實驗三電壓源外特性與戴維寧定理

(一)實驗儀器和器材介紹

本實驗所用儀器和器材與實驗一相同，可參見實驗一的介紹。

(二)實驗指導

1.課前預習

(1)計算圖Ⅱ.3-5所示網絡A的戴維寧等效電路參數U0

和Ri。

(2)畫出圖Ⅱ.3-5所示線路在插接式實驗板上的連接圖。(3)閱讀本實驗指導書，了解實驗內容和步驟。了解等效電壓源參數的測量方法。

2.實驗目的

(1)掌握電壓源外特性測試方法，了解電源內阻對電源輸出特性的影響。

(2)驗證戴維寧定理，學習用實驗方法測量等效電壓源的參數。

3實驗原理

1)電壓源外特性

電壓源外特性也稱伏安特性，是對電源輸出端電壓/伏和電流/安之間關系的描述。電壓源的等效電路如圖Ⅱ.3-1(a)所示，由恒壓電源E和內阻Ri串聯組成，它的端電壓隨輸出電流的變化而變化，有

U=E－RiI

(3-1)其伏安特性(外特性)如圖Ⅱ.3-1(b)所示。對于理想電壓源，Ri=0,端電壓U≡E不隨輸出電流I變化，如曲線①所示。實際的電壓源Ri≠0，輸出電壓隨電流增加而下降，如曲線②所

示。內阻不同，曲線下降的速率也不同。內阻越小，電壓源外特性越趨理想，故內阻大小成為衡量電壓源特性的重要指標之一。在工程上，內阻的大小是相對負載值而言的，若負載電阻RL>>Ri，則近似認為Ri=0，電壓源是理想的，否則認為Ri≠0的電壓源不是理想的。目前，電子穩壓電源的內阻可達毫歐數量級。外特性曲線斜率的絕對值就是內阻Ri。圖Ⅱ.3-1電壓源及其外特性

2)戴維寧定理

任何一個包含獨立電源或非獨立電源的線性單口網絡，都可以等效為一個電壓源，如圖Ⅱ.3-2所示。其理想電壓源U0為網絡ab端的開路電壓，內阻Ri是在使網絡中所有獨立電源為零(把獨立電壓源E短路、獨立電流源J斷開)而保留非獨立電源的情況下，自ab端向網絡看進去的等效電阻。等效電源的Ri和U0可以計算得出，也可由實驗測得。圖Ⅱ.3-2線性有源網絡等效為電壓源

(1)用高內阻(相對于等效電源內阻而言)電壓表可直接測量ab端開路電壓Uab,則U0等于Uab,然后用低內阻電流表測量

ab端短路電流I0，則內阻Ri=U0/I0。

(2)如果線性網絡不允許ab端開路或短路時，可以測量外特性曲線(在ab端不開路也不短路的情況下測量)，則外特性曲線的延伸線在縱坐標(電壓坐標)上的截距就是U0，在橫坐標(電流坐標)上的截距就是I0，而Ri=U0/I0,如圖Ⅱ.3-3所示。圖Ⅱ.3-3線性有源網絡外特性實際上只要知道外特性曲線上的任意兩點的坐標參數，就可以計算出U0和Ri,計算公式如下：

設圖Ⅱ.3-3中外特性曲線上兩點a、b的坐標分別為

(Ua,Ia)和(Ub,Ib)，則(3-3)(3-2)

4.實驗內容與步驟

1)測量電壓源外特性

測量方案如圖Ⅱ.3-4所示，E由穩壓電源提供。因穩壓電源內阻很小(毫歐級)，比實驗電路中的RL值小得多，近似為零，故其外特性接近理想，用普通萬用表難以分辨輸出電壓的變化。圖Ⅱ.3-4電壓源外特性的測量

(1)以萬用表作為指示，調節穩壓電源，使其開路電壓E=10V,然后按圖Ⅱ.3-4連接線路。注意圖中的R和RL均為電阻箱，只要用導線將穩壓電源和兩個電阻箱連成閉合回路即可。本實驗的數據是否正確，關鍵在于：①穩壓電源輸出的10V電壓，一定要用萬用表直流電壓10V擋認真測定正確無誤。

②不要讀錯電壓表刻度尺，不要將交流10Ｖ擋的刻度尺當作為直流10V擋的刻度尺來讀數。～

(2)令R=0，按表Ⅱ.3-1所列數據從5kΩ開始依次改變

RL值，測量并記錄RL上的電壓U。表Ⅱ.3-1中電流I值是間接測量值，I=U/RL。

(3)令R分別等于150Ω和680Ω，測量U和I值。

2)驗證戴維寧定理

（1）測量只含獨立電源的線性網絡外特性。按圖Ⅱ.3-5在插接式實驗板上連接實驗電路，E=10V由直流穩壓電源提供。按表Ⅱ.3-2所列數據改變RL值，用萬用表直流電壓

10V擋測量RL兩端電壓，測量數據記入表Ⅱ.3-2中。圖Ⅱ.3-5網絡A（2）戴維寧等效電路的驗證。根據圖Ⅱ.3-5網絡A的

戴維寧等效電路參數U0和Ri理論計算值(U0和Ri應在預習時進行計算)，組成網絡A的戴維寧等效電路，如圖Ⅱ.3-6所示。圖中U0用直流穩壓電源，注意將穩壓電源輸出電壓調至

已計算好的U0值。圖Ⅱ.3-6網絡A的等效電路

Ri用電阻箱，調至已計算好的Ri值。RL也用電阻箱，按表Ⅱ.3-2給定的值改變RL值，用萬用表測量RL兩端電壓，記入表Ⅱ.3-2內(注意表Ⅱ.3-2已在上一個實驗中用過，本實驗應另畫一張表Ⅱ.3-2)。根據表內的數據畫曲線，并與上一個實驗網絡A的曲線加以比較，并得出結論。

5.討論題

(1)一電壓源，其U0和Ri均未知。試利用負載電阻