电子设计仿真与虚拟实验

成都理工大学电子设计仿真与虚拟实验

课程设计

题目名称戴维宁定理和诺顿定理的验证

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一、设计的题目及其要求

（1）设计题目

戴维宁定理和诺顿定理的验证

（2）课程设计的目标、基本要求及其功能

设计能够验证戴维宁定理和诺顿定理的电路，并对其进行仿

真分析。对外部电路而言，任何一个线性有源二端网络，都

可以用一个戴维宁等效电源和诺顿等效电源来代替。戴维宁

等效电源中的等效电源电压Ues等于原有源二端网络的开

路电压Uoc，内电阻Ro等于原有源二端网络的开路电压Uoc

与短路电流Isc之比，也等于将原有源二端网络内部除源

（即将所有电压源代之以短路，电流源代之以开路）后，在

端口处得到的等效电阻。诺顿等效电源中的等效源电流Ies

等于原有源二端网络的短路电流Isc之比，也等于将原有源

二端网络内部除源后，在端口处得到的等效电阻。也就是说，诺顿等效电源中的内电阻与戴维宁等效电源中的内电阻求

法相同，即内电阻Ro等于原有源二端网络的开路电压Uoc

与短路电流Isc之比。通过对等效电源定理的应用以达到简

化电路的目的。

（3）设计要求的最终指标

利用戴维宁定理和诺顿定理——等效电压源定理和等效电

流源定理可以将一个复杂电路简化成一个简单电路，尤其是

只需要计算复杂电路中某一支路的电流或电压时，应用等效

电源定理比较方便，而待求支路可以是无源支路，也可以是

有源支路。

二、设计的基本思路及其设计出发点

本电路采用直流稳压电源，直流电流源，直流电压表，直流毫安表和万用表。用电压源和电流源以及4个电阻构成有源

二端网络，用万用表直接测Ro，用滑动变阻器调节外部电路

电阻来验证戴维宁定理和诺顿定理。戴维宁等效电源和诺顿等

效电源既然都可以用来等效代替同一个有源二端网络，因而在

对外等效的条件下，相互之间可以等效替换。由上述两定理可

知，等效变换的公式为Ies=Ues/Ro，变换时内电阻Ro不变，Ies的方向应由Ues的负极流向正极。

三、方案原理论述

下图是由二端口网络构成的实验电路图

（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。

戴维宁定理指出：任何一个线性有源二端口网络，总可以用一个

电压源和一个串联来等效代替，其电压源的电动势Us等于这个有源二端口网络飞开路电压Uoc，其等效内阻Ro等于该网络中所有独立源均置零（理想电压源视为短接，理想电流源视为开路）时，的等效电阻。

诺顿定理指出：任何一个线性有源网络，总可以用一个电流源与一个电阻的并联组合来等效代替，此电流源的电流Is等于这个有源二端网络的短路电流Isc，其等效内阻Ro定义同戴维南定理。Uoc（Us）和Ro或者Isc（Is）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

A．开路电压、短路电流法测Ro

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，然后再将其输出端短路，用电流表测其短路

电流Isc，则等效内阻为Ro=Uoc/Isc。如果二端网络的内阻

很小，若将其输出端口短路则易损坏其内部元件，因此不宜

用此法。

B. 伏安法测Ro

用电压表、电流表测出有源二端网Ro

特性曲线求出斜率tgφ，则内阻

△U Uoc

Ro＝tgφ＝──＝──

△I Isc

也可以先测量开路电压Uoc，再测量电流为额定值In时的

输出端电压值Un，则内阻为Ro=（Uoc-Un）/In。

C. 半电压法测Ro

如右图所示，当负载电压为被测网络

开路电压的一半时，负载电阻（由电

阻箱的读数确定）即为被测有源二端

网络的等效内阻值。

D.零示法测Uoc

在测量具有高内阻有源二端网络的开

路电压时，用电压表直接测量会造成

较大的误差。为了消除电压表内阻的

影响，往往采用零示测量法，如右图所示。

零示法测量原理是用一低内阻的稳压电源与被测有源二端

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。

四、仿真设计分析

本次仿真过程采用MULTISIM7.0进行仿真分析，其中由于在其元件库中找不到直流稳压电源，所以采用了普通电压源进

行仿真分析，应该对本次仿真分析影响不大。

本次仿真分析进行了如下分析：直流工作点分析、瞬态分析、直流扫描分析、参数扫描分析

全部仿真分析情况如下：

（1）直流工作点分析情况如下1图所示

（2）瞬态分析情况如下2图所示

（3）直流扫描分析如下3图所示

（4）参数扫描分析如下4图所示

通过对比我发现在负载R5为零的时候上述分析结果一致。

(1) 用开路电压、短路电流法测定戴维南等效电路的Uoc 、Ro 和诺

顿等效电路的Isc 、Ro 。按下图接入直流电源Us=12V 和直流电流源Is=10mA ，不接入R5，即R5的阻值调到0%。测出Uoc 和Isc,并计算出Ro 。

(2) 负载实验

按上图改变R5阻值，测量有源二端网络的外特性曲线。

(3) 验证戴维宁定理：从电阻箱上取得按步骤“1”所得的等效电阻

R 0之值， 然后令其与直流稳压电源（调到步骤“1”时所测得

的开路电压Uoc 之值）相串联，如下图所示，仿照步骤“2”测

验证诺顿定理：从电阻箱上取得按步骤

“1”所得的等效电阻Ro 之值， 然后