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实验三四叠加原理的验证 戴维宁定理的验证实验三 叠加原理的验证 一、实验目的 验证线性电路叠加原理的正确性，加深对线性电路的叠加性和齐次性的认识和理解。 二、原理说明 叠加原理指出：在有多个独立源共同作用下的线性电路中，通过每一个元件的电流或其两端的电压，可以看成是由每一个独立源单独作用时在该元件上所产生的电流或电压的代数和。 线性电路的齐次性是指当激励信号增加或减小K 倍时，电路的响应也将增加或减小K倍。 三、实验设备 序号 1 2 3 4 5 四、实验内容 实验线路如图6-1所示，用HE-12挂箱的“基尔夫定律/叠加原理”线路。 名 称 直流稳压电源 万用表 直流数字电压表 直流数字毫安表 迭加原理实验电路板 型号与规格 030V可调 数量 二路 1 1 1 1 备 注 HE-12 图 6-1 基尔霍夫/叠加原理验证 1. 将两路稳压源的输出分别调节为12V和6V，接入U1和U2处。 2. 令U1电源单独作用。用直流数字电压表和毫安表测量各支路电流及各电阻元件两端的电压，数据记入表6-1。 表 6-1 测量项目 实验内容 U1单独作用 U2单独作用 U1、U2共同作用 2U2单独作用 U1 (V) 12.02 0.09 12 0.02 U2 (V) 0.03 6.03 6.04 11.94 I1 (mA) 8.44 -1.10 7.22 -2.28 I2 (mA) -2.3 3.57 1.26 7.05 I3 (mA) 6.14 2.42 8.50 4.75 UAB (V) 2.31 -3.57 -1.24 -7.09 UCD (V) 0.79 -1.21 -0.42 -2.42 UAD (V) 3.14 1.23 4.36 2.46 UDE (V) -0.83 -0.59 3.72 -1.17 UFA (V) 4.54 -0.6 3.95 -1.25 3. 令U2电源单独作用，重复实验步骤2的测量和记录，数据记入表6-1。 4. 令U1和U2共同作用， 重复上述的测量和记录，数据记入表6-1。 5. 将U2的数值调至12V，重复上述第3项的测量并记录，数据记入表6-1。 6. 将R5换成二极管 1N4007，重复15的测量过程，数据记入表6-2。 7. 任意按下某个故障设置按键，重复实验内容4的测量和记录，再根据测量结果判断出故障的性质。 表 6-2 测量项目 实验内容 U1单独作用 U2单独作用 U1 (V) 11.93 0 U2 (V) 0.01 6.07 6.07 12.00 I1 (mA) 8.40 0 7.67 0 I2 (mA) -2.35 0 0 0 I3 (mA) 6.03 0 7.69 0 UAB (V) 2.41 0 0 0 UCD (V) 0.70 -6.06 -2.12 -11.99 UAD (V) -3.11 0 3.93 0 UDE (V) 4.30 0 3.93 0 UFA (V) 4.56 0 4.13 0 U1、U2共同作用 11.99 2U2单独作用 故障2 0 测量项目 实验内容 U1 (V) U2 (V) 6.04 I1 (mA) 11.34 I2 (mA) 4.35 I3 (mA) 15.59 UAB (V) -4.4 UCD (V) -1.60- UAD (V) 0.02 UDE (V) 5.82 UFA (V) 6.14 U1、U2共同作用 11.96 五、实验注意事项 1. 用电流插头测量各支路电流时，或者用电压表测量电压降时，应注意仪表的极性，并应正确判断测得值的、号。 2. 注意仪表量程的及时更换。 六、预习思考题 1. 在叠加原理实验中，要令U1、U2分别单独作用，应如何操作？可否直接将不作用的电源短接置零？ 2. 实验电路中，若有一个电阻器改为二极管， 试问叠加原理的迭加性与齐次性还成立吗？为什么？ 3当K1拨向短路侧时，如何测UFA？ 七、实验报告 1. 根据实验数据表格，进行分析、比较，归纳、总结实验结论，即验证线性电路的叠加性与齐次性。 2. 各电阻器所消耗的功率能否用叠加原理计算得出？ 试用上述实验数据，进行计算并作结论。 3. 通过实验步骤6及分析表格6-2的数据，你能得出什么样的结论？ 4. 心得体会及其他。 实验四 戴维宁定理的验证 有源二端网络等效参数的测定 一、实验目的 1. 验证戴维宁定理的正确性，加深对该定理的理解。 2. 掌握测量有源二端网络等效参数的一般方法。 二、原理说明 1. 任何一个线性含源网络，如果仅研究其中一条支路的电压和电流，则可将电路的其余部分看作是一个有源二端网络。 戴维宁定理指出：任何一个线性有源网络，总可以用一个电压源与一个电阻的串联来等效代替，此电压源的电动势Us等于这个有源二端网络的开路电压Uoc， 其等效内阻R0等于该网络中所有独立源均置零时的等效电阻。 