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戴維南定理實(shí)驗(yàn)報(bào)告
一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/strong>
1、驗(yàn)證戴維南定理
2、測定線性有源一端口網(wǎng)絡(luò)的外特性和戴維南等效電路的外特性。
二、 實(shí)驗(yàn)原理
戴維南定理指出：任何一個(gè)線性有源一端口網(wǎng)絡(luò)，對(duì)于外電路而言，總可以用一個(gè)理想電壓源和電阻的串聯(lián)形式來代替，理想電壓源的電玉等于原一端口的開路電壓Uoc，其電阻(又稱等效內(nèi)阻)等于網(wǎng)絡(luò)中所有獨(dú)立源置零時(shí)的入端等效電阻Req，見圖4-1。
圖4- 1 圖4- 2
1、開路電壓的測量方法
方法一：直接測量法。當(dāng)有源二端網(wǎng)絡(luò)的等效內(nèi)阻Req與電壓表的內(nèi)阻Rv?相比可以忽略不計(jì)時(shí)，可以直接用電壓表測量開路電壓。
方法二：補(bǔ)償法。其測量電路如圖4-2所示，E為高精度的標(biāo)準(zhǔn)電壓源，R為標(biāo)準(zhǔn)分壓電阻箱，G為高靈敏度的檢流計(jì)。調(diào)節(jié)電阻箱的分壓比，c、d兩端的電壓隨之改變，當(dāng)Ucd=Uab時(shí)，流過檢流計(jì)G的電流為零，因此
Uab=Ucd =[R2/(R1+ R2)]E=KE
式中 K= R2/(R1+ R2) 為電阻箱的分壓比。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)電壓E 和分壓比Κ就可求得開路電壓Uab,因?yàn)殡娐菲胶鈺r(shí)IG= 0，不消耗電能，所以此法測量精度較高。
2、等效電阻Req的測量方法
對(duì)于已知的線性有源一端口網(wǎng)絡(luò)，其入端等效電Req可以從原網(wǎng)絡(luò)計(jì)算得出，也可以通過實(shí)驗(yàn)測出，下面介紹幾種測量方法：
方法一：將有源二端網(wǎng)絡(luò)中的獨(dú)立源都去掉，在ab端外加一已知電壓U，
測量一端口的總電流I總則等效電阻
Req= U/I總
實(shí)際的電壓源和電流源具有一定的內(nèi)阻，它并不能與電源本身分開，因此在去掉電源的同時(shí)，也把電源的內(nèi)阻去掉了，無法將電源內(nèi)阻保留下來，這將影響測量精度，因而這種方法只適用于電壓源內(nèi)阻較小和電流源內(nèi)阻較大的情況。
方法二：測量ab端的開路電壓Uoc及短路電流Isc則等效電阻
Req= Uoc/Isc
這種方法適用于ab端等效電阻Req較大，而短路電流不超過額定值的情形，否則有損壞電源的危險(xiǎn)。
圖4 – 3 圖 4-4
方法三：兩次電壓測量法
測量電路如圖4-3所示，第一次測量ab端的開路Uoc，第二次在ab端接一已知電阻RL(負(fù)載電阻)，測量此時(shí)a、b端的負(fù)載電壓U，則a、b端的等效電阻Req為：
Req =[(Uoc/ U)-1]RL
第三種方法克服了第一和第二種方法的缺點(diǎn)和局限性，在實(shí)際測量中常被采用。
3、戴維南等效電路法
如果用電壓等于開路電壓Uoc 的理想電壓源與等效電阻RL相串聯(lián)的電路(稱為戴維南等效電路，參見圖4-4)來代替原有源二端網(wǎng)絡(luò)，則它的外特性U=f(I)應(yīng)與有源二端網(wǎng)絡(luò)的外特性完全相同。實(shí)驗(yàn)原理電路見圖4-5b。
圖 4 - 5
三、預(yù)習(xí)內(nèi)容
在圖4-5(a)中設(shè)E1=10V，E2=6 V,R1=R2=1 KΩ，根據(jù)戴維南定理將AB以左的電路化簡為戴維南等效電路。即計(jì)算圖示虛線部分的開路電壓Uoc,等效內(nèi)阻Req及A、B直接短路時(shí)的短路電流Isc之值，填入自擬的表格中。
四、儀器設(shè)備
1、電路分析實(shí)驗(yàn)箱 一臺(tái)
2、直流毫安表 一只
3、數(shù)字萬用表 一臺(tái)
五、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟
1、用戴維南定理求支路電流I3，
測定有源二端網(wǎng)絡(luò)的開路電壓Uoc等效電阻Req
按圖4-5(a)接線，經(jīng)檢查無誤后，采用直接測量法測定有源二端網(wǎng)絡(luò)的開路電壓Uoc。電壓表內(nèi)阻應(yīng)遠(yuǎn)大于二端網(wǎng)絡(luò)的等效電阻Req 。
用兩種方法測定有源二端網(wǎng)絡(luò)的等效電阻Req
A、采用原理中介紹的方法二測量：
首先利用上面測得的開路電壓Uoc和預(yù)習(xí)中計(jì)算出的Req估算網(wǎng)絡(luò)的短路電流Isc大小，在Isc之值不超過直流穩(wěn)壓電源電流的額定值和毫安表的最大量限的條件下，可直接測出短路電流，并將此短路電流Isc數(shù)據(jù)記入表格4- 1中。
B、采用原理中介紹的方法三測量：
接通負(fù)載電阻RL，調(diào)節(jié)電位器R4使RL = 1 KΩ，使毫安表短接，測出此時(shí)的負(fù)載端電壓U并記入表格4 - 1中。
表 4 – 1
取A、B兩次測量的平均值作為Req (I3的計(jì)算在實(shí)驗(yàn)報(bào)告中完成)
2、測定有源二端網(wǎng)絡(luò)的外特性
調(diào)節(jié)電位器R4即改變負(fù)載電阻RL之值，在不同負(fù)載的情況下，測量相應(yīng)的負(fù)載端電壓和流過負(fù)載的電流，共取五個(gè)點(diǎn)將數(shù)據(jù)記入自擬的表格中。測量時(shí)注意，為了避免電表內(nèi)阻的影響，測量電壓U時(shí),應(yīng)將接在AC間的毫安表短路，測量電流I時(shí)，將電壓表從A、B端拆除。若采用萬用表進(jìn)行測量，要特別注意換檔。
3、測定戴維南等效電路的外特性。
將另一路直流穩(wěn)壓電源的輸出電壓調(diào)節(jié)到等于實(shí)測的開路電壓Uoc值,以此作為理想電壓源，調(diào)節(jié)電位器R6，使R5十R6=Req，并保持不變。以此作為等效內(nèi)阻，將兩者串聯(lián)起來組成戴維南等效電路。按圖4-5(b)接線,經(jīng)檢查無誤后，重復(fù)上述步驟測出負(fù)載電壓和負(fù)載電流，并將數(shù)據(jù)記入自擬的表格中。
六、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求
1、應(yīng)用戴維南定理，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算R3之路的電流I3，并與計(jì)算值進(jìn)行比較。????2、在同一坐標(biāo)紙上作出兩種情況下的外特性曲線，并作適當(dāng)分析。
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