实验二 叠加定理和戴维宁定理的验证

4
五、思考题 1. 在叠加原理实验中，要令 U1、U2 分别单独作用，应如何操作？可否直接将不作用的 电源（U1 或 U2）短接置零？ 2. 叠加定理实验电路中， 若有一个电阻器改为二极管， 试问叠加原理的迭加性与齐次 性还成立吗？为什么？ 4. 将戴维南定理中实测的 R0 与理论计算值 R0 进行比较，分析电源内阻对误差的影响。 5. 说明测有源二端网络开路电压及等效内阻的几种方法，并比较其优缺点。
RO (
U０ 1) RL UL
2
四、实验内容
（一） 、叠加定理的验证 实验线路如图 2-4 所示，用 DICE-DGA 挂实验箱的“基尔夫定律/叠加原理”模块。
图 2-4 1. 将两路稳压源的输出分别调节为 12V 和 6V，接入 U1 和 U2 处。开关 S3 投向 R5 侧。 2. 令 U1 电源单独作用（将开关 S1 投向 U1 侧，开关 S2 投向短路侧） 。用直流数字电压 表和直流数字毫安表（接电流插头）测量各支路电流及各电阻元件两端的电压，记录之。
按图 2-5(a)接入 RL。改变 RL 阻值，测量有源二端网络的外特性曲线。 U（v） I（mA） 3. 验证戴维南定理：从电阻箱上取得按步骤“1”所得的等效电阻 R0 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，如图 2-5(b)所示， 仿照步骤“2”测其外特性，对戴氏定理进行验证。 U（v） I（mA） 根据步骤 2、3，分别绘出曲线，验证戴维南定理的正确性， 并分析产生误差的原因。 4. 有源二端网络等效电阻（又称入端电阻）的直接测量法。见图 2-5（a） 。 将被测有源网络内的所有独立源置零（将电流源 IS 断开，去掉电压源 US，并在原电压 源所接的两点用一根短路导线相连） ，然后用伏安法或者直接用万用表的欧姆档去测定负载 RL 开路时 A、B 两点间的电阻，此即为被测网络的等效内阻 R0，或称网络的入端电阻 Ri 。
实验二 叠加定理和戴维宁定理的验证
一、实验目的
1．通过实验加深对基尔霍夫定律、叠加原理和戴维南定理的理解。 2．学会用伏安法、短路电流法、二次电压法测一端口网络等效内阻。 3．正确使用直流电压表、电流表及直流稳压电源。
二、预习要求
1．阅读本次实验各项内容及附录，熟悉实验电路图，了解各仪器仪表的使用方法。 2．复习基尔霍夫定律、叠加原理和戴维南定理。分析电路时注意标明电流、电压的正 方向。 3．了解测试有源一端口网络开路电压和等效电阻的方法。
注：①每个独立源单独作用
③电压、电流的“+” 、 “—”号 3. 戴维宁定理
②仅适用于线性电路 ④功率不能叠加
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（或称为含源一端口网络） 。 戴维南定理指出： 任何一个线性有源网络， 总可以用一个电压源与一个电阻的串联来等 效代替，此电压源的电动势 Us 等于这个有源二端网络的开路电压 Uoc， 其等效内阻 R0 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。 Uoc 和 R0 或者 ISC 和 R0 称为有源二端网络的等效参数。
3
Ω
I
(a) 电路的 Uoc、R0 和诺顿等效电路的 ISC、R0。
图 2-5
(b)
1. 用开路电压、短路电流法测定戴维南等效 Uoc (v) Isc (mA) R0=Uoc/Isc (Ω)
按 图 2-5(a) 接 入 稳 压 电 源 Us=12V 和 恒 流 源 Is=10mA， 不接入 RL。测出 UOc 和 Isc,并计算出 R0。 2. 负载实验
3 4 5 6 7 8
直流电压表 直流毫安表 基尔夫定律/叠加原理 可调直流恒流源 万用表 戴维南定理实验电路
5
测量项目 实验内容 U1 单独作用 U2 单独作用 U1、 U2共 同 作 用
U1 (V)
U2 (V)
I1 (mA)
I2 (mA)
I3 (mA)
UAB (V)
UCD (V)
UAD (V)
UDE (V)
UFA (V)
