实验实验1.4 戴维宁定理与最大功率传输定理戴维宁定理与最大功率传输定理电路分析基础实验电路分析基础实验 1.加深对戴维宁定理的理解。 一、实验目的一、实验目的 2.掌握在实验室实现戴维宁定理的分析方法。二、实验任务二、实验任务 3.掌握在实验室测试有源二端网络等效电路参数的方法。 4.了解阻抗匹配及应用，掌握最大传输功率的条件。 1、用测量伏安特性的实验方法，对图1-4-1所示电路，验证戴维宁定理的正确性。图1-4-1 戴维宁定理 单口网络实验电路 15mA+IS510510103309VUS+ 2.用图1-4-1验证最大功率传输定理，画出输出功率随负载变化的曲线，找出传输最大功率的条件。 电压源、电流源、 直流元件挂箱、直流数字电流表、数字万用表、导线。三、实验设备三、实验设备四、实验原理四、实验原理 线性单口网络可以用一个理想电压源uoc与一个等效电阻Ro相串联的等效电路来代替。戴维宁定理：戴维宁定理：uocRo+_ 方法二：开路短路法。用Ro=uoc/isc关系式计算等效电阻，即测出该网络的开路电压uoc和短路电流isc，代入式子计算即可。方法三、四、五详见补充教材。 方法一：欧姆表法。独立源置零后直接用万用表电阻档测出等效电阻。 实验室测量等效电阻Ro方法: 最大功率传输定理：最大功率传输定理： 单口网络的端口外接负载电阻RL，当负载RL=RO(等效电阻)时，负载电阻可从网络中获得最大功率，且最大功率PLmax= 。RL=R0称为阻抗匹配 。 量程调节按钮电源开关 打开电源开关,指示灯亮。通过“输出调节”旋钮，可在输出端输出0.030V连续可调的直流电压，接线时注意极性。 该电压源有两路输出，通过琴键开关，选择UA路输出或选择UB路输出。 UA口UB口 由于稳压电源输出显示误差较大，所以实验中用万用表直流电压档来监测稳压电源输出电压。“输出粗调”旋钮平时应置于30V挡。 打开电流源开关，指示灯亮。调节“输出粗调”量程旋钮，可在2mA、20mA、200mA三档进行选择。通过“输出细调” 量程旋钮可在输出端输出0.0200mA连续可调的直流电流。接线时注意极性。为什么？为什么？调节时可先用导线将输出端短路后再进行操作。 将“+ +、”两端串接在被测电路中并按下红色琴键，对标有量程的三档琴键开关进行操作，完成量程的选择。 当被测值超出量程时,仪表将发出报警信号,此时告警指示灯亮, 蜂鸣器鸣叫，接触器跳开,停止按钮亮，将供电源切断。 处理方法:应立即按下白色“复位”按钮,切断告警回路。在排除故障后重新启动控制屏。 20mA200mA2000mA20mA200mA2000mA复位告警 先找出等效电路的参数，然后再分别测量出单口网络和它的等效电路的伏安特性，对比两个特性曲线，即可得到验证结果。 任务一思路：图1-4-1 戴维宁定理实验电路+ V图1-4-2 戴维宁定理等效电路mA_+ RL1kRO+_Uoc 15mA+IS510510103309VUS+ VmA_+1kRL 求等效电路参数Ro方法:本实验采用实验室测量等效电阻Ro方法二开路短路法进行测试。用Ro=uoc/ /isc关系式计算等效电阻。 1. 电压源与电流源的设置。按“开机操作”程序进行操作。开启电压源，并将其输出电压调为万用表直流示数为9V，关闭电压源。将电流源输出端短路，然后开启其电源，并将其输出调为15mA，关闭电流源。 2.按图1-4-1所示电路联接线路。将可调电阻1k接入戴维南定理实验电路RL处。开启电压源和电流源。将负载RL可调电阻短路（用一根导线将电阻两端短接)，读出RL短路电流Isc和电压U(0)；断开负载RL的一端， 即使得RL=，测得负载开路电压Uoc和电流(I0)，记录于表1-4-1中。五、实验步骤五、实验步骤 3.将测得的该网络的开路电压Uoc和短路电流Isc，代入式子Ro= 进行计算, 并填入表1-4-1中。IscUoc 将测得的开路电压Uoc和计算出的等效电阻Ro这两个参数填入图1-4-2所示等效电路中。 4.将负载RL调至最大值(=1k)，测出对应的U和I（D1）。在RL=0和RL=1k值之间对应的电流ISC(或电压)和D1均匀等差取值填入表1-4-1中，以该电流(或电压)为参照，通过调节RL，测出相对应的电压(或电流)的值，记录于表1-4-1中。关闭电压源与电流源，拆除线路。