实验一   直流电路分析

一、实验目的

1.加深理解叠加原理和戴维南定理

2.学习电工仪表和直流电源的使用方法

3.学习测定有源二端网络等内阻的方法

4.加深对等效电路概念的理解

二、实验原理概述

1.叠加原理

在有几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。

图1—2—1为叠加原理实验电路，图中E1、E2为直流稳压电源，其内阻可近似看作零。R1、R2、R3、R4、R5均为线性电阻。该电路在E1、E2的共同作用下，所产生的各支路电流、、及各电阻上的电压、 、 、 、 ，应该等于电路中仅有E1作用所产生的各支路电流、、及各电阻上的电压、 、 、 、 ，与仅有E2作用所产生的各支路电流、、及各电阻上的电压、 、 、 、 ，的代数和。

实验电路图中     为电流表插座，测量电流时，只要把电流表两测量端接上电流插头，然后把插头插入插座内，电流表即自动串入该支路内。如图1—2—2 所示。

            图1—2—1                                  图1—2—2  

2.戴维南定理

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。

戴维南定理指出：任何一个线性有源二端网络，就外部特性来说，可以用一个电动势为的恒压源和内阻R0相串联的等效电源来代替。等效电源的电动势等于原网络的开路电压，内阻R0等于原网络中除去全部电源后的等效电阻。（如图1—2—3所示）

             （a）                                       (b)

                             图1—2—3

    用实验的方法直接测出有源二端网络的开路电压，即为等效电动势。

内阻R0可以通过以下几种实验方法求出：

方法一：在网络可以除源的情况下，（理想电压源短路，理想电流源开路）直接用万用表的欧姆档测量除源后网络的二端电阻。本实验室的电源近似于理想电源，所以可采用这种方法测量网络内阻。

方法二：在网络允许短路的情况下，用电流表测出网络的短路电流I0，则内阻。

方法三：若二端网络内阻很低不允许短路，可分别测出网络的开路电压，和该网络接上负载RL后，负载二端电压，根据图1—2—3 所示可求得内阻R0为：

此方法中，若在二端网络上改接成大小可调节的负载电阻RL，我们调节负载电阻RL，使得负载电压为网络开路电压的一半时，负载电阻RL等于被测有源二端网络的等效内阻R0。此法称为半电压法。

          （a）                                       (b)

                            图1—2—4

由电动势E0与内阻R0相串联构成戴维南等效电路，该等效电路与原网络的外特性完全相同，这个关系将在实验中得到证实。

实验电路如图1—2—4(a)所示，它是一个有源二端网络。可用以上所述的方法求出它的戴维南等效电路，如图1—2—4（b）所示。

三、实验仪器设备

表1-2-1

四、预习要求

1.电源E1单独作用或电源E2单独作用时，开关K1、K2应怎样操作？(K3打向电阻330Ω端)

2.根据实验电路参数预算下列数据

表1-2-2

表1-2-3

3.据实验电路图1—2— 4（a）计算二端网络的戴维南等效电路参数

表1-2-4

4、写出测量二端网络的等效电动势E0、、短路电流I0的操作步骤。

5、本实验可用哪几种方法测出二端网络的等效电阻？

五、实验步骤

1、   验证叠加原理

E1为+6V、+12V切换电源，取E1=+12V，E2为可调直流稳压电源，调至+6V。按实验电路图1—2—1，把电源E1、、E2接至电路中，完成表1－2－5 及表1－2－6的内容。(K3打向电阻330Ω端)

表1－2－5

表1－2－6

2.验证戴维南定理

按图1－2－4（a）接好线路，用开路电压、短路电流法，测定该有源二网络的戴维南等效电路参数E0、R0。填入表1－2－7

表1－2－7

3.测量二端网络的外特性

按表1—2—8 要求，调节电路图1—2—4（a）中负载电阻RL（电阻箱）阻值。测出相应的负载端电压与流过负载的电流。填入表1—2—8中。

4.测量等效电压源的外特性

取步骤“2”中的E0和R0,组成二端网络的等效电源, 完成表1—2—8中内容。

表1—2—8

 六、实验总结

1.总结用实验求有源二端网络的戴维南等效电路的方法。

2.E0、R0实测值与计算值相比较，分析其产生误差的原因。

3.在同一坐标纸上分别绘出图1－2－ 4（a）(b)的外特性、, 验证戴维南定理的正确性。