【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 維南定理指出：任何一個(gè)線性有源二端口網(wǎng)絡(luò)，總可以用一個(gè)電壓源和一個(gè)電阻的串聯(lián)來(lái)等效代替，如圖61圖61其電壓源的電動(dòng)勢(shì)US等于這個(gè)有源二端口網(wǎng)絡(luò)的開(kāi)路電壓UOC，其等效內(nèi)阻R0等于該網(wǎng)絡(luò)中所有獨(dú)立源均置零（理想電壓源視為短接，理想電流源視為開(kāi)路）時(shí)的等效電阻。諾頓定理指出：任何一個(gè)線性有源網(wǎng)絡(luò)，總可以用一個(gè)電流源與一個(gè)電阻并聯(lián)組成來(lái)等效代替，如圖62圖62此電流源的電流IS等于這個(gè)有源二端口網(wǎng)絡(luò)的短路電流ISC，其等效內(nèi)阻R0定義同戴維南定理。 UOC(US)和R0或者ISC(IS)和R0稱為有源二端口網(wǎng)絡(luò)的等效參數(shù)。 有源二端口網(wǎng)絡(luò)等效參數(shù)的測(cè)量方法（1）開(kāi)路電壓、短路電流法測(cè)R0在有源二端口網(wǎng)絡(luò)輸出端開(kāi)路時(shí)，用電壓表直接測(cè)其輸出端的開(kāi)路電壓UOC，然后再將其輸出端短路，用電流表測(cè)其短路電流ISC，其等效內(nèi)阻為R0 = UOC/ISC。如果二端網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)阻很小，若將其輸出端口短路則易損壞其內(nèi)部元件，因此不宜用此法。（2）伏安法用電壓表、電流表測(cè)出有源二端網(wǎng)絡(luò)的外特性如圖63根據(jù)外特性曲線求出斜率tgФ,則內(nèi)阻為。用伏安法，主要是測(cè)量開(kāi)路電壓及電流為額定值IN時(shí)的輸出端電壓值UN，則內(nèi)阻為。若二端網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)阻值很低時(shí)，則不宜測(cè)其短路電流。圖63（3）半電壓法測(cè)R0如圖64所示，當(dāng)負(fù)載RL的電壓為被測(cè)網(wǎng)絡(luò)開(kāi)路電壓的一半時(shí)，負(fù)載電阻（由電阻箱的讀數(shù)確定）即為被測(cè)有源二端口網(wǎng)絡(luò)的等效內(nèi)阻值。 圖 64（4）零示法測(cè)UOC在測(cè)量具有高內(nèi)阻有源二端口網(wǎng)絡(luò)的開(kāi)路電壓時(shí)，用電壓表直接測(cè)量會(huì)造成較大的誤差。為了消除電壓表內(nèi)阻的影響，往往采用零示測(cè)量法，如圖65所示。零示法測(cè)量原理是用一低內(nèi)阻的穩(wěn)壓電源與被測(cè)有源二端網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行比較，當(dāng)穩(wěn)壓電源的輸出電壓與有源二端網(wǎng)絡(luò)的開(kāi)路電壓相等時(shí)，電壓表的讀數(shù)將為“0”。然后將電路斷開(kāi)，測(cè)量此時(shí)穩(wěn)壓電源的輸出電壓，即為被測(cè)有源二端網(wǎng)絡(luò)的開(kāi)路電壓。圖65三、實(shí)驗(yàn)設(shè)備序號(hào)名稱型號(hào)與規(guī)格數(shù)量備注1可調(diào)直流穩(wěn)壓電源0～30V 或0～12V12可調(diào)直流恒流源13萬(wàn)用表MF500B或其他14直流數(shù)字毫安表15直流數(shù)字電壓表16電位器470Ω1四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容被測(cè)有源二端網(wǎng)絡(luò)如圖66圖66圖66用開(kāi)路電壓、短路電流法測(cè)定戴維南等效電路的UOC、R0和諾頓等效電路的ISC、R0。按圖66（a）接入穩(wěn)壓電源US2= 10V和恒流源IS2 = 10mA。接入負(fù)載RL（自已選定）。測(cè)出UOC和ISC，并計(jì)算出R0（測(cè)UOC時(shí)，不接入mA表）。UOC（V）ISC（mA）R0 = UOC/ISC（Ω）負(fù)載實(shí)驗(yàn)按圖66(a)接入RL，改變RL阻值，測(cè)量有源二端口網(wǎng)絡(luò)的外特性曲線。