戴维南定理实验中存在的问题及分析.doc

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戴维南定理实验中存在的问题及分析
2008年9月
阴山学刊
YINSHANACADEMICJOURNAL
￥

第22卷第3期
戴维南定理实验中存在的问题及分析
樊宝元
(包头师范学院物理系,内蒙古包头014010)
摘
要:本文针对一些学生进行戴堆南定理实验时,验证戴维南等效电路较吃力的现象,分析了实验的详
细过程和基本思路,指出了存在的问题和产生的原因以及解决办法。
关键词:靛雏南定理;等效电路;实验
中图分类号::A文章编号:1004—1869(2008)04—0098—03
1
问题的提出
戴维南定理指出:任何一个线性有源二端网络,
值与标称值之间存在着误差,所以应测量出实际值(对于应用物理专业的学生,可利用其进行理论上的误差计算),精确地测出负载RL上的电压UcD压UcD’和电流IL’与其相互进行比较。
电
总可以用一个理想电压源与一个电阻的串联来等效代替,如图1所示,此电压源的电动势等于这个有源二端网络的开路电压Uoc,其等效电阻等于该网络中所有独立源均去掉(理想电压源视为短路,理想电流源视为开路,简称去源)时的入端电阻R。这就是非电类专业基础课程《电工学》和《电路分析》中都要讲到的戴维南定理,也是电路理论中最基本和最常用的定理之一。因此,在电工与电子技术实验教学中都要对这个定理加以验证。这个定理并非让人费解,然而,在实验教学中我们发现,一些学生做起这个实验来很是吃力,存在的问题也比较多,究其原因,首先我们对这个实验的过程先做一下具体分析。
流IL,以便求出戴维南等效电路在相应负载时的电
(a)
Ri
任意负载
吣
(b)围l
2实验的过程
用戴维南等效电路替代有源二端网络的等效性,在于保持其二端外电路中的电流和电压不变,即替代前后两者引出端钮间的电压相等/,流出(或流入)引出端钮的电流也必须相等(即伏安特性相同)。由此验证戴维南定理的正确性。
Us=25V
(电路)进行测量
实验电路如图2所示,电源Us和负载RL为给定值,电路中标明了R。。R,的标称值,但由于实际
图2
收稿日期:2007—09—20
98
万方数据

等效参数开路电压Uoc和入端电阻Ri
的测量

方法一:直接测量法。当有源二端网络的等效内阻Ri与电压表的内阻Rv相比可以忽略不计时,可以直接用电压表或万用表的电压档测C、D两端的开路电压(将C、D两端与负载RL断开),即为所求电压Uoc,一般实验中采用此法。
方法二:补偿法。有源二端网络的入端电阻Ri与电压表内阻Rv相比不可忽略时,用电压表直接测量开路电压,就会影响被测电路的原工作状态,使所测电压与实际值间有较大的误差。补偿法可以排除电压表内阻对测量所造成的影响,当需要较高的测量精度时采用此方法,但测量时需用检流计,因此该方法一般不采用,只作为了解。测量电路如图3
所示。
线性有源二端网络
图3
方法三:零示法。在测量具有高内阻有源二端网络的开路电压时,用电压表进行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。零示法的测量原理是用一低内阻恒压源与被测有源二端网络进行比较,当恒压源的输出电压与有源二端网络的开路电压相等时,所接电压表的读数将为“0”,然后将电路断开,测量此时恒压源的输出电压,即为被测有源二端网络的开路电压
Uoco
;
测量R的方法有多种,最简单的方法是将有源
二端网络去源(即电路成为无源二端网络)后,用万用表的欧姆挡直接测量C、D两端的电阻值,即为R’。由于万用表精度低,所以此种方法会带来较大误差/,下面介绍几种间接测量Ri的方法。
方法一:伏安法。将有源二端网络去源(即电路化成无源二端网络)后,在C、D两端加一已知电压U,并测出电流I,则人端电阻Ri=U/I。
方法二:开路电压、短路电流法。在有源二端网络输出端开路时,分别测出C、D两端的开路电压
万
方数据Uoc及短路电流Isc(即在C、D两端不接负载,只串入电流表),则Ri=Uoc/Isc。
方法三:半偏法。将电路中所有独立电源去源,然后在C、D两端处接一给定电压U,与可调电阻R串联,首先测出R=0时的电流值,然后调节电阻R的值,使电流表的读数为R=0时的一半,则电阻R的值即为所求的等效电阻Ri。
方法四:半电压