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文檔簡介
實(shí)驗(yàn)三戴維南定理一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1)加深對戴維南定理的理解。(2)學(xué)習(xí)戴維南等效參數(shù)的各種測量方法。(3)理解等效置換的概念。(4)學(xué)習(xí)直流穩(wěn)壓電源、萬用表、直流電流表和電壓表的正確使用方法二、實(shí)驗(yàn)原理
(1)戴維南定理是指—個(gè)含獨(dú)立電源、線性電阻的一端口,對外電路來說,可以用一個(gè)電壓源和一個(gè)電阻的串聯(lián)組合來等效置換。此電壓源的電壓等于該端口的開路電壓UOC,而電阻等于該端口的全部獨(dú)立電源置零后的輸入電阻,如圖2.3-l所示。這個(gè)電壓源和電阻的串聯(lián)組合稱為戴維南等效電路。等效電路中的電阻稱為戴維南等效電阻Req。
所謂等效是指用戴維南等效電路把有源一端口網(wǎng)絡(luò)置換后,對有源端口(1-1′)以外的電路的求解是沒有任何影響的,也就是說對端口1-1′以外的電路而言,電流和電壓仍然等于置換前的值。外電路可以是不同的。
(3)戴維南定理的等效電路是對外部特性而言,只要含源網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部除獨(dú)立的電源外都是線性元件,上述等值電路都是正確的。
圖2.3-1一端口網(wǎng)絡(luò)的等效置換三、實(shí)驗(yàn)電路及元器件參數(shù)本實(shí)驗(yàn)采用DGB型電工實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)驗(yàn)單元3,該電路分為兩部分,說明如下:
(1)端口1-1'左為一端口網(wǎng)絡(luò)。該一端口網(wǎng)絡(luò)中電源
USN由“+”、“一”兩個(gè)端子接入,USN
=30V,雙刀雙投開關(guān)K1控制網(wǎng)絡(luò)與網(wǎng)絡(luò)中電源
USN的接通與置零,使網(wǎng)絡(luò)分別成為有源網(wǎng)絡(luò)和無源網(wǎng)絡(luò),N網(wǎng)絡(luò)中電阻參數(shù)分別為:Rl=120Ω、R2=360Ω、R3=240Ω、R4=180Ω。(2)端口2-2′右側(cè)為外電路,其中有外加電源Us的兩個(gè)接線端子,可調(diào)電位器
RW為,0~220Ω,設(shè)置電阻及R5=Req,電阻R6=100Ω用來作負(fù)載。(3)發(fā)光管D1、D2用來觀察電路有無電流,判斷電流方向,判斷是否接近于等電位(當(dāng)D1、D2都不亮?xí)r),但無論測量電流或電壓時(shí)都要把發(fā)光管D1、D2短接。四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及方法步驟
(一)計(jì)算與測量有源一端口網(wǎng)絡(luò)的開路電壓、短路電流
(1)計(jì)算有源一端口網(wǎng)絡(luò)的開路電壓Uoc(U11′)、短路電流Isc(11′)根據(jù)附本表3-1中所示的有源一端口網(wǎng)絡(luò)電路的已知參數(shù),進(jìn)行計(jì)算,結(jié)果記入該表。(2)測量有源一端口網(wǎng)絡(luò)的開路電壓Uoc,可采用以下幾種方法1)直接測量法。直接用電壓表測量有源一端口網(wǎng)絡(luò)1-1'端口的開路電壓,見圖2.3-2電路,結(jié)果記入附本表3-2中。(2)間接測量法。又稱補(bǔ)償法,實(shí)質(zhì)上是判斷兩個(gè)電位點(diǎn)是否等電位的方法。由于使用儀表和監(jiān)視的方法不同,又分為補(bǔ)償法一、補(bǔ)償法二、補(bǔ)償法三補(bǔ)償法一:用發(fā)光管判斷等電位的方法,利用對兩個(gè)正反連接的發(fā)光管的亮與不亮的直接觀察,進(jìn)行發(fā)光管兩端是否接近等電位的判斷。可自行設(shè)計(jì)電路。此種方法直觀、簡單、易行又有趣味,但不夠準(zhǔn)確。可與電壓表、毫伏表和電流表配合使用。具體操作方法,留給同學(xué)自行考慮選作。補(bǔ)償法二:用電壓表判斷等電位。如圖2.3-3所示,把有源一端口網(wǎng)絡(luò)端口的1'與外電路的2'端連成一個(gè)等位點(diǎn);Us兩端外加電壓,起始值小于開路電壓U11';短接電位器Rw和發(fā)光管D1、D2,這樣可保證外加電壓
Us正端2與有源一端口開路電壓正端1直接相對,然后把電壓表接到1、2兩端后,再進(jìn)行這兩端的電位比較。經(jīng)過調(diào)節(jié)外加電源Us的輸出電壓,調(diào)到1、2兩端所接電壓表指示為零時(shí),即說明1端與2端等電位,再把1、2端斷開后,測外加電源
