叠加原理和戴维南定理实验报告 18页

叠加原理和戴维南定理实验报告 实验报告 叠加原理和戴维南定理的验证 姓名 班 级 学号 叠加原理和戴维南定理的验证 一．实验目的： 1. 通过实验加深对基尔霍夫定律、 叠加原理和戴维南定理的理解。 2. 学会用伏安法测量电阻。 3. 正确使用万用表、电磁式仪表及直流稳压电源。 二．实验原 理： 1. 基尔霍夫定律： 1 ）. 电流定律（ KCL）：在集中参数电路中，任何时刻，对任一节 点，所有各支路电流的代数和恒等于零，即 ??=0 。流出节点的支路 电流取正号，注入节点的支路电流取负号。 2 ）. 电压定律（ KVL）：在集中参数电路中，任何时刻，对任一回 路内所有支路或原件电压的代数和恒等于零， 在即 ??=0。凡支路 电压或原件电压的参考方向与回路绕行方向一致者为正量， 反之取负 号。 2. 叠加原理 在多个独立电源共同作用的线性电路中，任一支路的电流（或电 压）等于各个电源独立作用时在该支路所产生的电流（或电压）的代 数 和。 3. 戴维南定理： 任一线性有源二端网络对外电路的作用均可用一个等效电压源来 代替，其等效电动势 EO等于二端网络的开路电压 UO，等效内阻 RO 等于该网络除源（恒压源短路、开流源开路）后的入端电阻。 实验 仍采取用图 2-3-1 所示电路。 可把 ac 支路右边以外的电路 （含 R3支 路）看成是以 a 与 c 为端钮的有源二端网络。测得 a、c 两端的开路 电压 Uab即为该二端网络的等效电动势 EO,内阻可通过以下几种方法 测得。 （1）伏安法。将有源二端网络中的电源除去，在两端钮上外加一 已知电源 E，测得电压 U和电流 I ，则 U RO= （2）直接测量法。将有源二端网络中的电压源除去，用万用 表的欧姆档直接测量有源二端网络的电阻值即为 RO 。本实验所用此法 测量，图 2 中的开关 S1 合向右侧，开关 S2断开，然后用万能表 的欧姆挡侧 a、c 两端的电阻值即可。 （3）测开路电压和短路电流法。测量有源二端网络的开路电压 U0和短路电流 IS 。则 R0=U0/IS 测试如图 2-3-3 所示，开关 S打开时测得开路电压 U0,闭合时测 得短路电流 IS 。这种方法仅适用于等效电阻较大而短路电流不大 （电 源电流的额定值不超过）的情况 U0 （4）两次电压法。先测量有源二端网的开路电压 U0，再在两端 纽间接入一个已知电阻 RL，测量电阻 RL两端的电压 UL，则： R0=(U0/UL-1)RL 按图 2-3-4 所示的电路，开关 S打开时，测得开路电压 U0，S闭 合时， 三 ．实验仪器和设备 1. 电工技术实验装置 2. 万能多用表 四．实验内容： 1. 叠加原理 分别求出 US1,US2单独作用时各个支路电流与电压， 再求 US1,US2 同时作用时的电流电压，验证叠加原理。 开关打向电阻 开关打向二极管 由表可验证电流的叠加原理。 2. 戴维南定理： （1）测的开路电压，将左侧开关合向左侧，右侧开关合向右侧， 测的 Uab （2 用伏安法测的等效电阻，左侧开关合向短路侧，右侧开关合 向接通电源，测的 U和 I ，计算 R0 (3) 用二次电压法测等效电阻。 取一个已知电阻， 通过测的开路电 压和 实验二、叠加原理和戴维南定理 实验预习： 一、实验目的 1 、 牢固掌握叠加原理的基本概念，进一步验证叠加原理的正确 性。 2 、 验证戴维南定理。 3 、 掌握测量等效电动势与等效内阻的方法。 二、实验原理 叠加原理： 在线性电路中，有多个电源同时作用时，在电路的任何部分所产 生的电流或电压， 等于这些电源分别单独作用时在该部分产生的电流 或电压的代数和。 为了验证叠加原理，可就图 1-2-1 的线路来研究。当 E1 和 E2同 时作用时，在某一支路中所产生的电流 I ，应为 E1单独作用在该支 路中所产生的电流 I? 和 E2单独作用在该支路中所产生的电流 I? 之和， 即 I= I?+ I? 。实验中可将电流表串接到所研究的支路中分别测得在 E1和 E2单独作用时，及它们共同作用时的电流和电压加以验证。 图 1-2-1 叠加原理图 (a) (b) 图 1-2-2 戴维南定理图 戴维南定理： 一个有源的二端网络就其外部性能来说，可以用一个等效电压源 来代替，该电压源的电动势 E等于网络的开路电压 UOC；该电压源的 内阻等于网络的入端电阻（内电阻） Ri 。 图 1-2-2 的实验电路，现研究其中的一条支路（如 RL支路）。