基尔霍夫定律实验报告详细版Word格式文档下载.docx

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　　一、实验目的

（1）加深对戴维南定理和诺顿定理的理解。

（2）学习戴维南等效参数的各种测量方法。

（3）理解等效置换的概念。

　　（4）学习直流稳压电源、万用表、直流电流表和电压表的正确使用方法。

　　二、实验原理及说明

（1）戴维南定理是指—个含独立电源、线性电阻和受控源的一端口，对外电路来说，可以用一个电压源和一个电阻的串联组合来等效置换。

此电压源的电压等于该端口的开路电压UOC，而电阻等于该端口的全部独立电源置零后的输入电阻，如图2-l所示。

这个电压源和电阻的串联组合称为戴维南等效电路。

等效电路中的电阻称为戴维南等效电阻Req。

　　所谓等效是指用戴维南等效电路把有源一端口网络置换后，对有源端口（1-1'

）以外的电路的求解是没有任何影响的，也就是说对端口l-1'

以外的电路而言，电流和电压仍然等于置换前的值。

外电路可以是不同的。

（2）诺顿定理是戴维南定理的对偶形式，它指出一个含独立电源、线性电阻和受控源的一端口，对外电路来说，可以用一个电流源和电导的并联组合来等效置换，电流源的电流等于该一端口的短路电流Isc，而电导等于把该—端口的全部独立电源置零后的输入电导Geq=1/Req，见图2-l。

　　（3）戴维南—诺顿定理的等效电路是对外部特性而言的，也就是说不管是时变的还是定常的，只要含源网络内部除独立的电源外都是线性元件，上述等值电路都是正确的。

　　图2-1一端口网络的等效置换

　　（4）戴维南等效电路参数的测量方法。

开路电压Uoc的测量比较简单，可以采用电压表直接测量，也可用补偿法测量;

而对于戴维南等效电阻Req的取得，可采用如下方：

网络含源时用开路电压、短路电流法，但对于不允许将外部电路直接短路的网络（例如有可能因短路电流过大而损坏网络内部器件时）不能采用此法;

网络不含源时，采用伏安法、半流法、半压法、直接测量法等。

　　三、实验仪器仪表

　　四、实验内容及方法步骤

（一）计算与测量有源一端口网络的开路电压、短路电流

（1）计算有源一端口网络的开路电压Uoc（U11'

）、短路电流Isc（I11'

）根据附本表2-1中所示的有源一端口网络电路的已知参数，进行计算，结果记入该表。

（2）测量有源一端口网络的开路电压Uoc，可采用以下几种方法：

　　1）直接测量法。

直接用电压表测量有源一端口网络1-1'

端口的开路电压，见图2-2电路，结果记入附本表2-2中。

　　图2-2开路电压、短路电流法图2-3补偿法二、补偿法三

　　2）间接测量法。

又称补偿法，实质上是判断两个电位点是否等电位的方法。

由于使用仪表和监视的方法不同，又分为补偿法一、补偿法二、补偿法三。

　　补偿法一：

用发光管判断等电位的方法，利用对两个正反连接的发光管的亮与不亮的直接观察，进行发光管两端是否接近等电位的判断。

可自行设计电路。

此种方法直观、简单、易行又有趣味，但不够准确。

可与电压表、毫伏表和电流表配合使用。

具体操作方法，留给同学自行考虑选作。

　　补偿法二：

用电压表判断等电位。

如图2-3所示，把有源一端口网络端口的1'

与外电路的2'

端连成一个等位点;

Us两端外加电压，起始值小于开路电压Ull'

;

短接电位器Rw和发光管D1、D2，这样可保证外加电压Us正端2与有源一端口开路电压正端1直接相对，然后把电压表接到1、2两端后，再进行这两端的电位比较。

经过调节外加电源Us的输出电压压，调到1、2两端所接电压表指示为零时，即说明1端与2端等电位，再把l、2端断开后，测外加电源Us的电压值，即等于有源一端口网络的开路电压Uoc，此值记入附本表2-2中。

　　补偿法三:

用电流表或检流计判断等电位的方法，条件与方法同上，当调到l、2两端所接电压表指示为零时，再换电流表或检流计接到l、2两端上，见图2-3。

微调外加电源Us的电压使电流表或检流计指示为0（注意一般电源电压调量很小），再断开电流表或检流计后，用电压表去测外加电源Us的电压值，应等于Uoc，此结果对应记入附本表2-2。

此方法比用电压表找等电位的方法更准确，但为了防止被测两端1、2间电位差过大会损坏电流表，所以一定要在电压表指示为零后，再把电流表或检流计换接上。

　　以上方法中，补偿法一测量结果误差较大，补偿法三测量结果较为精确，但也与电流表灵敏度有关。

（二）计算与测量有源一端口网络的等效电阻Req

（1）计算有源一端口网络的等效电阻Req。

当一端口网络内部无源时（把双刀双投开关K1合向短路线），计算有源一端口网络的等效电阻尺Req。

电路参数见附本表2-1中，把计算结果记入该表中。

（2）测量有源一端口网络的等效电阻只Req。

可根据一端口网络内部是否有源，分别采用如下方法测量：

1）开路电压、短路电流法。

当一端口网络内部有源时（把双刀双投开关K1合向电源侧），见图2-2所示，USN=30V不变，测量有源一端口网络的开路电压和短路电流Isc。

把电流表接l-1'

