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，測量此時恒壓源的輸出電壓U，即為被測有源二端網(wǎng)絡(luò)的開路電壓。

三．實驗設(shè)備
1．直流數(shù)字電壓表、直流數(shù)字毫安表（根據(jù)型號的不同，EEL—Ⅰ型為單獨的MEL－06組件，其余型號含在主控制屏上）
2．恒壓源（EEL—Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ均含在主控制屏上，根據(jù)用戶的要求，可能有兩種配置（1）＋6 V（+5V），＋12V，0～30V可調(diào)或（2）雙路0～30V可調(diào)。）
3．恒源流（0～500mA可調(diào)）
4．EEL－23組件或EEL－18組件（含固定電阻、電位器）、EEL－30組件或EEL－51組件、EEL－52組件
四．實驗內(nèi)容

A．適合EEL—Ⅱ
被測有源二端網(wǎng)絡(luò)選用EEL－30組件中的網(wǎng)絡(luò)1，并與負載電阻RL（用電阻箱）連接，如圖11－4(a)所示.。
1．開路電壓、短路電流法測量有源二端網(wǎng)絡(luò)的等效參數(shù)
測開路電壓UOC：在圖11－4(a)電路中，斷開負載RL，用電壓表測量1、2兩端電壓，
將數(shù)據(jù)記入表11－1中。
測短路電流ISＣ：在圖11－4(a)電路中，將負載RL短路，用電流表測量電流，將數(shù)據(jù)
記入表11－1中。
計算有源二端網(wǎng)絡(luò)的等效參數(shù)US和RS。

表11－1   開路電壓、短路電流數(shù)據(jù)

2．伏安法測量有源二端網(wǎng)絡(luò)的等效參數(shù) ?

測量有源二端網(wǎng)絡(luò)的外特性：在圖11－4(a)電路中，用電阻箱改變負載電阻R_L的阻值，逐點測量對應(yīng)的電壓、電流，將數(shù)據(jù)記入表11－2中。并計算有源二端網(wǎng)絡(luò)的等效參數(shù)U_S和R_S。

表11－2   有源二端網(wǎng)絡(luò)外特性數(shù)據(jù)

3．驗證有源二端網(wǎng)絡(luò)等效定理

繪制有源二端網(wǎng)絡(luò)外特性曲線：根據(jù)表11－2數(shù)據(jù)繪制有源二端網(wǎng)絡(luò)外特性曲線。

測量有源二端網(wǎng)絡(luò)等效電壓源的外特性：圖11－4(ｂ)電路是圖(ａ)的等效電壓源電路，圖中，電壓源U_S用恒壓源的可調(diào)穩(wěn)壓輸出端，調(diào)整到表11－1中的U_OC數(shù)值，內(nèi)阻R_S按表11－1中計算出來的R_S（取整）選取固定電阻。然后，用電阻箱改變負載電阻R_L 的阻值，逐點測量對應(yīng)的電壓、電流，將數(shù)據(jù)記入表11－3中。

        表11－3?有源二端網(wǎng)絡(luò)等效電壓源的外特性數(shù)據(jù)?

測量有源二端網(wǎng)絡(luò)等效電流源的外特性：圖11－4(ｃ)電路是圖(ａ)的等效電流源電路，圖中，電流源I_S用恒流源，并調(diào)整到表11－1中的I_SC數(shù)值，內(nèi)阻R_S按表11－1中計算出來的R_S（取整）選取固定電阻。然后，用電阻箱改變負載電阻R_L 的阻值，逐點測量對應(yīng)的電壓、電流，將數(shù)據(jù)記入表11－4中。

        表11－4?有源二端網(wǎng)絡(luò)等效電流源的外特性數(shù)據(jù)?