Us的電壓值,即等于有源一端口網(wǎng)絡(luò)的開路電壓Uoc,此值記入附本表3-2中。補(bǔ)償法三:用電流表或檢流計(jì)判斷等電位的方法,條件與方法同上,當(dāng)調(diào)到1、2兩端所接電壓表指示為零時(shí),再換電流表或檢流計(jì)接到1、2兩端上,見圖2.3-3。微調(diào)外加電源Us
的電壓使電流表或檢流計(jì)指示為0(注意一般電源電壓調(diào)量很小),再斷開電流表或檢流計(jì)后,用電壓表去測外加電源
Us的電壓值,應(yīng)等于Uoc,此結(jié)果對應(yīng)記入附本表3-2。此方法比用電壓表找等電位的方法更準(zhǔn)確,但為了防止被測兩端1、2間電位差過大會(huì)損壞電流表,所以一定要在電壓表指示為零后,再把電流表或檢流計(jì)換接上。
(二)計(jì)算與測量有源一端口網(wǎng)絡(luò)的等效電阻Req
(1)計(jì)算有源一端口網(wǎng)絡(luò)的等效電阻
Req。當(dāng)一端口網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部無源時(shí)(把雙刀雙投開關(guān)K1合向短路線),計(jì)算有源一端口網(wǎng)絡(luò)的等效電阻尺Req。電路參數(shù)見附本表3-1中,把計(jì)算結(jié)果記入該表中。
(2)測量有源一端口網(wǎng)絡(luò)的等效電阻只
Req。可根據(jù)一端口網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部是否有源,分別采用如下方法測量:1)開路電壓、短路電流法。當(dāng)一端口網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部有源時(shí)(把雙刀雙投開關(guān)K1合向電源側(cè)),見圖2.3-2所示,USN
=12V不變,測量有源一端口網(wǎng)絡(luò)的開路電壓和短路電流
Isc。把電流表接l-1'端進(jìn)行短路電流的測量。測前要根據(jù)短路電流的計(jì)算選擇量程,并注意電流表極性和實(shí)際電流方向,測量結(jié)果記入附本表3-3,計(jì)算等效電阻Req。2)伏安法。當(dāng)一端口網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部無源時(shí)(把雙刀雙投開關(guān)Kl合向短路線側(cè)),整個(gè)一端口網(wǎng)絡(luò)可看成一個(gè)電阻,此電阻值大小可通過在一端口網(wǎng)絡(luò)的端口外加電壓,測電流的方法得出,見圖2.3-4。具體操作方法是外加電壓接在Us兩端,再把1'2'兩端相連,把發(fā)光管和電位器
Rw
短接,電流表接在1、2兩端,此時(shí)一端口網(wǎng)絡(luò)等效成一個(gè)負(fù)載與外加電源
Us構(gòu)成回路,Us電源電壓從0起調(diào)到使電壓表指示為10V時(shí),電流
IS2與電壓值記入附本表3-3,并計(jì)算一端口網(wǎng)絡(luò)等效電阻
Req=Us/IS2。3)半流法。條件同上,只是在上述電路中再串進(jìn)一個(gè)可調(diào)電位器
Rw(去掉Rw短接線)如圖2'3-5所示,外加電源
Us電壓10V不變。當(dāng)調(diào)Rw使電流表指示為伏安法時(shí)電流表的指示的一半時(shí),即
I's2=
Is2/2,此時(shí)電位器
Rw的值等于一端口網(wǎng)絡(luò)等效電阻Req,斷開電流表和外加電源Us,測Rw值就等于是及Req,結(jié)果記入附本表3-3。4)半壓法。半壓法簡單、實(shí)用,測試條件同上,見圖2.3-6。把1、2兩端直接相連,外加電源Us=10V,調(diào)Rw使URw=(1/2)Us時(shí),說明Rw值即等于一端口網(wǎng)絡(luò)等效電阻Req,斷開外接電源
Us,再測量
Rw的值,結(jié)果記入附本表3-3。5)直接測量法。當(dāng)一端口網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部無源時(shí),如圖2.3-7所示,可用萬用表歐姆檔測量或直流電橋直接測量1-1'兩端電阻
Req
(此種方法只適用于中值、純電阻電路),測試結(jié)果記入附本表3-3中。
(3)驗(yàn)證戴維南定理,理解等效概念:1)戴維南等效電路外接負(fù)載。如圖2.3-8(a)所示,
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