实验四 验证戴维南定理和诺顿定理.docx

实验四 验证戴维南定理和诺顿定理实验四 验证戴维南定理和诺顿定理 一、实验目的 进一步熟悉PSPICE 仿真软件中绘制电路图，初步掌握符号参数、分析类型的设置。 学习Probe窗口的简单设置。 加深对戴维宁定理与诺顿定理的理解。 二、原理与说明 戴维南定理指出，任一线性有源一端口网络，对外电路来说，可以用一个电压源与电阻串联的支路来代替，该电压源的电压US等于原网络的开路电压UOC，电阻RO等于原网络的全部独立电源置零后的输入电阻Req。原网络如图4-1，其等效变换如图4-1。 诺顿定理指出，任一线性有源一端口网络，对外电路来说，可以用一个电流源与电导并联的支路来代替，该电流源的电流IS等于原网络的短路电流ISC，其电导GO等于原网络的全部独立电源置零后的输入电导Geq ( Geq=1Req )。其等效变换如图4-1。等效内阻的测量图如图4-2所示。 图4-1 实验原理与说明 图4-2 等效内阻的测量 三、实验设备 个人计算机、OrCAD/PSpice9.2软件。 四、实验内容 测量有源一端口网络等效入端电阻Req和对外电路的伏安特性。其中U1= 5V，R1= 100，U2= 4V，R2= 50，R3=150。 根据中测出的开路电压UOC、输入电阻Req，组成图4-1(b) 的等效有源一端口网络，测量其对外电路的伏安特性。 根据中测出的短路电流ISC、输入电阻Req，组成图4-1(c) 的等效有源一端口网络，测量其对外电路的伏安特性。 图4-3 原理图 五、实验步骤 R1100R250R3150RLvarR01kV3RLd1kIsRLnG01k1kV15vV24v0PARAMETERS:var = 1K00图4-4 绘制的电路图 在Capture环境下绘制图4-4电路原理图，包括取元件、连线、输入参数和设置节点等。分别编辑原电路、戴维宁等效电路和诺顿等效电路，检查无误后存盘。 为测量原网络的伏安特性，图4-4 中的RL是电阻值需改变。为此，RL 的阻值要在“PARAM”中定义一个全局变量var为测电路的开路电压UOC及短路电流ISC，设定分析类型为“DC Sweep”，扫描变量为全局变量var，并具体设置线性扫描的起点、终点和步长。因需要测短路电流，故扫描的起点电阻要尽量小，但不能是0。而欲测开路电压，扫描的终点电阻要尽量大。所以线性扫描的起点可设为1P，终点设为1G，步长设为1MEG，如图4-5。此时不需要中间数据，为了缩短分析时间，步长还可以设置大一些。 图4-5 DC Sweep设置 启动分析后，系统自动进入Probe 窗口。 启动分析后，系统自动进入Probe窗口。选择Plot=>Add Plot to Window增加一坐标轴，选择Trace=>Add Trace分别在两轴上加I(RL) 和V(RL:2) 变量，显示如图4-6。然后执行Trace=>Cursor=>Display 启动光标测量功能，从而读取电流的最大值和电压的最大值。通过读取波形测得I(RL)最大值即短路电流ISC=130mA，V(RL:2)最大值即UOC为3.5455V，则输入端电阻Req=3.5455/0.13=27.273。 图4-6 开路电压和短路电流波形图 回到绘图界面，按测得的等效参数修改电路参数值，如图4-7所示。 R1100R250R3150RLvarR027.273V33.5455RLd130mAvarIsG027.273RLnvarV15vV24v0PARAMETERS:var = 1K00图4-7 修改参数后的电路图 重新设定扫描参数，扫描变量仍为全局变量var，线性扫描的起点为1P，终点为10K，步长为10K。重新启动分析，进入Probe窗口。选择Plot=>Add Plot to window增加两个波形显示区， 选择Plot=> Axis Settings =>Axis Variable ，设置横轴为V(RL:2) ， 选择Trace=>Add Trace分别在三个轴上加I(RL)、I(RLd)和I(RLn)变量。显示结果如图4-8。 图4-8 原电路及等效电路外特性的显示结果 选择Trace=>Cursor=>Display显示坐标值列表，点击I(RL)、I(RLd)和I(RLn)前面的小方块，数值列表中将显示相应坐标中的坐标值。用鼠标拖动十字交叉线，可显示不同电压时的相应电流值。 六、思考与讨论 1、比较三条伏安特性曲线，验证戴维南定理和诺顿定理。 七、预习要求 1、复习有关维南定理和诺顿定理等有关内容。 2、熟悉Pspice有关直流扫描的设置和分析方法以及Probe波形的查看。 八、实验心得