RL（Ω）U（V）I（mA）驗(yàn)證戴維南定理：用一只470Ω的電位器作為R0，將其阻值調(diào)整到等于按步驟“1”所得的等效電阻R0之值，然后令其與直流穩(wěn)壓電源US1（調(diào)到步驟“1”時(shí)所測(cè)得的開(kāi)路電壓UOC之值）相串聯(lián)，如圖66（b）所示，把US1和RL串聯(lián)成一個(gè)回路。仿照步驟“2”測(cè)其外特性，對(duì)戴氏定理進(jìn)行驗(yàn)證。RL（Ω）U（V）I（mA）驗(yàn)證諾頓定理：用一只470Ω的電位器作為R0，將其阻值調(diào)整到等于按步驟“1” 所得的等效電阻R0之值，然后拿其與直流恒流源IS1（調(diào)到步驟“1”時(shí)所測(cè)得的短路電流ISC之值）相并聯(lián)，如圖66（c），把IS1和0然后再與R1串聯(lián)。把R1改換不同的阻值測(cè)其外特性，對(duì)諾頓定理進(jìn)行驗(yàn)證。RL（Ω）U(V)I(mA)有源二端網(wǎng)絡(luò)等效電阻（又稱入端電阻）的直接測(cè)量法。見(jiàn)圖66（a）。將被測(cè)有源網(wǎng)絡(luò)的所有獨(dú)立源置零（去掉電流源IS和電壓源US，并在原電壓源所接的兩點(diǎn)用一根短路導(dǎo)線相連），然后用伏安法或者直接用萬(wàn)用表的歐姆檔去測(cè)定負(fù)載RL開(kāi)路時(shí)A、B兩點(diǎn)間的電阻，此即為被測(cè)網(wǎng)絡(luò)的等效電阻R0，或稱網(wǎng)絡(luò)的入端電阻Ri。用半電壓法和零示法測(cè)量被測(cè)網(wǎng)絡(luò)的等效內(nèi)阻R0及其開(kāi)路電壓UOC。線路及數(shù)據(jù)表格自擬。五、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)測(cè)量時(shí)，應(yīng)注意電流表量程的更換。步驟“5”中，電壓源置零時(shí)不可將穩(wěn)壓源短接。用萬(wàn)用表直接測(cè)R0時(shí)，網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的獨(dú)立源必須先置零，以免損壞萬(wàn)用表；其次，歐姆表必須經(jīng)調(diào)零后再進(jìn)行測(cè)量。改接線路時(shí)，要關(guān)掉電源。六、預(yù)習(xí)思考題在求戴維南或諾頓等效電路時(shí)，作短路實(shí)驗(yàn)，測(cè)ISC的條件是什么？在本實(shí)驗(yàn)中可否直接作負(fù)載短路實(shí)驗(yàn)？請(qǐng)實(shí)驗(yàn)前對(duì)線路圖66預(yù)先作好計(jì)算，以便調(diào)整實(shí)驗(yàn)線路及測(cè)量時(shí)可準(zhǔn)確地選取電表的量程。說(shuō)明測(cè)有源二端網(wǎng)絡(luò)開(kāi)路電壓及等效內(nèi)阻的幾種方法，并比較其優(yōu)缺點(diǎn)。七、實(shí)驗(yàn)報(bào)告據(jù)步驟4，分別繪出曲線，驗(yàn)證戴維南定理和諾頓定理的正確性，并分析產(chǎn)生誤差的原因。根據(jù)步驟6的幾種方法測(cè)得UOC與R0與預(yù)習(xí)時(shí)電路計(jì)算的結(jié)果作比較。歸納、總結(jié)實(shí)驗(yàn)結(jié)果。實(shí)驗(yàn)七 電壓源與電流源的等效變換一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康恼莆针娫赐馓匦缘臏y(cè)試方法。驗(yàn)證電壓源與電流源等效變換的條件。二、實(shí)驗(yàn)原理一個(gè)直流穩(wěn)壓電源在一定的電流范圍內(nèi)，具有很小的內(nèi)阻。故在實(shí)用中，常將它視為一個(gè)理想的電壓源，即其輸出電壓不隨電流而變化。其外特性曲線，即其伏安特性曲線U=f(I)是一條平行于I軸的直線。一個(gè)恒流源在使用中，在一定的電壓范圍內(nèi)，可視為一個(gè)理想的電流源。一個(gè)實(shí)際的電壓源（或電流源），其端電壓（或輸出電流）不可能不隨負(fù)載而變，因?yàn)樗哂幸欢ǖ膬?nèi)阻值。