实验3.3 有源二端网络等效参数的测量
一、实验目的
(1) 掌握有源二端网络的戴维南等效电路。
(2) 验证戴维南定理,加深对该定理的理解。
(3) 掌握测量有源二端网络等效参数测量的方法。
(4) 了解负载获得最大传输功率的条件。
二、实验仪器
1台直流稳压电源、1块数字万用表、1块直流毫安表、电工试验箱
三、实验原理
1.有源二端网络
任何一个线性含源网络,如果仅研究其中一个支路的电压和电流,则可将电路的其余部分看做是一个有源二端网络。
有源二端网络包含线性电阻、独立电源和受控源。
2.戴维南等效电路及电路参数
戴维南定理指出:任何一个线性有源二端网络,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,其等效电阻RO等于该网络中所有独立源均置零时的等效电阻。
戴维南等效电阻如下图所示,电路参数为UOC(US)和RO。
3.有源二端网络等效电阻R O的测量方法:
(1)伏安法测RO
用电压表、电流表测出有源二端网络的外特性曲线,如图所示。根据外特性曲线求出斜率tg,则电阻为
RO=tg=
(2)半电压法
4.负载获得最大功率的条件
下图1可视为由一个电源向负载输送电能的模型,RO可视为电源内阻和传输线路电阻的总和,RL为可变负载电阻,负载RL上消耗的功率P可由下式表示:
当RL=0或RL=时,电源输送给负载的功率均为零。
而以不同的RL值代入上式,则可求得不同的P值,其中必有一个RL值,是负载能从电源处获得最大的功率。
根据数学求最大值的方法,令负载功率表达式的RL为自变量,P为应变量,并使,即可求得最大功率传输的条件。即RL=RO
当满足RL=RO时,负载从电源获得的最大功率为
这时,称此电路处于“匹配”状态。
四、实验步骤及数据
(一)伏安法测量戴维南等效电路参数
(1)实验电路入图2所示。
(2)调节直流稳压电源,使输出电压U1=12V,并保持不变。
(3)将负载RL开路,测网络a、b两端的开路电压UOC,记录。
(4)将负载RL短路,测该支路短路电流ISC,记录数据。
(5)连接负载RL,按表中的要求改变负载RL,测得RL为不同阻值时所对应得Uab和I,记录数据。
(6)利用表中数据,画出有源二端网络N伏安特性曲线,利用伏安法求RO.
(7)根据开路电压UOC与负载RO得到有源二端网络N的戴维南等效电路。
由图可得,RO=200Ω,UOC=6V
(二)伏安法验证戴维南定理
(1)实验电路如图3所示的有源二端网络N的戴维南等效电路,按图接线。
(2)调节稳压电源,使输出电压为UOC,串联电阻数值为RO。
(3)按表改变RL,测量不同数值RL所对应的Ua’b’、I’,记录结果。
(4)根据2个表绘出伏安法特性曲线,进行比较验证戴维南定理。
最大负载功率条件:
(1)根据表2,计算出负载获得的功率P=Ua’b’I’。
(2)根据实验结果,画出P-RL曲线,说明负载获得最大功率的条件。
(三)设计一个实验验证诺顿定理
1)测量诺顿等效电路参数
(1)测量上图所示电路的短路电流I。
(2)测量上图所示电路的开路电压U。
(3)根据半电压法,调动滑动变阻器,当电压为U的一半时,将RL从电路断开,用万用表测量其阻值,此时RL的阻值就是等效电路RO的阻值。
(4)将滑动变阻器RL换为定值电阻RL’,改变RL’,测得为不同阻值时所对应的和,记录数据,画出伏安特性曲线。
(5)根据短路电流I与RO得到有源二端网络N的诺顿等效电路。
RO= Ω,I= mA
2)伏安法验证诺顿定理
(1)实验电路如上图所示的有源二端网络N的诺顿等效电路。
(2)调节恒流源,使其输出电流为I,并联电阻RO。
(3)改变RL的电阻,测量测得为不同阻值时所对应的的’和,记录数据,画出伏安特性曲线。
(4)比较2条伏安特性曲线,验证诺顿定理。