端进行短路电流的测量。

测前要根据短路电流的计算选择量程，并注意电流表极性和实际电流方向，测量结果记入附本表2-3，计算等效电阻Req。

　　2）伏安法。

当一端口网络内部无源时（把双刀双投开关Kl合向短路线侧），整个一端口网络可看成一个电阻，此电阻值大小可通过在一端口网络的端口外加电压，测电流的方法得出，见图2-4。

具体操作方法是外加电压接在Us两端，再把l'

、2'

两端相连，把发光管和电位器Rw短接，电流表接在1、2两端，此时一端口网络等效成一个负载与外加电源Us构成回路，Us电源电压从0起调到使电压表指示为1OV时，电流Is2与电压值记入附本表2-3，并计算一端口网络等效电阻Req=Us/IS2。

　　图2-4伏安法图2-5半流法

　　3）半流法。

条件同上，只是在上述电路中再串进一个可调电位器Rw（去掉Rw短接线）如图2-5所示，外加电源Us电压10V不变。

当调Rw使电流表指示为伏安法时电流表的指示的一半时，即I'

s2=Is2/2，此时电位器Rw的值等于一端口网络等效电阻Req，断开电流表和外加电源Us，测Rw值就等于是及Req，结果记入附本表2-3。

　　4）半压法。

半压法简单、实用，测试条件同上，见图2-6。

把1、2两端直接相连，外加电源Us=10V，调Rw使URw=（1/2）Us时，说明Rw值即等于一端口网络等效电阻Req，断开外接电源Us，再测量Rw的值，结果记入附本表2-3。

　　5）直接测量法。

当一端口网络内部无源时，如图2-7所示，可用万用表欧姆档测量或直流电桥直接测量1-1'

两端电阻Req（此种方法只适用于中值、纯电阻电路），测试结果记入附本表2-3中。

　　图2-6半压法图2-7直接测量法

　　说明：

以上各方法测出的值均记入附本表2-3中，计算后进行比较，并分析判断结果是否正确。

（3）验证戴维南定理，理解等效概念：

　　1）戴维南等效电路外接负载。

如图2-8（a）所示，首先组成一个戴维南等效电路，即用外电源Us（其值调到附本表2-2用直接测量法测得的Uoc值）与戴维南等效电阻R5=Req相串后，外接R5=100Ω的负载，然后测电阻R6两端电压UR6和流过R6的电流值IR6，记入附本表2-4。

　　图2-8验证戴维南定理

　　（a）戴维南等效电路端口负载R6;

（b）N网络的端口接负载R6

　　2）N有源网络1-1'

端口外接负载。

如图2-8（b）所示，同样接R6=100Ω的负载，测电压UR6与电流IR6，结果记入附本表2-4中，与1）测试结果进行比较，验证戴维南定理

　　（4）验证诺顿定理，理解等效概念：

　　1）诺顿等效电路外接负载。

如图2-9（a）所示，首先组成一个诺顿等效电路，即用外加电流源Is（其值调到附本表2-3中开路电压、短路电流法测得的短路电流Isc值）与戴维南等效电阻R5=Req并后，外接R6=100Ω的负载，然后测电阻R6两端电压UR6和流过R6的电流值IR6，记入本表2-5。

采用此方法时注意，由于电流源不能开路，具体操作要在教师具体指导下进行，否则极易损坏电流源。

　　图2-9验证诺顿定理等效电路

　　（a）诺顿等效电路端口接负载R6;

　　2）与上述（3）之2）中的测试结果进行比较，参阅图2-8（b），验证诺顿定理。

　　五、测试记录

　　表2-1戴维南等效参数计算

　　表2-2等效电压源电压Uoc测量结果

　　表2-3戴维南等效电阻Req测量（计算）结果

　　表2-4验证戴维南定理

　　指导教师签字：

年月日

　　六、实验注意事项

（1）USN是N网络内的电源，Us是外加电源，接线时极性位置，电压值不要弄错。

（2）此实验是用多种方法验证比较，测量中一定要心中有数，注意各种方法的特点、区别，决不含糊，否则无法进行比较，实验也将失去意义。

　　（3）发光管是用作直接观察电路中有否电流、电流的方向及判断两点是否接近等电位用。

但因发光管是非线性元件，电阻较大，不管那种方法，只要测量电流、电压时就把它短接掉，即用短线插到发光管两头的N2、N3插孔即可。

　　（4）测量电流、电压时都要注意各表极性、方向和量程的正确选择。

测量时要随时与事先计算的含源一端口网络的等效电阻、开路电压、短路电流等值进行比较，以保证测量结果的准确。

　　七、预习及思考题

（1）根据附本表2-1中一端口网络的参数，计算开路电压Uoc、短路电流Isc和等效电阻Req，并将结果记入该表中。

（2）用开路电压、短路电流法测量等效电阻时，开路电压、短路电流是否可以同时进行测量，为什么?

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