1.6　戴维南定理——有源二端网络等效参数的测定实验

一、实验目的

（1）验证戴维南定理的正确性，加深对该定理的理解。

（2）学习有源二端网络等效参数的测量方法。

（3）通过实验证明负载上获得最大功率的条件。

二、实验仪器设备

（1）直流数字电压表1块。

（2）直流数字毫安表1块。

（3）双路直流稳压电源（双路0～30V可调）1个。

（4）恒源流（0～500mA可调）1个。

（5）可变电阻箱1个。

（6）实验电路板1块。

三、实验原理与说明

1.戴维南定理

戴维南定理指出：任何一个有源二端网络，总可以用一个电压源US和一个电阻RS串联组成的实际电压源来代替，如图1-6-1（a）、（b）所示，其中：电压源US等于这个有源二端网络的开路电压UOC，如图1-6-1（c）所示，内阻RS等于该网络中所有独立电源均置零（电压源短接，电流源开路）后的等效电阻RO，如图1-6-1（d）所示。

US、RS称为有源二端网络的等效参数。

2.有源二端网络等效参数的测量方法

（1）开路电压UOC的测量：

①零示法：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，往往采用零示法测量，如图1-6-2所示。零示法测量原理是用一低内阻的恒压源与被测有源二端网络进行比较，当恒压源的输出电压与有源二端网络的开路电压相等时，电流表的读数将为“0”，然后将电路断开，测量此时恒压源的输出电压U，即为被测有源二端网络的开路电压。

②当入端等效内阻RS和电压表内阻RV相比可以忽略不计时，可以直接用电压表测量开路电压，本实验采用此方法。

（2）有源二端网络入端内阻RS的测量：

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UOC，然后在a、b端直接串接电流表，测其短路电流ISC，如图1-6-3所示。则内阻为：Rs=UOC/ISC。

若有源二端网络的内阻值很低时，则不宜测其短路电流。

②伏安法：将网络内所有电压源的电压及电流源的电流均设为零，在二端网络端钮a、b处加一个已知电压U，如图1-6-4所示，测出端钮a、b处的电流I后，则入端电阻

③半电压法：如图1-6-5所示，当负载电压为被测网络开路电压UOC一半时，负载电阻RL的大小（由电阻箱的读数确定）即为被测有源二端网络的等效内阻RS数值。

四、实验内容与步骤

1.测量有源二端网络的等效参数

被测有源二端网络如图1-6-6所示，接入稳压源US=12V和恒流源IS=20mA。

（1）开关S1打到向上位置，开关S2打到“断”位置，测A、B两点的电压即为UOC。

（2）开关S1打到向下位置，开关S2仍然打到“断”位置，将电流表的插头插入电流插孔C处，可测得短路电流ISC，则RS=UOC/ISC，填入表1-6-1。

2.负载实验

按表1-6-2要求，在实验箱上选择相应数值的电阻作为RL，分别接入A、B处（开关S2仍然打到“断”位置），测量其电流（从插孔C处测量）以及RL两端电压，即测量有源二端网络的外特性，填入表1-6-2。

3.验证戴维南定理

将电阻箱的阻值调整为等效电阻RS值，将直流稳压电源调整为开路电压UOC值，仍将实验箱上相应数值的电阻作为RL分别接入，即按照图1-6-7接线，仿照步骤2测量，填入表1-6-3。将表1-6-3中的数据与表1-6-2进行比较，验证戴维南定理的正确性。

五、注意事项

（1）测量时，注意电流表、电压表量程的选择。

（2）改接线路时，要关掉电源。

六、思考题

（1）如何测量有源二端网络的开路电压和短路电流，在什么情况下不能直接测量开路电压和短路电流？

（2）说明测量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。

（3）解释半偏法求RS的原理。在求有源二断网络等效电路中RS时，如何理解“原网络中所有独立电源为零值”？实验中怎样使独立电源置零？

（4）根据步骤（2）和步骤（3），分别绘出曲线，验证戴维南定理的正确性，并分析产生误差的原因。