实验1.2 叠加原理和戴维南定理.

实验1.2 叠加原理和戴维南定理

一、实验目的

1. 掌握简单的利用实验手段验证线性电路中的叠加原理和戴维南定理方法

2. 学会用实验方法测定含源二端网络的开路电压U OC和电阻R0。

二、实验原理

1. 叠加原理：由全部独立电源在线性电路中产生的任一电压或电流，等于每个独立电源单独作用时产生的电压或电流的代数和。某一个独立电源单独作用时，应将其它独立理想电压源用短路替代（u S=0）,独立理想电流源用开路替代（i S=0）。

2. 戴维南定理：线性含源二端网络可以用一个理想电压源U OC与一个等效电阻R0相串联的等效电路来代替。

其中理想电压源的电压等于该网络的开路电压U OC，电阻R0等于该网络中所有独立源为零时所得网络的等效电阻（即电压源用短路代替，电流源用开路代替），亦可用开路短路法R0=U OC/I SC的关系计算等效电阻，其中U OC为该网络的开路电压，I SC为该网络的短路电流。

三、实验仪器

1. 电工综合台：

直流数显稳压电源

直流数显恒流源

直流电流表

电流插座、插头

XD06电阻挂箱中R3可调电阻和十进制电阻箱

XD03电路挂箱

2. 数字万用表

四、实验任务及步骤

1.完成叠加原理的测量与验证

(1) 只有电压源U S作用

将直流稳压电源调至万用表示数为6V、恒流源短路后调至10mA，关闭电源。拆线后按图1.2.1接入XD03挂箱中电路，将十进制电阻连接成220Ω接入电路负载AB端作为R，将电流插头插入电流插座内并按极性连接至直流电流表，并联数字万用表。开启稳压电源，(即电流源不作用)，测出电阻220Ω两端的电压U AB和流过它的电流I AB，记入表1.2.1中。

(2) 只有电流源I S作用

将稳压源关闭后短路，(即电压源不作用)，开启恒流源电源，测出电阻220Ω两端的电压U AB和流过它的电流I AB，记入表1.2.1中。

(3) 电压源U S和电流源I S共同作用

拆除稳压源短路线开启稳压电源和恒流源，测出电阻220Ω两端的电压U AB 和流过它的电流I AB，记入表1.2.1中。

表1.2.1

图1.2.1 叠加和戴维南定理的实验图

2. 完成戴维南定理的测量与验证

(1) 图1.2.1，将电阻220Ω换成XD06电阻挂箱中R3可调电阻，作为负载R L。见图1.2.1虚线部分。

(2) 负载短路，读出负载R L短路电流I SC和电压U(≈0)，断开负载R L的一端，即使得R L=∞，测得负载开路电压U OC和电流I(≈0),记录在表1.2.2中。

(3) 将负载R L调至最大值测出U和I，在R L=0和R L最大值之间对I(或U)均匀取值写入表中，以该I(或U)为参照，通过调节R L分别测出对应于该I(或U)值时相应的U(或I)值填入表1.2.2中。得到图1.2.1中虚线框内含源二端网络的外特性u=f(i) 。

(4) 根据表中记录的短路电流I SC(R L=0Ω时的I值)和开路电U OC(R L=∞时的U值)，计算含源二端网络的等效电阻R0=U OC/I SC(R0值小数点保留一位)。

表1.2.2

R L(Ω) 0 / / / / R L max∞U (V) U OC

I (mA) I SC

(5)拆除电路连线，将直流稳压电源调至万用表示数为U OC，十进制电阻接成R0值，负载电阻仍用XD06电阻挂箱中R3作为R L，完成图1.2.2等效电路实验图的连接。

(6) 将表1.2.2的参照值I(或U)抄入下面同样格式的表1.2.3表格中，通过调节R L，测出R L从0～∞变化时对应的U(或I)值，完成等效电路实验图的伏安关系表格记录。

图1.2.2 戴维南定理等效电路实验图

表1.2.3

R L(Ω) 0 / / / / /∞U (V) U OC I(mA) I SC

五、实验报告要求

1. 完成1.

2.1叠加原理实验电路图和表格的测试并进行理论计算与误差计算。

2. 完成表1.2.2与1.2.1含源二端网络戴维南定理实验电路图的伏安关系的测试，完成表1.2.3与图1.2.2等效电路实验图的伏安关系的测试。根据实验数据在同一坐标系中分别绘出含源二端网络和等效电路外特性曲线。

3. 计算R0理论值与实验值的误差。由两个验证实验结果分别得出结论。

4. 回答思考题。

六、思考题

1. 在线性电路中，各支路的电压或电流可以叠加，为什么功率不能叠加？并用实验结果计算加以说明。

2. 若将图1.2.1中510Ω的电阻换成二极管，是否还可应用戴维南定理将此含源二端网络简化？为什么？

七、注意事项

1. 本实验是直流实验，注意电源、电流插座及表计的极性。万用表选择直流电压挡并且并联在被测支路上。直流电流表应串联在支路中。

2. 勿在稳压电源没关闭的状态下将其输出端短路，以免烧坏保险丝或引起稳压电源损坏。

3. 为减少测量误差，注意随时切换电流表的量程，并且注意避免量程保护动作。

4. 做完叠加原理实验后不要拆线，只需将原电路中的R=220Ω电阻换成R3可调电阻即是验证戴维南定理的电路。

5. 戴维南定理的测量中，测量R L=∞相关数据时，应将该电阻一端断开。