画出有源二端网络伏安特性曲线。表1-4-1 单口网络单口网络伏安特性测试表R RL L / / 0 0/ / / / /1k1kI I/mA/mA（实测值）（实测值）U UL L /V /V ( (实测值实测值) )R R0 0 / / R R0 0实测实测= =U UOCOC/ /I ISCSC= =R R0 0理论理论= =误差计算误差计算第一步测短路电流ISC第三步测D1第四步在第四步在I ISCSC 和和 D D1 1 之间等差得到之间等差得到D2D2D5D5第二步测开路电压UOCI ISCSCU UOCOC(D(D1 1) )(D(D5 5) )(D(D4 4) )(D(D3 3) )(D(D2 2) ) 5.拆除电路联线，将电压源调至万用表示数为Uoc，十进制电阻调为Ro值，负载电阻仍用装置上的1k 作为RL ,按图1-4-2所示电路联线。图1-4-2 等效电路实验图 6.等效电路的伏安特性曲线测试。开启电压源。将负载短路，读出负载RL短路电流Isc和电压U(0)；断开负载RL的一端，即使得RL=，测得负载开路电压Uoc和电流I(0)，将负载RL调至最大值(=1k)，测出对应的电流（D1）。记录于同样格式的表1-4-2中。开路电压mA_+ RL1kRO+_Uoc+ V等效电组 7.将表1-4-1中的参照电流(或电压)D2D5抄入表1-4-2中。以该电流(或电压)为参照，通过调节RL，测出相对应的电压(或电流)的值，记录于表1-4-2中。关闭电压源，拆除线路。在同一个坐标系里画出等效电路的伏安特性曲线。RL /0/1 kI/mA（实测值）ISC抄表抄表1-4-11-4-1(D1)(D5)(D4)(D3)(D2)UL /V (实测值)UOC与表1-4-1中的UL /V (实测值)进行绝对误差计算 1.按图1-4-1联线，将十进制电阻箱联接成计算所得的等效电阻Ro值，替换实验任务一中有源二端口网络的负载端的RL电阻， (即用十进制电阻箱的电阻作为负载RL) 。任务二 比较1-4-1和表1-4-2的表格，在参照电流值D2D5 一样的情况下，对应的电压值是否相同，从而得出 戴维宁定理验证结果。 最大功率传输定理实验电路 15mA+IS510510103309VUS+mA_+十进制电阻作为负载电阻RL 1000.11011K10K十进制电阻箱十进制电阻箱 2.输出功率随负载变化的曲线的测试。开启电压源和电流源。测出流过的电流I 值，记录于表1-4-3中。再将十进制电阻的百位分别逐级调小和调大，同时记录阻值和对应的电流I 值于表1-4-3中，分别计算出负载功率PL。关闭电压源与电流源，拆除线路。画出有源二端网络输出功率随负载变化的曲线。RL /R0-400R0- 300R0- 200R0-100R0R0+100R0+200R0+300R0+400I/mA （实测值）PL /mWPLmax 3.按下红色“停止”按钮，红灯亮，绿灯灭。将钥匙式总开关置于“关”位置，此时红色按钮灭。实验结束。六、实验报告要求六、实验报告要求 1.画出实验电路与表格，简要写出电路原理。 2.理论计算图1-4-1所示单口网络等效电阻R0。 4.分别完成表1-4-1和表1-4-2的实测记录和计算，并在同一个坐标系中画出它们各自的伏安特性曲线。验证戴维宁定理的正确性。 3. 将测得的开路电压Uoc和用开路短路法计算出的等效电阻R0这两个参数填入图1-4-2所示等效电路中。并对等效电阻R0进行误差计算。 5.完成输出功率随负载变化的表格1-4-3实测记录和计算，画出它们关系的曲线。验证最大功率传输定理。七、注意事项七、注意事项 本实验是直流实验，接线时注意电源及表计的极性。 换接线路时，必须关闭电压源与电流源开关。 做任务一的等效电路实验时，不要忘记先将电压源调至万用表示数为Uoc，十进制电阻调为Ro值。6.根据测试结果，得出定理的正确性。7.完成思考题。在实验室操作时，为减少测量误差，注意随时切换电流表的量程，注意避免量程保护动作。 1、 若将图1-4-1中330的电阻换成二极管，是否还可应用叠加定理和戴维宁定理？为什么？八、补充思考题八、补充思考题3、请说明本实验数据记录三个表格有什么特点？ 2、有源二端网络的另一种等效电路是什么？如何用实验的方法得到其参数？写出实验步骤。 4、用数字万用表的电阻档能否测量等效电阻的内阻？为什么？