4．被測有源二端網(wǎng)絡(luò)選用 EEL－30組件中的網(wǎng)絡(luò)2，重復(fù)上述步驟。

5．用半電壓法和零示法測量有源二端網(wǎng)絡(luò)的等效參數(shù)

半電壓法：在圖11－4(a)電路中，首先斷開負載電阻R_L，測量有源二端網(wǎng)絡(luò)的開路電壓

U_OC，然后接入負載電阻R_L（用電阻箱），用電阻箱調(diào)整其大小，直到兩端電壓等于為止，此時負載電阻R_L的大小即為等效電源的內(nèi)阻R_S的數(shù)值。記錄U_OC和R_S數(shù)值。

零示法測開路電壓U_OC：實驗電路如圖11－3所示，其中：有源二端網(wǎng)絡(luò)選用網(wǎng)絡(luò)1，恒

壓源用恒壓電源的可調(diào)穩(wěn)壓輸出端，調(diào)整輸出電壓U，觀察電壓表數(shù)值，當其等于零時輸出

電壓U的數(shù)值即為有源二端網(wǎng)絡(luò)的開路電壓U_OC，并記錄U_OC數(shù)值。 

B．適合EEL—Ⅰ、Ⅳ、Ⅴ

被測有源二端網(wǎng)絡(luò)如圖11-5所示.

?

1．圖11-5線路接入穩(wěn)壓源U_S＝12V和恒流源I_S＝20mA及可變電阻R_L。先斷開R_L測Ouch，再短接R_L測Sic，則Ro＝U_OC／Isc，填入下表

表11-5

2．負載實驗?

按圖11-5改變R_Ｌ阻值，測量有源二端網(wǎng)絡(luò)的外特性。

?表11-6

3．驗證戴維南定理：用1kΩ（當可變電器用），將其阻值調(diào)整到等于按步驟“1”所得的等效電阻R_Ο值，然后令其與直流穩(wěn)壓電源（調(diào)到步驟“1”時所測得的開路電壓U_ＯＣ之值）相串聯(lián)，仿照步驟“2”測其特性，對戴氏定理進行驗證。

表11-7??

4．測定有源二端網(wǎng)絡(luò)等效電阻(又稱入端電阻)的其它方法：將被測有源網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的所有獨立源置零(將電流源I_Ｓ去掉，也去掉電壓源，并在原電壓端所接的兩點用一根短路導(dǎo)線相連)，然后用伏安法或者直接用萬用表的歐姆檔去測定負載R_Ｌ開路后A.,B兩點間的電阻，此即為被測網(wǎng)絡(luò)的等效內(nèi)阻Req或稱網(wǎng)絡(luò)的入端電阻R₁。

Req==      (W)

5．用半電壓法和零示法測量被測網(wǎng)絡(luò)的等效內(nèi)阻Ro及其開路電壓Uoc.

表11-8

五．實驗注意事項?     

1．測量時，注意電流表量程的更換?

2．改接線路時，要關(guān)掉電源。

六．預(yù)習(xí)與思考題?

1．如何測量有源二端網(wǎng)絡(luò)的開路電壓和短路電流，在什么情況下不能直接測量開路電壓和短路電流？

2．說明測量有源二端網(wǎng)絡(luò)開路電壓及等效內(nèi)阻的幾種方法，并比較其優(yōu)缺點。

七．實驗報告要求

?適合EEL—Ⅱ

1．回答思考題；

2．根據(jù)表11－1和表11－2的數(shù)據(jù)，計算有源二端網(wǎng)絡(luò)的等效參數(shù)U_S和R_S；

3．根據(jù)半電壓法和零示法測量的數(shù)據(jù)，計算有源二端網(wǎng)絡(luò)的等效參數(shù)U_S和R_S；

4．實驗中用各種方法測得的U_OC和R_S是否相等？試分析其原因；

5．根據(jù)表11－2、表11－3和表11－4的數(shù)據(jù)，繪出有源二端網(wǎng)絡(luò)和有源二端網(wǎng)絡(luò)等效電路的外特性曲線, 驗證戴維寧定理和諾頓定理的正確性；

6．說明戴維南定理和諾頓定理的應(yīng)用場合。

適合EEL—Ⅰ、Ⅳ、Ⅴ

1．根據(jù)步驟2和3,分別繪出曲線,驗證戴維南定理的正確性,并分析產(chǎn)生誤差的原因。

2．根據(jù)步驟1、4、5各種方法測得的Uoc與Req與預(yù)習(xí)時電路計算的結(jié)果作比較，你能得出什么結(jié)論。?