实验一、叠加原理和戴维南定理

实验一、叠加原理和戴维南定理

实验预习：

一、实验目的

1、 牢固掌握叠加原理的基本概念，进一步验证叠加原理的正确性。 2、 验证戴维南定理。

3、 掌握测量等效电动势与等效内阻的方法。

二、实验原理 叠加原理：

在线性电路中，有多个电源同时作用时，在电路的任何部分所产生的电流或电压，等于这些电源分别单独作用时在该部分产生的电流或电压的代数和。

为了验证叠加原理，可就图1-2-1的线路来研究。当E1和E2同时作用时，在某一支路中所产生的电流I，应为E1单独作用在该支路中所产生的电流I?和E2单独作用在该支路中所产生的电流I?之和，即I= I?+ I?。实验中可将电流表串接到所研究的支路中分别测得在E1和E2单独作用时，及它们共同作用时的电流和电压加以验证。

+–E1I ++ I?I??–E2E1 –+– E2

图1-2-1 叠加原理图

(a) (b)

图1-2-2 戴维南定理图

戴维南定理：

一个有源的二端网络就其外部性能来说，可以用一个等效电压源来代替，该电压源的电动势E等于网络的开路电压UOC；该电压源的内阻等于网络的入端电阻（内电阻）Ri 。

图1-2-2的实验电路，现研究其中的一条支路（如RL支路）。那么可以把这条支路以外的虚线部分看作是一个有源二端网络，再把这个有源网络变换成等效电动势和内阻Ri串联的等效电路。

三、预习要求与计算仿真

1、本次实验涉及到以下仪器：直流稳压电源、直流电压表、直流毫安表，电流插头、插座。关于这些设备的使用说明，详见附录，在正式实验前应予以预习。

2、根据图1-2-3、1-2-4中的电路参数，计算出待测量的电流、电压值，记入表中，以便与实验测量的数据比较，并帮助正确选定测量仪表的量程。

3、利用PSPICE仿真软件，根据图1-2-3、1-2-4设计仿真电路，并试运行。（PSPICE仿真软件的使用方法详见附录）

四、注意事项

1、测量各支路的电流、电压时，应注意仪表的极性以及数据表格中“+、-”号的记录。 2、电源不作用时，不可将稳压源直接短接。 3、用万用表直接测内阻时，网络内的独立电源必须先置零，以免损坏万用表，其次，欧姆表必须经调零后再进行测量。 4、改接线路时，要关掉电源。

五、思考题

1. 叠加原理中E1、E2分别单独作用，在实验中应如何操作？

2. 各电阻所消耗的功率能否用叠加原理计算得出？为什么？试用具体数据分析说明。 3. 在求戴维南等效电路时，作短路实验，测ISC的条件是什么？在本实验中可否直接作负载短路实验？

实验内容：

一、实验线路

实验线路如图1-2-3、1-2-4所示。

ADS1E1I1AI3I2BS2E2300510mA+510-12V10RL200

B

图1-2-3叠加原理实验电路 图 1-2-4戴维南定理实验电路

C二、实验设备 序号 1 2 3 4

三、实验步骤 1、 叠加原理实验

实验前，先将两路直流稳压电源接入电路，令E1=12V，E2=6V。 按图1-2-3接线，并将开关S1、S2投向短路一侧。（开关S1和S2分别控制E1、E2两电源

名称 直流稳压电源 电流表 万用表 直流电路实验板 规格型号 WYK—303B3双路 直流0-1A VC9801A 数量 1 1 1 1 的工作状况，当开关投向短侧时说明该电源不作用于电路。）

1） 接通E1=12V电源，S2投短路侧（E1单独作用），测量此时各支路电流，测量结果填

入表1-2-1中。

2） 接通E2=6V电源，S1投短路侧（E2单独作用），测量此时各支路电流，测量结果填

入表1-2-1中。

3） 接通E1=12V电源，E2=6V电源（E1和E2共同作用），测量此时各支路电流，测量结

果填入表1-2-1中。

2、 戴维南定理实验

按图1-2-4接线，将一路直流稳压电源接入电路，令U保持12V。

1） 测网络的开路电压UOC 。将RL断开，用电压表测有源二端网络开路电压UOC ，（A、

B两点间电压），即得等效电压源的等效电动势ES。记入表1-2-2中。

2） 测网络的短路电流ISC 。将RL断开，并将A、B两点间用一根短路导线相连，用电流表测有源二端网络短路电流ISC，（A-mA-B支路的电流），即得等效电流源的等效电流IS 。记入表1-2-2中。

3） 测有源二端网络入端电阻Ri 。三种方法测量，结果记入表1-2-2中。

a) 先将电压源及负载RL从电路中断开，并将原电压端所接的两点用一根短路导线相连。用万用表测出A、B两点间的电阻RAB（RAB=Ri）。

b) 测有源二端网络开路电压UOC和有源二端网络短路电流ISC ，算出入端电阻Ri 。（Ri= UOC / ISC）

c) 先断开RL ，测网络的开路电压UOC 。再将RL接上，用电压表测负载RL的两端电压UAB ，调节RL，使UAB =（1/2）? UOC ，则此时Ri = RL。（为什么？） 4）A、B间接RL（任意值），测RL两端电压和流过RL上的电流，记入表1-2-3中。

四、表格与数据 表1-2-1 测量 U1=12V U2=6V U1=12V U2=6V

表1-2-2 测量值 计算值

表1-2-3 计算值 URL（V） 测量值 计算值 IRL（mA） 测量值 开路电压UOC（V） I1（mA） 计算 误差 测量 I2（mA） 计算 误差 测量 I3（mA） 计算 误差 短路电流 ISC（mA） 等效内阻Ri a) b) c) RL = RL =

五、实验报告

1、完成数据表格中的计算，进行必要的误差分析。 2、根据实验数据验证线性电路的叠加性与齐次性，验证戴维南定理的正确性。 3、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，考虑是否有其它测量方法。 4、心得体会及其它。

注：1、如下图所示，实验时可能会出现的类似电路。 F12 图1-2-5 叠加原理实验电路

图1-2-6 戴维南定理实验电路