有源二端网络等效参数的测量实验报告.doc

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。
UOC
0
ISC
△U
△I
A
B

有源二端网络N
外电路
外电路
N
RO
+
-
UOC
3.有源二端网络等效电阻RO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。
I
+
—
+
—
RO
RL
图1
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
US

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。
R1
R2
RL
R3
I
+
——
200Ω
200Ω
100Ω
N
Uab
图2
mA

短路
100
200
270
470
600
1000
开路
(V)
2.00
3.10
3.50
4.18
4.60
5.10
6.00
(mA)
20.0
15.0
12.5
9.0
7.0
5.0
0.0

由图可得，RO=200Ω，UOC=6V
I’
+
——
Ua’b’
RL
RO=200Ω
UOC=6V
有源二端网络N的戴维南等效电路
图3
mA

（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。
短路
100
200
270
470
600
1000
开路
RO=200Ω

2.00
3.02
3.40
4.20
4.52
5.01
6.03

20.1
15.0
12.7
9.0
7.5
5.0
0.0

40.2
45.3
43.18
37.8
33.9
25.05
0.0

（三）设计一个实验验证诺顿定理
1）测量诺顿等效电路参数
R1
R2
RL
R3
I
+
——
200Ω
200Ω
100Ω
N
Uab
mA

（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。
短路
100
200
270
470
600
1000
开路

RO= Ω,I= mA

2）伏安法验证诺顿定理
I’
+
——
Ua’b’
RL
RO= Ω
I= mA
有源二端网络N的诺顿等效电路
mA

（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。
短路
100
200
270
470
600
1000
开路