应用戴维南定理和诺顿定理的实训操作

1.目的要求

（1）掌握戴维南定理和诺顿定理的正确性，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。

2.项目分析

（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（或称为含源一端口网络）。

戴维南定理指出：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Ro等于该网络中所有独立源均置零（理想电压源视为短接，理想电流源视为开路）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Ro定义同戴维南定理。

Uoc和Ro或者Isc和Ro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Ro。

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

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Ro。

用电压表、电流表测出有源二端网络的外特性曲线，如图1－85所示。

图1－85　有源二端网络的外特性曲线

根据外特性曲线求出斜率tanφ，则内阻

也可以先测量开路电压Uoc，再测量电流为额定值IN时的输出端电压值UN，则内阻为

③半电压法测Ro。

如图1－86和图1－87所示，当负载电压为被测网络开路电压的一半时，负载电阻（由电阻箱的读数确定）即为被测有源二端网络的等效内阻值。

④零示法测Uoc。

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1－87所示。

图1－86　半电压法测Ro

图1－87　零示法测Uoc

零示法测量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。

3.设备与材料

材料清单如表1－18所示。

表1-18　材料清单

4.项目内容

被测有源二端网络如图1－88所示。(www.xing528.com)

图1－88　被测有源二端网络

（a）电路图；（b）等效电路；（c）仿真电路

（1）用开路电压、短路电流法测定戴维南等效电路的Uoc、Ro和诺顿等效电路的Isc、Ro。按图1－88（a）接入稳压电源US＝12 V和恒流源IS＝10 mA，不接入RL。测出Uoc和Isc并计算出Ro，填入表1－19。

表1-19　记录表

（2）负载项目

按图1－88（a）接入RL。改变RL阻值，测量有源二端网络的外特性曲线，并记入表1－20中。

表1-20　记录表

（3）验证戴维南定理：从电阻箱上取得按内容（1）所得的等效电阻Ro值，然后令其与直流稳压电源［调到内容（1）时所测得的开路电压Uoc之值］相串联，如图1－88（b）所示，仿照内容（2）测其外特性，对戴氏定理进行验证，并填表1－21。

表1-21　记录表

（4）验证诺顿定理：从电阻箱上取得按内容（1）所得的等效电阻Ro之值，然后令其与直流恒流源［调到内容（1）时所测得的短路电流Isc之值］相并联，如图1－88所示，仿照内容（2）测其外特性，对诺顿定理进行验证，并填表1－22。

表1-22　记录表

（5）有源二端网络等效电阻（又称入端电阻）的直接测量法，如图1－88（a）所示。将被测有源网络内的所有独立源置零（将电流源IS断开，去掉电压源US，并在原电压源所接的两点用一根短路导线相连），然后用伏安法或者直接用万用表的欧姆挡去测定负载RL开路时A、B两点间的电阻，此即为被测网络的等效内阻Ro，或称网络的入端电阻Ri。

（6）用半电压法和零示法测量被测网络的等效内阻Ro及其开路电压Uoc。线路及数据表格自拟。

5.项目要求

（1）测量时应注意电流表量程的更换。

（2）项目内容（5）中，电压源置零时不可将稳压源短接。

（3）用万用表直接测Ro时，网络内的独立源必须先置零，以免损坏万用表。其次，欧姆挡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1－89测量。

图1－89　测量电路

（5）改接线路时，要关掉电源。

6.项目要求

（1）在求戴维南或诺顿等效电路时，做短路试验，测Isc的条件是什么？在本项目中可否直接做负载短路项目？请做项目前对线路图1－88（a）预先做好计算，以便调整项目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。

7.项目报告

（1）根据项目内容（2）、（3）、（4），分别绘出曲线，判断戴维南定理和诺顿定理的正确性，并分析产生误差的原因。

（2）根据项目内容（1）、（5）、（6）的几种方法测得的Uoc与Ro与预习时电路计算的结果做比较，你能得出什么结论。

（3）归纳、总结项目结果。