那 么可以把这条支路以外的虚线部分看作是一个有源二端网络， 再把这 个有源网络变换成等效电动势和内阻 Ri 串联的等效电路。 三、预习要求与计算仿真 1 、本次实验涉及到以下仪器：直流稳压电源、直流电压表、直流 毫安表，电流插头、插座。关于这些设备的使用说明，详见附录，在 正式实验前应予以预习。 2 、根据图 1-2-3 、1-2-4 中的电路参数，计算出待测量的电流、 电压值，记入表中，以便与实验测量的数据比较，并帮助正确选定测 量仪表的量程。 3 、利用 PSPICE仿真软件，根据图 1-2-3 、1-2-4 设计仿真电路， 并试运行。（ PSPICE仿真软件的使用方法详见附录） 四、注意事项 1 、测量各支路的电流、电压时，应注意仪表的极性以及数据表格 中“ +、- ”号的记录。 2 、电源不作用时，不可将稳压源直接短接。 3、用万用表直接测内阻时，网络内的独立电源必须先置零，以免损 坏万用表， 其次，欧姆表必须经调零后再进行测量。 4 、改接线路时， 要关掉电源。 五、思考题 1. 叠加原理中 E1、E2分别单独作用，在实验中应如何操作？ 2. 各电阻所消耗的功率能否用叠加原理计算得出？为什么？试 用具体数据分析说明。 3. 在求戴维南等效电路时，作短路实验，测 ISC 的条件是什么？在本实验中可否直接作负载短路实验？ 实验内容： 一、实验线路 实验线路如图 1-2-3 、1-2-4 所示。 A DE1 IAIB 2 L 图 1-2-3 叠加原理实验电路图 1-2-4 戴维南定理实验电路 C 二、实验设备 三、实验步骤 1 、 叠加原理实验 实验前， 先将两路直流稳压电源接入电路， 令 E1=12V，E2=6V。 按 图 1-2-3 接线，并将开关 S1、S2投向短路一侧。（开关 S1 和 S2分 别控制 E1、E2两电源 的工作状况，当开关投向短侧时说明该电源不作用于电路。） 1 ） 接通 E1=12V电源， S2投短路侧（ E1单独作用），测量此时 各支路电流，测量结果填 入表 1-2-1 中。 2 ） 接通 E2=6V电源， S1 投短路侧（ E2 单独作用），测量此时各 支路电流，测量结果填 入表 1-2-1 中。 3 ） 接通 E1=12V电源， E2=6V电源（ E1和 E2共同作用），测量 此时各支路电流，测量结 果填入表 1-2-1 中。 2 、 戴维南定理实验 按图 1-2-4 接线， 将一路直流稳压电源接入电路， 令 U保持 12V。 1 ） 测网络的开路电压 UOC 。将 RL断开，用电压表测有源二端 网络开路电压 UOC ，（A、 B 两点间电压） ，即得等效电压源的等效电动势 ES。记入表 1-2-2 中。 2 ） 测网络的短路电流 ISC 。将 RL断开，并将 A、B两点间用一 根短路导线相连，用电流表测有源二端网络短路电流 ISC，（A-mA-B 支路的电流），即得等效电流源的等效电流 IS 。记入表 1-2-2 中。 3 ） 测有源二端网络入端电阻 Ri 。三种方法测量，结果记入表 1-2-2 中。 a) 先将电压源及负载 RL从电路中断开，并将原电压端所接的两 点用一根短路导线相连。用万用表测出 A、B两点间的电阻 RAB （RAB=Ri）。 b) 测有源二端网络开路电压 UOC和有源二端网络短路电流 ISC ， 算出入端电阻 Ri 。（Ri= UOC / ISC ） c) 先断开 RL ，测网络的开路电压 UOC 。再将 RL接上，用电压 表测负载 RL的两端电压 UAB ，调节 RL，使 UAB =（1/2 ）? UOC ， 则此时 Ri = RL 。（为什么？） 4 ）A、B间接 RL（任意值），测 RL 两端电压和流过 RL上的电流，记入表 1-2-3 中。 四、表格与数据 表 1-2-1 五、实验报告 1 、完成数据表格中的计算，进行必要的误差分析。 2 、根据实验 数据验证线性电路的叠加性与齐次性， 验证戴维南定理的正确性。 3 、 说明测有源二端网络开路电压及等效内阻的几种方法， 并比较其优 缺点，考虑是否有其它测量方法。 4 、心得体会及其它。 注： 1、如下图所示，实验时可能会出现的类似电路。 图 1-2-5 叠加原理实验电路 图 1-2-6 戴维南定理实验电路 实验四 叠加原理与戴维南定理的验证 一、实验目的 1 、验证线性电路叠加原理的正确性， 加深对线性电路的叠加性和 齐次性的认识和理解。 