实验四-验证戴维南定理和诺顿定理

实验四-验证戴维南定理和诺顿定理

实验四验证戴维南定理和诺顿定理

一、实验目的

（1）进一步熟悉PSPICE 仿真软件中绘制电路图，初步掌握符号参数、分析类型的设置。

（2）学习Probe窗口的简单设置。

（3）加深对戴维宁定理与诺顿定理的理解。

二、原理与说明

戴维南定理指出，任一线性有源一端口网络，对外电路来说，可以用一个电压源与电阻串联的支路来代替，该电压源的电压U S等于原网络的开路电压

U OC，电阻R O等于原网络的全部独立电源置零后的输入电阻Req。原网络如图4-1（a），其等效变换如图4-1（b）。

诺顿定理指出，任一线性有源一端口网络，对外电路来说，可以用一个电流源与电导并联的支路来代替，该电流源的电流I S等于原网络的短路电流I SC，其电导G O等于原网络的全部独立电源置零后的输入电导Geq ( Geq=1／Req )。其等效变换如图4-1（c）。等效内阻的测量图如图4-2所示。

图4-1 实验原理与说明图4-2 等效内阻的测量

三、实验设备

个人计算机、OrCAD/PSpice9.2软件。

四、实验内容

（1）测量有源一端口网络（如图4-3）等效入端电阻Req和对外电路的伏安

特性。其中U1= 5V，R1= 100Ω，U2= 4V，R2= 50Ω，R3=150Ω。

（2）根据（1）中测出的开路电压U OC、输入电阻Req，组成图4-1(b) 的等效有源一端口网络，测量其对外电路的伏安特性。

（3）根据（1）中测出的短路电流I SC、输入电阻Req，组成图4-1(c) 的等效有源一端口网络，测量其对外电路的伏安特性。

图4-3 原理图

五、实验步骤

R1 100R2

50

R3

150

RL

{v ar}

V1

5v

V2

4v

PARAMETERS:

R0

1k

RLd

1k

V3

Is

G0

1k

RLn

1k

图4-4 绘制的电路图

（1）在Capture环境下绘制图4-4电路原理图，包括取元件、连线、输入参数和设置节点等。分别编辑原电路、戴维宁等效电路和诺顿等效电路（等效参数待定，电压源和电流源默认值为0），检查无误后存盘。

（2）为测量原网络的伏安特性，图4-4 中的R L是电阻值需改变。为此，R L 的阻值要在“PARAM”中定义一个全局变量var（参数值可任意选择如10Ω、1kΩ，同时把R L的阻值也设为该变量{var}。

注：PARAM设置方法是从special库中选取PARAM放置在电路图上，双击该器件在属性栏左上角的New Column，输入名称var，值1k。如要显示该名称和值在电路图上，在数据栏上右键单击，修改display属性。

（3）为测电路的开路电压U OC及短路电流I SC，设定分析类型为“DC

Sweep”，扫描变量为全局变量var，并具体设置线性扫描的起点、终点和步长。因需要测短路电流，故扫描的起点电阻要尽量小，但不能是0。而欲测开路电压，扫描的终点电阻要尽量大。所以线性扫描的起点可设为1P，终点设为1G，步长设为1MEG，如图4-5。此时不需要中间数据，为了缩短分析时间，步长还可以设置大一些。

图4-5 DC Sweep设置

（4）启动分析后，系统自动进入Probe 窗口。

启动分析后，系统自动进入Probe窗口。选择Plot=>Add Plot to Window增加一坐标轴，选择Trace=>Add Trace分别在两轴上加I(R L) 和V(R L:2) 变量，显示如图4-6。然后执行Trace=>Cursor=>Display 启动光标测量功能，从而读取电流的最大值和电压的最大值。通过读取波形测得I(R L)最大值即短路电流

I SC=130mA，V(R L:2)最大值即U OC为3.5455V，则输入端电阻

Req=3.5455/0.13=27.273Ω。

图4-6 开路电压和短路电流波形图回到绘图界面，按测得的等效参数修改电路参数值，如图4-7所示。

R1 100R2

50

R3

150

RL

{v ar}

V1

5v

V2

4v

PARAMETERS:

R0

27.273RLd

{v ar}

V3

3.5455

Is

130mA

G0

27.273

RLn

{v ar}

0图4-7 修改参数后的电路图

重新设定扫描参数，扫描变量仍为全局变量var，线性扫描的起点为1P，终点为10K，步长为10K。重新启动分析，进入Probe窗口。选择Plot=>Add Plot to window增加两个波形显示区，选择Plot=> Axis Settings （X坐标）=>Axis Variable ，设置横轴为V(R L:2) ，选择Trace=>Add Trace分别在三个轴上加I(R L)、I(RLd)和I(RLn)变量。显示结果如图4-8。

图4-8 原电路及等效电路外特性的显示结果

选择Trace=>Cursor=>Display显示坐标值列表，点击I(RL)、I(RLd)和I(RLn)前面的小方块，数值列表中将显示相应坐标中的坐标值。用鼠标拖动十字交叉线，可显示不同电压时的相应电流值。

六、思考与讨论

1、比较三条伏安特性曲线，验证戴维南定理和诺顿定理。

七、预习要求

1、复习有关维南定理和诺顿定理等有关内容。

2、熟悉Pspice有关直流扫描的设置和分析方法以及Probe波形的查看。

八、实验心得