实验注意事项 1. 用指针式电流表测量电流时，或者用指针电压表测量电压降时，应注意仪表的极性， 正确判断测得值的＋、－号后，记入数据表格。 2. 注意仪表量程的及时更换。 （二） 、戴维宁定理的验证 被测有源二端网络如图 2-5(a)。
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。 （5）两次电压法 先测量有源二端网络的开路电压 U0，再在两端钮间接入一个已 知电阻 RL，测电阻 RL 两端的电压 U L，则
实验注意事项 1. 测量时应注意电流表量程的更换。 2. 步骤“4”中，电压源置零时不可将稳压源短接。 3. 用万用表直接测 R0 时，网络内的独立源必须先置零，以免损坏万用表。其次，欧 姆档必须经调零后再进行测量。 4. 用零示法测量 UOC 时，应先将稳压电源的输出调至接近于 UOC，再按图 2-3 测量。 5. 改接线路时，要关掉电源。
六、实验设备 序号 1 名 称 型号与规格 0~12V 12V 0～30V 或 0～200V 0~20mV 1 1 1 0～10mA 1 1 1 DICE-DGA 数量 1 备 注
可调直流稳压电源 直流稳压电源
DICE-DGA DICE-DGA DICE-DGA DICE-DGA DICE-DGA DICE-DGA
三、实验原理
1．基尔霍夫定律 （1）电流定律（KCL） ：在集总参数电路中，任何时刻，对任一节点，所有各支路电流 的代数和恒等于零，即∑i＝0。正常约定，流出节点的支路电流取正号，注入节点的支路电 流取负号。 （2）电压定律（KVL） ：在集中参数电路中，任何时刻，沿任一回路内所有支路或元件 电压的代数和恒等于零，即∑u＝0。通常接口约定，凡支路电压或元件电压的参考方向与回 路绕行方向一致者为正量，反之取负号。 运用上述定律时必须注意各支路电流或闭合回路的正方向，此方向可预先任意设定。 2. 叠加定理 叠加原理指出：在有多个独立源共同作用下的线性电路中，通过每一个元件的电流或 其两端的电压， 可以看成是由每一个独立源单独作用时在该元件上所产生的电流或电压的代 数和。 线性电路的齐次性是指当激励信号（某独立源的值）增加或减小 K 倍时，电路的响应 （即在电路中各电阻元件上所建立的电流和电压值）也将增加或减小 K 倍。
RO tg
U U OC I I SC
图 2-1
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
(3) 半电压法测 R0
U OC U N IN
如图 2-2 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。 (4) 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，如图 2-3 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 图 2-3 图 2-2
1
2.Baidu Nhomakorabea有源二端网络等效参数的测量方法 (1) 开路电压、短路电流法测 R0 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
U OC I SC
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。 (2) 伏安法测 R0 用电压表、电流表测出有源二端网络的外特性曲线，如 图 2-1 所示。 根据外特性曲线求出斜率 tgφ，则内阻
测量项目 实验内容 U1 单独作用 U2 单独作用 U1、 U2共 同 作 用
U1 (V)
U2 (V)
I1 (mA)
I2 (mA)
I3 (mA)
UAB (V)
UCD (V)
UAD (V)
UDE (V)
UFA (V)
3. 令 U2 电源单独作用（将开关 S1 投向短路侧，开关 S2 投向 U2 侧） ，重复实验步骤 2 的测量，记录之。 4. 令 U1 和 U2 共同作用（开关 S1 和 S2 分别投向 U1 和 U2 侧） ， 重复上述的测量，并 记录之。 5. 将 R5（330Ω）换成二极管 1N4007（即将开关 S3 投向二极管 IN4007 侧） ，重复 1～ 5 的测量过程，记录之。