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实验课程：电路分析实验   课序：   实验时间：  教师：许立新

一、实验名称  电压源外特性与戴维宁定理

二、实验目的：

1、掌握电压源外特性测试方法

2、了解电源内阻对电源输出特性的影响

3、验证戴维宁定理，学习用实验方法测量等效电压源的参数

三、实验重点、难点

重点：电压源外特性测试方法

难点：电源内阻对电源输出特性的影响

四、器材、设备

电路分析实验箱  函数信号发生器   交流毫伏表  数字万用表  直流稳压电源  双踪示波器

实验三 电压源外特性与戴维宁定理

一、实验目的

1、掌握电压源外特性测试方法

2、了解电源内阻对电源输出特性的影响

3、验证戴维宁定理，学习用实验方法测量等效电压源的参数

二、实验器材

1、直流稳压电源

 2、数字式万用表

 3、电路分析实验箱

三、实验原理及参考电路

1、电压源外特性

电压源外特性也称伏安特性，是对电源输出端电压和电流之间关系的描述

电压源等效电路如下图(a)所示，由恒压电源E和内阻Ri串联组成，它的端电压随输出电流的变化而变化。U=E-R_iI

其伏安特性如图所示。对理想电压源，Ri=0，端电压U=E不随输出电流变化。

2、戴维宁定理

任何一个包含独立电源或非独立电源的线性单口网络，都可以等效为一个电压源。如图所示。其理想电压源U_O为网络ab端的开路电压，内阻Ri是在使网络中所有独立电源为零（把独立电压源E短路、独立电流源J断开）而保留非独立电源的情况下，自ab端向网络看进去的等效电阻。

四、实验内容与步骤

1、测量电压源外特性

测量方案如图所示，E由稳压电源提供。因为稳压电源内阻很小（毫欧级），比实验电路中的R_L值小很多。为突出电源内阻对输出特性的影响，于a、b间串联电阻R，组成虚线方框所示的模拟电压源，其理想电压源电压为E，内阻为R，R的值不同，测得的外特性也不同，可以看出内阻对外特性的影响。

  (1)用万用表作指示，调节稳压电源，使其开路电压E=10V，然后按图连接线路。

（2）令R=0，按表所列数据从5KΩ开始依次改变R_L值，测量并记录R_L上的电压U。表中的电流用间接法测量。

（3）令R分别等于150Ω和680Ω，测量电压U和电流I。

表1 电压源特性测量数据表

2、验证戴维宁定理

（1）测量只含独立电源的线性网络外特性

按图连接实验电路，E=10V由直流稳压电源提供，按表2所列数据改变R_L值，用万用表测量R_L两端电压，测量数据记入表中，根据数据表中的数据画曲线，并与实验内容1测量到的直流电压源外特性曲线进行比较，两者形式上是否相同，以证明有源线性网络可以看做为电压源。

（2）戴维宁等效电路的验证

根据图网络A的戴维宁等效电路参数U_O和Ri理论计算值，组成网络A的戴维宁等效电路，如图所示，图中U_O用直流稳压电源，注意将直流稳压电源输出电压调至已计算好的U_O值。Ri用电阻箱。R_L在试验箱上选，用万用表测量R_L两端电压，记入表中。根据表中的数据画曲线，并比较两个曲线。并得出结论。

表2 验证戴维宁定理实验数据表

五、讨论题

1、一电压源，其U_O和Ri均未知。试利用负载电阻R_L等于等效电源内阻时，电源电压平均分配在Ri和R_L上的规律，提出测量Ri的方案。

第二篇：等效电源定理

实验二　等效电源定理

一、实验目的

　　1. 验证戴维宁定理和诺顿定理的正确性，加深对该定理的理解。

    2. 掌握测量有源二端网络等效参数的一般方法。

二、原理说明

　　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）。

戴维宁定理指出：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。

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I_SC，其等效内阻R₀定义同戴维宁定理。

Uoc（Us）和R₀或者I_SC（I_S）和R₀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

    (1) 开路电压的测量

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。

 　（2）短路电流的测量

在有源二端网络输出端短路，用电流表测其短路电流Isc。

（3）等效内阻R₀的测量

　            Uoc

　　    R₀＝ ──

 　　  　 　　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。

三、实验设备

四、实验内容

被测有源二端网络如图5-1(a)所示，即HE-12挂箱中“戴维宁定理/诺顿定理”线路。

(a)                                       (b)

     图 5-1

1. 用开路电压、短路电流法测定戴维宁等效电路的Uoc、R₀。

按图5-1(a)接入稳压电源Us=12V和恒流源Is=10mA，不接入R_L。测出U_Oc和Isc，并计算出R₀（测U_OC时，不接入mA表。），并记录于表1。

表1 实验数据表一

    2. 负载实验

按图5-1(a)接入可调电阻箱R_L。按表2所示阻值改变R_L阻值，测量有源二端网络的外特性曲线，并记录于表2。

        表2  实验数据表二

3. 验证戴维宁定理

把恒压源移去，代之用导线连接原接恒压源处；把恒流源移去，这时，A、B两点间的电阻即为R₀，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5-1(b)所示，仿照步骤“2”测其外特性，对戴氏定理进行验证，数据记录于表3。　　

       表3  实验数据表三

4. 验证诺顿定理

在图5-1（a）中把理想电流源及理想电压源移开，并在电路接理想电压源处用导线短接（即相当于使两电源置零了），这时，A、B两点的等效电阻值即为诺顿定理中R₀， 然后令其与直流恒流源（调到步骤“1”时所测得的短路电流Isc 之值）相并联，如图5-2所示，仿照步骤“2”测其外特性，对诺顿定理进行验证，数据记入表4。　　

 

图5-2 

表4   实验数据表之四

五、实验注意事项

    1. 使用恒流源时，应先接好电路再打开其开关！

2. 测量时应注意电流表量程的更换。

3. 步骤“3、4”中，电压源置零时不可将稳压源短接。                                                

4. 改接线路时，要关掉电源。

六、预习思考题

　　1. 在求戴维宁等效电路时，作短路试验，测I_sc的条件是什么？在本实验中可否直接作负载短路实验？请实验前对线路5-1(a)预先作好计算，以便调整实验线路及测量时可准确地选取电表的量程。

2. 图5－1（a）中所测的开路电压是否就是负载RL两端的电压？为什么？

3. 一个二端网络在什么情况下可以做短路实验？

七、实验报告

　　1. 根据步骤2和3，分别绘出曲线，验证戴维宁定理的正确性， 并分析产生误差的原因。

2. 归纳、总结实验结果。

3. 心得体会及其他。