利用Multisim验证戴维南定理

利用Multisim 验证戴维南定理

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一、仿真要求

(1) 构建图附1(a)所示实验电路原理图，测量有源线性二端网络的等效参数； (2) 由二端网络的等效参数构建图1 (b)所示的戴维南等效电路；

(3) 分别测试二端网络的外特性和等效电路的伏安特性，验证戴维南定理。

图1被测有源二端网络电路

二、电路图设计及理论分析

(1) 设定电路各元件参数如图2所示

+

−

220Ω

R R R 3

R 4

R L

680Ω

1k Ω470Ω

12V

U 1

+

−

4.932V

R L

L

图2. 电路参数设定 图3. 戴维南等效电路

(2) 理论分析

断开R L 所在支路，)V (932.4142431

3OC =⎥⎦⎤

⎢

⎣⎡

+-+=U R R R R R R U

)(2.458////4213O Ω=+=R R R R R

)mA (764.10O

OC

SC ==

R U I 戴维南等效电路如图3所示。

三、Multisim 仿真验证

1、用Multisim 绘制二端口实验电路图

键 = A

RL 1.0k Ω

图 4 Multisim 绘制的电路

2、测试二端口网络的等效参数

运行仿真，按空格键使S 1向上，置零U 1，双击万用表，选择欧姆档，测量二端口网络的等效电阻，如图5(a)所示。

按空格键接入U 1，更改万用表，分别选择直流电压和直流电流，测量二端口网络的开路电压和短路电流，如图5 (b)和(c)所示。

(a) 测量等效电阻R O

键 = A

1.0k Ω

(b) 接入U 1作用测量 (c) 测量开路电压U OC 和短路电流I SC

图5测量二端口网络的等效参数

3、用参数扫描分析二端口网络的外特性 (1) 添加测量探针

停止仿真，将万用表更改为直流电压测量状态，按“A ”键，接入负载R L 支路，并在电路中添加测量探针，双击测量探针，在其属性窗口的参数栏中设置测量参数为直流电流，在其显示栏中将标识改为“IL ”，如图6所示。

R1

220Ω

R2680Ω

R31.0k Ω

R4470Ω

S1

键 = 空格S2键 = A

U1

12 V

RL 1.0k ΩXMM1

1

2

35

64

IL I(dc):

图6 添加测量探针

(2) 参数扫描分析电路的外特性。

由图6可见，测量二端网络的外特性就是测量U 45和I L 的关系。所以，在此选择“仿真”菜单下的“分析”/“参数扫描”，在分析参数栏设置扫描参数为“RL ”，扫描范围为线性100Ω ~1k Ω，步进100Ω，待分析量为“直流工作点”，并将扫描结果“在表格中显示”。 在“输出”栏设置测量量为“IL ”和表达式“V(4)-V(5)”。最后，单击仿真按钮，得到图7所示结果。

图7 参数扫描输出

4、用Multisim 绘制等效戴维南电路 绘制等效戴维南电路如图8所示。

5、对等效戴维南电路进行参数扫描分析，此处设置扫描参数为“RL2”，输出设置为“V(UL2_IL2)”和“I(UL2_IL2)”。得到的结果如图9所示。

6、结论

将图8与图9所示的结果整理成数据表格，如表2所示。绘制二者的伏安曲线，可以看到，两条伏安曲线完全重合，如图10所示。证明对于负载电阻来说，二端网络和戴维南电路是等效的。

Ro 458.251Ω

RL21.0k Ω

Uoc

4.932 V 7

8

UL2_IL2 V(dc): I(dc):

图8 等效戴维南电路 图9 等效戴维南电路参数扫描输出

二端网络 等效电路 U RL I RL U RL2 I RL2 V mA V mA 0.883439 8.83439 0.883474 8.83474 1.49845 7.49226 1.49852 7.49258 1.95125 6.50415 1.95133 6.50444 2.29852 5.74631 2.29863 5.74657 2.57332 5.14663 2.57344 5.14688 2.79618 4.6603 2.79631 4.66052 2.98056 4.25794 2.9807 4.25814 3.13563 3.91953 3.13578 3.91973 3.26786 3.63096 3.26803 3.63114 3.38196 3.38196 3.38213 3.38213

1

2

3

4

2

4

6

8

10

端口电流I R L /(A )

端口电压U RL /(V)

二端网络 等效电路

图10 伏安特性曲线