故在實(shí)驗(yàn)中，用一個(gè)小阻值的電阻（或大電阻）與穩(wěn)壓源（或恒流源）相串聯(lián)（或并聯(lián)）來(lái)模擬一個(gè)實(shí)際的電壓源（或電流源）。一個(gè)實(shí)際的電源，就其外部特性而言，既可以看成是一個(gè)電壓源，又可以看成是一個(gè)電流源。若視為電壓源，則可用一個(gè)理想的電壓源US與一個(gè)電阻R0相串聯(lián)的組合來(lái)表示：若視為一個(gè)電流源，則可用一個(gè)理想的電流源IS與一電導(dǎo)g0相并聯(lián)的組合來(lái)表示。如果這兩種電源能向同樣大小的負(fù)載供出同樣大小的電流和端電壓，則稱這兩個(gè)電源是等效的，即具有相同的外特性。一個(gè)電壓源和一個(gè)電流源等效變換的條件為：IS = US/R0，g0 = 1/R0 或 US = ISR0， R0 = 1/g0。如圖71所示。圖71三、實(shí)驗(yàn)設(shè)備序號(hào)名稱型號(hào)與規(guī)格數(shù)量備注1可調(diào)直流穩(wěn)壓電源0～30V 或0～12V12可調(diào)直流恒流源13萬(wàn)用表MF500B或其他14直流數(shù)字毫安表15直流數(shù)字電壓表16電位器470Ω1四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容測(cè)定直流穩(wěn)壓電源與實(shí)際電壓源的外特性（1）按圖72(a)接線。US為+6V直流穩(wěn)壓電源。調(diào)節(jié)R2，令其阻值由大至小變化，記錄兩表的讀數(shù)。U(V)I(mA)（2）按圖72(b)接線，虛線框可模擬為一個(gè)實(shí)際的電壓源。調(diào)節(jié)R2，令其阻值由大至小變化，記錄兩表的讀數(shù)。U(V)I(mA)圖72測(cè)定電流源的外特性按圖73接線，IS為直流恒流源，調(diào)節(jié)其輸出為10mA，令R0分別為200Ω和∞（即接入和斷開(kāi)），調(diào)節(jié)電位器RL（從0至1KΩ），測(cè)出這兩種情況下的電壓表和電流表的讀數(shù)。自擬數(shù)據(jù)表格，記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。圖73測(cè)定電源等效變換的條件先按圖74(a)線路接線，記錄線路中兩表的讀數(shù)。然后再按圖74（b）接線。調(diào)節(jié)恒流源的輸出電流IS。使兩表的讀數(shù)與圖74（a）時(shí)的數(shù)值相等，記錄IS之值，驗(yàn)證等效變換條件的正確性圖74五、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)在測(cè)量電壓源外特性時(shí)，不要忘記測(cè)空載時(shí)的電壓值，測(cè)電流源外特性時(shí)，不要忘記測(cè)短路時(shí)的電流值，注意恒流源負(fù)載電壓不要超過(guò)20伏，負(fù)載不要開(kāi)路。換接線路時(shí)，必須關(guān)閉電源開(kāi)關(guān)。直流儀表的接入應(yīng)注意極性與量程。六、預(yù)習(xí)思考題通常直流穩(wěn)壓電源的輸出端不允許短路，直流恒流源的輸出端不允許開(kāi)路，為什么？電壓源與電流源的外特性為什么呈下降變化趨勢(shì)，穩(wěn)壓源與恒流源的輸出在任何負(fù)載下是否保持恒值？七、實(shí)驗(yàn)報(bào)告根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪出電源的四條外特性曲線，并總結(jié)、歸納各類電源的特性。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果，驗(yàn)證電源等效變換的條件。實(shí)驗(yàn)八 受控源特性測(cè)試一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖煜に姆N受控電源的基本特性，掌握受控源轉(zhuǎn)移參數(shù)的測(cè)試方法。加深對(duì)受控源的認(rèn)識(shí)和理解。二、原理說(shuō)明電源有獨(dú)立電源（如電池、發(fā)電機(jī)等）與非獨(dú)立電源（或稱為受控源）之分。受控源與獨(dú)立源的不同點(diǎn)是：獨(dú)立源的電勢(shì)ES或電激流IS是某一固定的數(shù)值或是時(shí)間的某一函數(shù)，它不隨電路其余部分的狀態(tài)而變。