《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

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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。

 图1-1  线性有源二端网络的等效电路

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

1. 线性有源二端网络等效电源参数的测量

图1-2  测定AB端等效电源参数电路

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。

（1）测量开路电压UOC

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。

图1-3  测量开路电压 UOC电路

 图1-4  测量短路电流 ISC电路

             

（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

（3）测量等效内阻r0

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

图1-5  万用电表欧姆挡测量 r0电路

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

图1-6  外接已知电源法测量 r0电路

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:                  

图1-8  外接已知负载法测量 r0电路

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。