《大学“电路分析基础”课程实验合集.实验五》丨线性有源二端网络等效电路的研究
实验五 线性有源二端网络等效电路的研究
目录
实验五 线性有源二端网络等效电路的研究
1 实验目的
2 实验仪器与设备
3 实验预习
4 实验原理
5 实验内容与步骤
6 实验要求与注意事项
7 实验报告
1 实验目的
1. 学习测量线性有源二端网络等效电源参数的方法。
2. 加深对等效电源定理的理解。
3. 巩固万用电表的使用方法,加深对万用电表内阻的理解。
2 实验仪器与设备
万用表 一台
电路综合实验箱 一台
3 实验预习
1. 根据图1-2实验电路,计算其等效电源参数的理论值。
2. 根据所选用的测量方法拟定实验步骤。
4 实验原理
1.任何一个线性网络,如果只研究其中一条支路的电压或电流,则可将电路的其余部分看作是一
个有源二端网络,或称为含源一端口网络,如图5-1(a)所示。
2. 等效电源定理包括电压源等效和电流源等效两个定理,也称为戴维南定理和诺顿定理:
戴维南定理:任意一个线性有源二端网络,就其对外电路的作用而言,总可以等效为一个电压源和
电阻组成的串联电路,如图1-1(b)所示。该电压源的电压UOC等于二端网络在端口处的开路电
压;电阻r0等于二端网络内所有独立源置于零的条件下,从端口处看进去的等效电阻。
诺顿定理:任意一个线性有源二端网络,就其对外电路的作用而言,总可以等效为一个电流源和电
导组成的并联电路,如图1-1(c)所示。该电流源的电流ISC等于二端网络在端口处的短路电流;
电导g0等于该二端网络内所有独立源置于零的条件下,从端口处看进去的等效电导,g0 = 1/ r0。
通常我们称开路电压UOC、短路电流ISC以及等效内阻r0为有源二端网络的等效电源参数。
3.线性有源二端网络与等效电路的外特性应该是一致的,在平面坐标中绘制的伏安关系曲线应该
重合。
4. 最大功率传输定理
一个线性有源二端网络,不管其内部具体电路如何,都可以等效为一个理想电压源和电阻组成的串
联电路,如图1-1(b)所示。当负载为RL时,获得功率:
对上式求导并令其为零,得到负载RL上获得最大功率时的条件RL = r0,此时最大功率为:
5 实验内容与步骤
如图1-2所示实验电路,测量A、B端口的等效电源参数UOC、ISC,测量数据填入表1-1中,r0任选
三种方法进行测量,测量数据填入表1-2中。
按图1-3所示,在“线性电路研究模块”实验板上搭建实验电路。 将+12V的电源输出端接到
2P20,2P22与2P05相连,电阻2R4与2R5串联成一个300Ω的电阻,2P08与2P05相连, 2P09接
到GND ,2P06与2P09之间串联一个直流电压表,用于测量电路开路电压。
在精度要求不高的情况下,可直接用万用表的直流电压挡测出该有源二端网络电路的开路电压
UOC,如图1-3所示。实验中所用的万用表其内阻足够大(大于被测网络的电阻100倍以上),则
测量误差可以忽略,可认为万用表的电压读数就是开路电压UOC的值。否则将有一定的测量误
差。
(2)测量短路电流ISC
将上述实验电路中的直流电压表换成直流电流表,其他连接保持不变,见图1-4。在网络端口允许
短路的情况下,可用万用表直流电流挡测量网络端口处的短路电流。如果实验中使用的万用表内阻
足够小(小于被测支路阻值100倍以上),则对测量数据影响较小,可以认为万用表的电流读数就
是短路电流ISC的值。否则将有一定的测量误差。
表1-1 测定等效电源参数UOC,ISC
测 量 项 目 |
UOC(V) |
ISC(mA) |
|
10mA挡测量 |
100mA挡测量 |
||
理论值 |
|||
测量值 |
测量等效内阻的方法很多,事实上,我们根据已经测量的开路电压UOC及短路电流ISC,即可得到
等效内阻r0 =UOC /ISC ;除此之外,再介绍几种测量r0的方法。
a. 直接测量法
将网络内的独立源置零,如图1-5(a)所示,将线性有源二端网络变成无独立源二端网络,用万用表欧姆挡测量该网络端口处的入端电阻,即得到等效内阻r0。
b. 外接已知电源法
按照上述图1-5(a)的方法,将线性有源二端网络变成无独立源二端网络,外接电源,测电流I或
电压U’,如图1-6(a)和(b)所示,根据电压与电流的比值,计算出r0。
c. 外接已知负载法
也称为二次电压测量法,电路如图1-8(a)所示,在被测电路A、B两端任接一个阻值已知的电阻
RL,第一次测的是开路电压UOC(表1-1已完成),第二次测的是已知阻值电阻RL上的端电压
UL,从图1-8(b)我们知道:
即得到公式:
表1-2 测量r0
r0 |
实验方法 |
中间测量数据 |
结果r0(Ω) |
r01 |
直接测量法 |
||
r02 |
外接已知电源法 |
||
r03 |
外接已知负载法 |
||
r04 |
开路短路法 |
||
理论值r0 = |
综合分析后r0= |
6 实验要求与注意事项
1.测量等效内阻r0 的方法最少用三种,以便于比较3和分析测量误差,选取测量较准确者构成等
效电路。
2. 实验中万用表测量电压、电流的变换次数较多,必须正确使用,以防烧坏万用表。
3. 实验中,严禁将直流稳压电源两输出端短接。
7 实验报告
1. 填写实验表格数据,列写出所用测量方法和电路。
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