而受控源的電勢(shì)或電激流則是隨電路中另一支路的電壓或電流而變的一種電源。受控源又與無(wú)源元件不同，無(wú)源元件兩端的電壓和它自身的電流有一定的函數(shù)關(guān)系，而受控源的輸出電壓或電流則和另一支路（或元件）的電流或電壓有某種函數(shù)關(guān)系。獨(dú)立源與無(wú)源元件是二端器件，受控源則是四端器件，或稱為雙口元件。它有一對(duì)輸入端（UI1）和一對(duì)輸出端（UI2）。輸入端可以控制輸出端電壓或電流的大小。施加于輸入端的控制量可以是電壓或電流，因而有兩種受控電壓源（即電壓控制電壓源VCVS和電流控制電壓源CCVS）和兩種受控電流源（即電壓控制電流源VCCS和電流控制電流源CCCS）。它們的示意圖見(jiàn)圖81。圖81當(dāng)受控源的輸出電壓（或電流）與控制支路的電壓（或電流）成正比變化時(shí)，則稱該受控源是線性的。理想受控源的控制支路中只有一個(gè)獨(dú)立變量（電壓或電流），另一個(gè)獨(dú)立變量等于零，即從輸入口看，理想受控源或者是短路（即輸入電阻R1 = 0，因而U1 = 0）或者是開(kāi)路（即輸入電導(dǎo)G1 = 0，因而輸入電流I1 = 0）；從輸出口看，理想受控源或是一個(gè)理想電壓源或者是一個(gè)理想電流源?？刂贫伺c受控端的關(guān)系式稱為轉(zhuǎn)移函數(shù)。四種受控源的轉(zhuǎn)移函數(shù)參量的定義如下：（1）壓控電壓源(VCVS)： U2= f (U1)，μ= U2/U1 稱為轉(zhuǎn)移電壓比。（2）壓控電流源(VCCS)： I2= f (U1)，gm= I2/U1 稱為轉(zhuǎn)移電導(dǎo)。（3）流控電壓源(CCVS)： U2= f (I1)，rm= U2/I1 稱為轉(zhuǎn)移電阻。（4）流控電流源(CCCS)： I2= f (I1)，α= I2/I1 稱為轉(zhuǎn)移電流比（或電流增益）。 三、實(shí)驗(yàn)設(shè)備序號(hào)名稱型號(hào)與規(guī)格數(shù)量備注1可調(diào)直流穩(wěn)壓電源12可調(diào)恒流源13直流數(shù)字電壓表14直流數(shù)字毫安表15可變電阻箱16受控源實(shí)驗(yàn)電路板1四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容測(cè)量受控源VCVS的轉(zhuǎn)移特性U2 = f（U1）及負(fù)載特性U2 = f (IL)，實(shí)驗(yàn)線路如圖82。圖82（1）不接電流表，固定RL = 1KΩ，調(diào)節(jié)穩(wěn)壓電源輸出電壓U1，測(cè)量U1及相應(yīng)的U2值，記入表81。在方格紙上繪出電壓轉(zhuǎn)移特性曲線U2 = f (U1)，并在其線性部分求出轉(zhuǎn)移電壓比μ。表81U1( V )012345678μU2( V ) （2）接入電流表，保持U1 = 3V，調(diào)節(jié)RL可變電阻箱的阻值，測(cè)U2及IL，繪制負(fù)載特性曲線U2 = f (IL)。RL(Ω)5070100200300400500∞U2(V)I2( mA )受控源VCCS的轉(zhuǎn)移特性IL = f (U1)及負(fù)載特性IL = f (U2)，實(shí)驗(yàn)線路如圖83。圖83（1）固定RL = 1KΩ，調(diào)節(jié)穩(wěn)壓電源的輸出電壓U1，測(cè)出相應(yīng)的IL值，繪制IL = f (U1)曲線，并由其線性部分求出轉(zhuǎn)移電導(dǎo)gm。U1( V )gmIL( mA)（2）保持U1 =3V，令RL從大到小變化，測(cè)出相應(yīng)的IL及U2，繪制IL = f (U2)曲線。RL(KΩ)10IL( mA )U2( V ) 測(cè)量受控源CCVS的轉(zhuǎn)移特性U2 = f (I1)與負(fù)載特性U2 = f (IL)，實(shí)驗(yàn)線路如圖84。圖84（1）固定RL = 1KΩ，調(diào)節(jié)恒流源的輸出電流IS，～，測(cè)出U2值，繪制U2 = f (I1)曲線，并由其線性部分求出轉(zhuǎn)移電阻rm。Is (mA)rmU2 (V)（2）保持IS = ，令RL值從1KΩ增至8KΩ，測(cè)出U2及IL，繪制負(fù)載