2 、验证戴维南定理的正确性 3 、掌握测量有源二端网络等效参数的一般方法 二、原理说明 1 、叠加原理：在有几个独立源共同作用下的线性电路中，通过每 一个元件的电流或其两端的电压， 可以看成是由每一个独立源单独作 用时在该元件上所产生的电流或电压的代数和。 线性电路的齐次性是指当激励信号（某独立源的值）增加或减小 K倍时，电路的响应（即在电路其它各电阻元件上所建立的电流和电 压值）也将增加或减小 K倍。 2 、任何一个线性含源网络， 如果仅研究其中一条支路的电压和电 流，则可将电路的其余部分看作是一个有源二端网络 （或称为含源二 端口网络）。 戴维南定理指出：任何一个线性有源网络，总可以用一个等效电 压源来代替，此电压源的电动势 ES等于这个有源二端网络的开路电 压 U0C，其等效内阻 R0等于该网络中所有独立源均置零（理想电压 源视为短路，理想电流视为开路）时的等效电阻。 U0C 和 R0称为有源二端网络的等效参数。 3 、有源二端网络等效 参数的测量方法 （1）开路电压、短路电流法 在有源二端网络输出端开路时，用电压表直接测其输出端的开路 电压 U0C，然后将其输出端短路，用电流表测其短路电流 ISC，则内 阻为 R0=UOC/ISC （2）伏安法 用电压表、电流表测出有源二端网络的外特性如图 A所示。根据 外特性曲线求出斜率 tg Φ，则内阻 RO=tgΦ=△U/△I=UOC/ISC 图 A 图 B 用伏安法， 主要是测量开路电压及电流为额定值 IN 时的输出端电 压值 UN，则内阻为 RO=UOC-UN/IN 若二端网络的内阻值很低短路电流很大时，则不宜测短路电流。 （3）半电压法 如图 B所示，当负载电压为被测网络开路电压一半时，负载电阻 （负载电阻由万用表测量） ， 即为被测有源二端网络的等效内阻值。 （4）零示法 在测量具有高内阻有源二端网络的开路电压时，用电压表进行直 接测量会造成较大的误差， 为了消除电压表内阻的影响， 往往采用零 示测量法，如图 C所示。 图 C 零示法测量原理是用一低内阻的稳压电源与被测有源二端网络进 行比较，当稳压电源的输出电压与有源二端网络的开路电压相等时， 电压表的读数为“ 0”，然后将电路断开，测量此时稳压电源的输出 电压，即为被测有源二端网络的开路电压。 图 D 三、实验设备 1 、RXDI-1A电路原理实验箱 1 台 2 、万用表 1 台 四、实验内容 及步骤 （一）叠加原理：实验电路如图 E 所示。 1 、按图 E 电路接线，取 U1=12V，U2为可调直流稳压电源，调至 U2=+6V。 图 E 2 、 3 、令 U1单独作用时（使 BC短接），且直流数字电压表和毫安表 测量各支路电流及各电阻元件 4 、两端电压，将数据记入表格中。 3 、令 U2单独作用时（使 FE短接），重复实验步骤 2 的测量，并记录。 4 、令 U1和 U2共同作用时，重复上述的测 量和记录。 5 、将 U2=+12V，重复上述第 3 项的测量并记录。 （二）戴维南定理：被测有源二端网络如图 D（a）所示。 1 、用 开路电压、短路电流法测定戴维南等效电路的 UOC和 RO。 按图 D（a）电路接入稳压电源 ES和恒流源 IS 及可变电阻 RL，测 定 UOC和 RO。 2 、负载实验 按图 D(a) 改变 RL阻值，测量有源二端网络的外特性。 3 、验证戴维南定理 用一只 10K的电位器，将其阻值调整到等于按步骤 1 所得的等效 电阻 R0之值，然后令其与直流稳压电源（调到步骤“ 1”时所测得的 开路电压 UOC之值）相串联，如图 D（b）所示，仿照步骤“ 2”测其 外特性，对戴维南定理进行验证。 4 、测定有源二端网络等效电阻（又称入端电阻）的其它方法，将 被测有源网络内的所有独立源置零（将电流源断开，短路电压源）， 然后用伏安法或者直接用万用电表的欧姆档去测定负载 RL开路后输 出端两点间的电阻，即为被测网络的等效内阻 RO或称网络的入端电 阻 R1。 5 、用半电压法和零示法测量被测网络的等效内阻 R0及其开路电 压 UOC，电路及数据表格自拟。 asdfjhgkjdghasfdgfjghdasfjgasdfjkhsdkfjhsakdjfhklHSF 五、实验注意事项 1 、注意测量时及时更换电流表量程的。 2 、步骤（二） 4 中，电源置零时不可将稳压源短接。 3 、用万用表直接测 R0时，网络内的独立源必须先置零，以免损 坏万用表。 4 、改接线路时，需关掉电源。 内容仅供参考