實驗3　戴維南定理和諾頓定理的驗證

1.實驗目的

（1）驗證戴維南定理和諾頓定理的正確性，加深對定理的理解。

（2）掌握測量有源二端網絡等效參數的一般方法。

2.原理說明

（1）任何一個線性含源網絡，如果僅研究其中一條支路的電壓和電流，則可將電路的其余部分看作一個有源二端網絡或稱為含源一端口網絡。

戴維南定理：任何一個有源二端網絡都可以用一個電動勢為E的理想電壓源和內阻串聯的電源來等效代替。等效電源的電動勢E是有源二端網絡的開路電壓UOC。等效電源的內阻R0等于有源二端網絡所有獨立源均置為零（理想電壓源被視為短接，理想電流源被視為開路）后所得到的無源網絡的等效電阻。

諾頓定理：任何一個有源二端網絡都可以用一個電流為IS的理想電流源和內阻并聯的電源來等效代替。等效電源的電流IS是有源二端網絡的短路電流ISC。等效電源內阻R0的定義與戴維南定理中R0的定義相同。

UOC（E）和R0、ISC（IS）和R0被稱為有源二端網絡的等效參數。

（2）有源二端網絡等效參數的測量方法（開路電壓和短路電流法）。

將有源二端網絡的輸出端開路，可用電壓表直接測量輸出端的開路電壓UOC；將輸出端短路，可用電流表測量短路電流ISC；等效內阻。

如果有源二端網絡的內阻很小，則當輸出端短路時，易損壞內部元器件，不宜采用短路電流法。

3.實驗設備與元器件

（1）可調直流穩壓電源（0～30V）。

（2）可調直流恒流源（0～500mA）。

（3）直流數字電壓表（0～200V）。

（4）直流數字毫安表（0～2000mA）。

（5）可調電阻箱（0～99999.9Ω）。

（6）電位器（1kΩ/5W）。

（7）戴維南定理實驗電路板。

4.實驗內容

被測有源二端網絡如圖3-1（a）所示。

（1）用開路電壓、短路電流法測量戴維南等效電路的UOC、R0和諾頓等效電路的ISC、R0。按如圖3-1（a）所示接入穩壓電源US=12V和恒流源IS=10mA，不接入RL，測量UOC和ISC，并計算出R0（測量UOC時，不接入毫安表），將相應的數據記錄在表3-1中。

（2）負載實驗。按如圖3-1（a）所示接入RL，改變RL的阻值，測量有源二端網絡的外特性曲線，將相應的數據記錄在表3-2中。

（3）驗證戴維南定理。從可調電阻箱上取得按實驗內容（1）所得的等效電阻RO后，與直流穩壓電源（調到實驗內容（1）時所測得的開路電壓UOC）串聯，如圖3-1（b）所示，仿照實驗內容（2）測量外特性，對戴維南定理進行驗證，將相應的數據記錄在表3-3中。

（4）驗證諾頓定理。從可調電阻箱上取得按實驗內容（1）所得的等效電阻R0后，與直流恒流源（調到實驗內容（1）時所測得的短路電流ISC）并聯，如圖3-2所示，仿照實驗內容（2）測量外特性，對諾頓定理進行驗證。

5.實驗注意事項

（1）測量時，應注意直流恒流源量程的更換。

（2）改接線路時，要關掉電源。

6.預習思考題

（1）在測量戴維南或諾頓等效電路的參數時做短路實驗，測量ISC的條件是什么？在實驗中可否直接做負載短路實驗？請在實驗前對圖3-1（a）預先進行計算，以便調整實驗線路，并可在測量時準確地選擇儀表的量程。

（2）說明測量有源二端網絡開路電壓和等效內阻的幾種方法，并比較其優、缺點。

7.實驗報告

（1）根據實驗內容（2）、（3）、（4）分別繪出曲線，驗證戴維南定理和諾頓定理的正確性，并分析產生誤差的原因。

（2）在報告中要進行實驗數據的處理和誤差原因的分析（做出曲線后，再用相對誤差或絕對誤差進行分析）。