探究有源二端网络特性的实验研究

1.训练目的

（1）用实验方法验证戴维南定理。

（2）掌握有源二端网络开路电压UOC和入端等效电阻Ri的测定方法。

（3）理解负载获最大功率的阻抗匹配条件。

2.原理说明

1）戴维南定理

含独立源的线性二端电阻网络，对其外部而言，都可以用电压源和电阻串联的组合等效代替；该电压源的电压等于网络的开路电压，该电阻等于网络内部所有独立源作用为零时网络的等效电阻。

2）开路电压UOC的测定方法

（1）直接测量：有源二端网络入端等效电阻Ri与电压表内阻RV相比可忽略不计时，可用电压表直接测量开路电压UOC（见图2-6-1）。

图2-6-1　直接法测开路电压

（2）补偿法：当入端等效电阻Ri较大时，用电压表直接测量时误差较大，采用补偿法测UOC比较准确。图2-6-2中US1为另一直流电压源，可变电阻R接成分压器使用，调节可变电阻，使检流计G指示为0，电压表的读数即为开路电压UOC。

图2-6-2　补偿法测开路电压

3）入端等效电阻Ri的测定方法

（1）外加电压源：使有源二端网络内独立源作用为0，端钮上外加电源电压U，测量端钮电流I，如图2-6-3所示，则Ri＝U/I。

图2-6-3　外加电压源测输入电阻

（2）开路短路法：分别测量有源二端网络的开路电压UOC和短路电流ISC，则Ri＝UOC/ISC。

（3）半偏法：先测出有源二端网络的开路电压UOC，再按图2-6-4接线，RL为电阻箱电阻。

图2-6-4　半偏法测输入电阻

调节RL，使其端电压URL（即电压表的读数）为开路电压UOC的一半，即URL＝UOC，此时RL＝Ri。

本次技能训练采用半偏法测量Ri。

当负载电阻等于电源等效电阻，即RL＝Ri时，负载RL将获得最大功率，这种情况称为负载阻抗的匹配。

2.训练设备

（1）可调直流稳压电源（0～30 V）。

（2）万用表。

（3）直流数字毫安表。

（4）直流数字电压表。

（5）二极管。

（6）稳压管。(www.xing528.com)

（7）白炽灯。

（8）线性电阻器（1 kΩ/1 W）。

3.训练内容

1）测量有源二端网络的开路电压UOC和入端等效电阻Ri

调节直流稳压电源，使US＝10 V（用电压表测出），然后与线路板相连接，组成有源二端网络，如图2-6-5所示。用直接测量法测出AB 端开路电压UOC。

图2-6-5　直接法测AB 端开路电压

在AB 端接电阻箱，采用半偏法调电阻箱电阻，使其两端的电压读数为UOC/2，则电阻箱电阻即为入端电阻Ri（如图2-6-6所示）。将UOC和Ri的数据记入表2-6-1中。

图2-6-6　半偏法测AB 端输入电阻

2）测定有源二端网络的外特性

在有源二端网络AB 端钮上，按图2-6-7 接线，取电阻箱电阻RL为表2-6-1中所列各值，用电压表和电流表测出相应的电压和电流，将测量结果记入表2-6-1中。

图2-6-7　二端网络外特性测量

3）测定戴维南等效电路的外特性

按图2-6-8接线，图中UOC和Ri为训练内容1）中有源二端网络的开路电压UOC和入端等效电阻Ri。UOC从直流稳压电源取得，Ri从电阻箱取得。A、B端接另一电阻箱作为负载电阻RL，使Ri取表2-6-1中所列各电阻值，测出相应的端电压U和电流I，将测量结果记入表2-6-1中。

图2-6-8　戴维南等效电路外特性测量

表2-6-1　有源二端网络的研究

5.训练注意事项

（1）测量时，注意电流表量程的更换。

（2）改接线路时，要关掉电源。

6.思考题

（1）如何测量电路开路电压？

（2）如何测量电路短路电流？

（3）如何测量电路等效电源内阻？

（4）为什么当负载电阻等于等效电源内阻，即RL＝Ri时，负载RL将获得最大功率？

7.训练报告内容

（1）根据表2-6-1的实验数据，绘出有源二端网络和戴维南等效电路的外特性即U-I曲线。

（2）根据特性曲线说明两个电路等效的意义。

（3）根据表2-6-1的实验数据，绘出有源二端网络的负载功率与负载电阻RL的关系曲线P＝f（RL），在曲线上找出负载功率的最大点，该点是否符合RL＝Ri的条件？