诺顿定理指出：任何一个线性有源网络，总可以用一个电流源与一个电阻的并联组合来等效代替，此电流源的电流Is等于这个有源二端网络的短路电流ISC，其等效内阻R0定义同戴维宁定理。 Uoc和R0或者ISC和R0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、短路电流法测R0 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，然后再将其输出端短路，用电流表测其短路电流Isc，则等效内阻为 Uoc R0 Isc UocUAU如果二端网络的内阻很小，若将其输出端口短路 则易损坏其内部元件，因此不宜用此法。 (2) 伏安法测R0 络的外特性曲线，如图8-1所示。 根据 外特性曲线求出斜率tg，则内阻 OBIIIsc用电压表、电流表测出有源二端网 图8-1 被测R0有源US网络RLUoc/2V U Uoc R0tg 。 I Isc 也可以先测量开路电压Uoc， 再测量电流为额定值IN时的输出 图8-2 UocUN 被端电压值UN，则内阻为 R0 。 IN 测(3) 半电压法测R0 如图8-2所示，当负载电压为被测网络开 路电压的一半时，负载电阻即为被测有源二端网络的等效内阻值。 (4) 零示法测UOC 图8-3 在测量具有高内阻有源二端网络的开路电压时，用电压表直接测量会造成较大的误差。为了消除电压表内阻的影响，往往采用零示测量法，如图8-3所示.。 零示法原理是用一低内阻的稳压电源与被测有源二端网络进行比 较，当稳压电源的输出电压与有源二端网络的开路电压相等时,电压表的读数将为“0”。然后将电路断开，测量此时稳压电源的输出电压，即为被测有源二端网络的开路电压。 三、实验设备 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 名 称 可调直流稳压电源 可调直流恒流源 直流数字电压表 直流数字毫安表 万用表 可调电阻箱 电位器 戴维宁定理实验电路板 型号与规格 030V 0500mA 0300V 0500mA 099999.9 1K/2W 数量 1 1 1 1 1 1 1 1 自备 HE-19 HE-11 HE-12 备注 四、实验内容 被测有源二端网络如图8-4(a)，即HE-12挂箱中“戴维宁定理/诺顿定理”线路。 (a) (b) 图 8-4 1. 用开路电压、短路电流法测定戴维宁等效电路的Uoc和R0。在8-4(a)中，接入稳压电源Us=12V和恒流源Is=10mA，不接入RL。利用开关K，分别测定UOc和Isc,并计算出R0。 Uoc(v) 16.35 31.4 Isc(mA) R0=Uoc/Isc() 520 2. 负载实验 按图8-4(a)接入RL。改变RL阻值，测量不同端电压下的电流值，记于下表，并据此画出有源二端网络的外特性曲线。 U I 2.62 26.3 4.53 22.6 5.96 19.9 7.09 17.7 8 16 8.74 14.5 9.36 13.4 9.9 12.3 10.35 11.5 3. 验证戴维宁定理：从电阻箱上取得按步骤“1”所得的等效电阻R0之值， 然后令其与直流稳压电源相串联，如图8-4(b)所示，仿照步骤“2”测其外特性，对戴氏定理进行验证。 U I 2.67 26.3 4.54 22.7 6.00 19.9 7.1 17.7 8 16 8.81 14.5 9.38 13.4 9.9 12.3 10.37 11.5 5. 有源二端网络等效电阻的直接测量法。见图8-4。将被测有源网络内的所有独立源置零，然后用伏安法或者直接用万用表的欧姆档去测定负载RL开路时A、B两点间的电阻，此即为被测网络的等效内阻R0， 或称网络的入端电阻Ri。 。 五、实验注意事项 1. 测量时应注意电流表量程的更换。 mAISR0RLV2. 步骤“4”中，电压源置零时不可将稳压 图 8-5 源短接。 3. 用万表直接测R0时，网络内的独立源必须先置零，以免损坏万用表。其次，欧姆档必须经调零后再进行测量。 4. 用零示法测量Uoc时，应先将稳压电源的输出调至接近于Uoc，再按图8-3测量。 5. 改接线路时，要关掉电源。 六、预习思考题 1. 在求戴维宁等效电路时，作短路试验，测Isc的条件是什么？在本实验中可否直接作负载短路实验？请实验前对线路8-4(a)预先作好计算，以便调整实验线路及测量时可准确地选取电表的量程。 2. 说明测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。 七、实验报告 1. 根据步骤2和3，分别绘出曲线，验证戴维宁定理的正确性， 并分析产生误差的原因。 2. 根据步骤1、4、5各种方法测得的Uoc与R0与预习时电路计算的结果作比较，你能得出什么结论。 3. 归纳、总结实验结果。 4. 心得体会及其他。