实验二 设计实验 戴维宁定理的研究

实验二 设计实验 戴维宁定理的研究
一、实验目的
1. 验证戴维宁定理，加深对等效概念的理解。

2. 学习线性有源二端网络等效电路参数的测试方法。

3. 学习减小仪表内阻对测量结果影响的实验方法。

二、实验原理与说明
（1）戴维宁定理指出：任何一个线性有源二端电阻网络，对外电路来说，可以用电压源和电阻的串联组合支路等效。

电压源的电压等于原来有源二端网络的开路电压U OC
;而电阻等于
原来有源二端网络中所有独立电源置零时的输入电阻
R
（2）戴维宁定理的使用条件是被等效的有源二端网络必须是线性的。

通过测量有源二端网络的端口福安特性曲线)(I f U =，如图2-2-15所示，可以判别有源二端网络是否为线性。

（3）开路电压的测量方法：
①用高内阻直流电压表直接测量。

一般工程测量中认为若电压表内阻是被测电阻的一百倍以上，则电压表为高内阻表。

②补偿电压法。

先用直流电压表粗侧有源二端网络的开路电压U
OC
，然后用一直流电
压源
U
S
和分压器
R
P
组合得到可调电压，接线如图2-2-16所示。

将可调电压U 调制稍大
于二端网络的粗侧开路电压值，利用试测法不断改变可调电压U ，直至毫安表（或检流计）读书为零，此时电压表读数基本消除了电压表内阻对网络开路电压的影响。

③负载电阻两值法。

按图2-2-17接线，改变负载电阻R
P
值两次，分别测得两组电压
电流值)(11I U 、和)(22I U 、，则开路电压为
I I
I U I U U
OC
1
2
122
1--= (2-2-3)
（4）有源二端网络等效电阻的测量方法：
①开路短路法。

测量有源二端网络的开路电压U OC 和短路电流I
SC
；为减少电流表内
阻等效电阻
R
对测量结果的影响，可采用补偿法测短路电流
I
SC
，如图2-2-18所示电路。

不断改变电阻
R
P
，即可调补偿电流大小，直至毫伏表读数为零，此时电流表读数基本消除
了电流表内阻对网络短路电流的影响。

应当注意如果因短路电流过大可能损坏网络内部器件时，不能用此方法。

②伏安法。

在可能的条件下，将网络N
S
的所有独立电源置零，此时有源二端网络变
为无二端网络
N
，在
N
端口加适当电压后，用电压表和电流表分别测量端口电压U 、
电流I ，如图2-2-19所示，则I
U R O =
为减少仪表内阻对测量结果的影响。

图2-2-19利用开关S 改变电压表、电流表的相对连接位置，观察两表的读书变化情况。

如果电压表读数变化大，则说明被测电阻R
是低值，
采用电压表接后（S 合向1位置）；如果电流表读数变化大，则说明R
是高值，应采用电
压表接前（S 合向2位置）。

③负载电阻两值法。

接线与测
U
OC
方法③相同，
R
的计算公式为
I
I U U R 2
1
2
1
--=
④半压法。

用一内阻足够大的电压表测出有源二端网络N
S
的开路电压，然后将该电
压表与可调标准电阻同时并接在
N
S
的端口，改变电阻箱阻值大小，使电压表读数降至开
路电压的一半，此时电阻箱的阻值即为
R。

三、实验任务
（1）根据实验室提供的电源、电阻网络版，自拟一个有源二端网络（称源网络），测量该网络的端口伏安特性［)(I f U =］。

要求含I I SC 2
1
=的数据点，测量的数据记入表2-2-6中。

（2）根据实验条件，各选两种可行的实验方法测量上述有源二端网络开路电压U
OC
和
等效电阻
R。

（3）选择上述测得的最佳
U
OC
和
R
值，组成有源二端网络的等效电路，测量其端口伏
安特性曲线，测量数据记入2-2-7中。

（4）利用实验设计的基本方法，确定实验方案，画出每项实验任务中的具体线路，确定实验中所有电源的大小，计算器件参数；选择仪器设备规格和型号。

表 2-2-6 原网络端口伏安特性
四、实验设备
列出表格，写出自选各仪器仪表和设备的名称、型号、规格、数量和编号等。

五、提示与思考
1. 测量有源二端网络开路电压和等效电阻的方法除实验原理与说明中介绍的外，还有其他方法吗？
2. 分析补偿法测量电压和电流的原理。

3. 如果有源二端网络是封闭的，对外只引出两个段牛m 、n ，且m 、n 端口不允许短路，输出电流不允许大于
I
N
，试问如何确定该网络的等效电路？
4. 什么情况下可用电阻表测量有源二端网络的等效电阻？ 六、实验报告要求
1. 自拟每项任务的实验步骤、试验线路。

整理数据，在同一方格纸上做出有源二端网络和它的等效网络的伏安特性曲线，验证戴维宁定理。

2. 比较各种测量
U
OC
和
R
的结果，哪种方法测量更准确？分析原因。

3. 利用任务（1）中的数据，讨论有源二端网络端口的功率特性曲线)(i f p ，总结负载获得最大功率的条件。

4. 对实验结果出现误差进行分析和讨论。