实验三 等效电源定理的应用

实验三等效电源定理的应用

一、实验目的

进一步学习MULTISIM的使用方法，学习测量有源二端线性网络的开路电压和短路电流及其除源网络的电阻的方法，验证戴维宁定理和诺顿定理的正确性，并加深对他们的理解和灵活运用。

二、实验原理

等效电源（戴维南定理）内容：任何一个有源二端线性网络都可用一个理想电压源和内阻为R0串联的电压源来等效代替，理想电压源的电压等于二端网络的开路电压U0，即将负载断开后两端的电压，内阻R0为将电源去除后的无源网络负载两端的等效电阻。

等效电源（诺顿定理）内容：任何一个有源二端线性网络都可用一个理想电流源和内阻为R0并联的电流源来等效代替，理想电流源的电流值等于二端网络的短路电流ISC，即将负载短路后的电流，内阻R0为将电源去除后的无源网络负载两端的等效电阻。

当电路中含有受控源时，电路的等效电阻可以用两种方法计算：

（1）实验法：R0=U OC

I SC

（2）外加电源法：先除去电路中的独立电源，外加电源U T,R0=U T

I T

所谓受控源，是指电压或电流受电路中其它部分的电压或电流控制的电压源或电流源。受控源是一种四端元件，它含有两条支路，一条是控制支路，另一条是受控支路。受控支路为一个电压源或为一个电流源，它的输出电压或输出电流（称为受控量），受另外一条支路的电压或电流（称为控制量）的控制，该电压源，电流源分别称为受控电压源和受控电流源，统称为受控源。

（a）（b）

（c）（d）

图2.12 受控源的电路符号上图中（a）、（b）为受控电压源，（c）、（d）为受控电流源。

三、实验内容

1.连接电路如图

2.13，将RL支路当作有源二端网络的负载电阻。

图2.13 等效电源定理验证电路模型1

图2.14 选择可变电阻器

其中负载电阻为可变电阻，可单击工具栏中的基础元件，选择POTENTIOMETER。

选择后，双击图标可修改阻值、关键点和增量。阻值为最大电阻值，关键点是指通过键盘的某个按键（如：“A”键）按照设定的增量改变阻值，当然也可以通过鼠标直接拖动。具体增量可任意设置，但要充分考虑到将要用到的阻值，设置合适的增量。这里需要提醒大家的是按键控制增加百分比，shift+按键减少百分比。也可以利用鼠标控制增加或减少百分比。

图2.15 可变电阻器的参数设置

连接电路后，完成以下内容：

（1）按照表2-3-1，通过调整百分比修改负载电阻的阻值，用直流电压表和电流表测量负载电阻的电压和电流，填写表2-3-1。

表2-3-1 负载电阻的电压和电流

需要注意的是，测电压时应将万用表并联在AB两端，测电流时应将万用表串联在RL 支路中；

(2）利用上表中的数据计算有源二端网络的内阻R0=UOC/ISC，（其中UOC为开路电压，ISC 为短路电流）。

(3)按上表测得的U OC及计算得出的R0连接电路如图2.14所示，按表2-3-2测量记录相应的电压与电流值，并与表2-3-1相比对。

图2.14 戴维南等效电路

表2-3-2

(4)比较结果，得出验证结论：

2.建立一个含有受控源的有源二端网络如图2.15所示。

图2.15等效电源定理验证电路模型1

图中有两个受控源，分别是受控电流源和受控电压源，都是受支路电流I1控制。选择电流控制电流源，可以单击工具栏的信号源，选择CINTROLLED_CURRENT_SOURCE系列中的CURRENT_CONTROLLED_CURRENT_SOURCE，放置在工作区后，双击图标，在参数栏修改比例系数。因为电路中受控电流源的电流值是4I1，所以电流源的电流值与控制电流I1的比例关系设置为4。

图2.16 选取受控电流源

图2.17 修改受控电流源的参数

选取受控电压源可以单击工具栏的信号源，选择CINTROLLED_VOLTAGE_SOURCE系列中的CURRENT_CONTROLLED_VOLTAGE_SOURCE，放置在工作区后，双击图标，在参数栏修改比例系数。因为电路中受控电压源的电压值是2I1，所以电压源的电压值与控制电流I1的比例关系设置为2。

图2.18(a)选取受控电压源

图2.18(b)修改受控电压源的参数

在连接受控源时，一定要让控制电流I1流过受控源的控制支路。具体链接可参看下页图2.19。

（1）用实验法计算等效电阻。

利用直流电压表测量AB端口的开路电压U OC，利用直流电流表测量AB端口的短路电流I SC，由实验数据就可以计算等效电阻R O，将数据填入表2-3-3。

表2-3-3 实验法计算等效电阻的实验数据

图2.19 仿真电路模型

（2）外加电源法计算等效电阻。

外加电源法中，需要除去电路中原有的独立电源，所以6V电压源做短路处理。然后从AB端口外加任意的电压源U T，利用直流电流表测量电压源流出的电流值I T，由实验数据就可以计算等效电阻R O，将数据填入表2-3-4。

（3）比较上述两种方法的实验结果，看看是否相同。

四、思考题

1. 在求线性只含独立电源的单口网络的等效电阻时，如何理解“将网络中的所有独立电源除去（置零）”？实验中怎样做到独立电源置零？

2.对于含有受控源的线性有源二端网络，其等效电路的电阻有几种计算方法？分别是什么？