实验十一 最大功率传输条件测定
一、实验目的
1. 掌握负载获得最大传输功率的条件。
2. 解电源输出功率与效率的关系。 二、原理说明
1. 电源与负载功率的关系
图1可视为由一个电源向负载输送电能的模型，R 0 可视为电源阻和传输线路电阻的总和，R L 为可变负载电阻。
负载R L 上消耗的功率P 可由下式表示： 图1
当R L =0或R L =∞ 时，电源输送给负载的功率均为零。而以不同的R L 值代入上式可求得不同的P 值，其中必有一个R L 值，使负载能从电源处获得最大的功率。
2. 负载获得最大功率的条件
根据数学求最大值的方法，令负载功率表达式中的R L 为自变量，P 为应变量，并使 dP/dR L =0，即可求得最大功率传输的条件：
当满足R L =R 0时，负载从电源获得的最大功率为：
这时，称此电路处于“匹配”工作状态。 3. 匹配电路的特点及应用
在电路处于“匹配”状态时，电源本身要消耗一半的功率。此时电源的效率只有50%。显然，这对电力系统的能量传输过程是绝对不允许的。发电机的阻是很小的，电路传输的最主要指标是要高效率送电，最好是100%的功率均传送给负载。为此负载电阻应远大于电源的阻，即不允许运行在匹配状态。而在电子技术领域里却完全不同。一般的信号源本身功率较小，且都有较大的阻。而负载电阻（如扬声器等）往往是较小的定值，且希望能从电源获得最大的功率输出，而电源的效率往往不予考虑。通常设法改变负载电阻，或者在信号源与负载之间加阻抗变换器（如音频功放的输出级与扬声器之间的输出变压器），使电路处于工作匹配状态，以使负载能获得最大的输出功率。
三、实验容与步骤
1. 按图2接线，负载R L 取电阻箱。
2. 按表1所列容，令R L 在0~1K 围变化时，分别测出U O 、U L 及I 的值，表中U O ，P O 分别为稳压电源的输出电压和功率，U L 、P L 分别为R L 二端的电压和功率，I 为电路的电流。在P L 最大值附近应多测几点。
表9（单位：R －Ω，U －V ，I －mA ，P －W ）
，
L L
L R R R U
R I P 202)(
+==[]
0202
40020:0)(2)()()(2)(,0R R R R R R R R R U R R R R R dR dP
dR dP L L L L L L L L L L ==+-+++-+==，解得令即L
L L L L MAX
R U R R U R R R U P 4)2()(222
0==+=
四、预习与思考题
1. 电力系统进行电能传输时为什么不能工作 在匹配工作状态？
2. 实际应用中，电源的阻是否随负载而变？
3. 电源电压的变化对最大功率传输的条件有 无影响？ 五、实验报告
1. 整理实验数据，并分析下列关系曲线：
I~R L ，U O ~R L ，U L ~R L ，P O ~R L ，P L ~R 2. 根据实验结果，说明负载获得最大功率的条件是什么?
测量数据举例：
实验一戴维南定理 班级：17信息姓名：张晨瑞学号：20 一、实验目的 1.深刻理解和掌握戴维南定理。 2.掌握测量等效电路参数的方法。 3.初步掌握用Multisim软件绘制电路原理图的方法。 4.初步掌握Multisim软件中的Multimeter、Voltmeter、Ammeter等仪表的使用方法以及DC Operating Point、Parameter Sweep等SPICE仿真分析方法。 5.掌握电路板的焊接技术以及直流电源、万用表等仪器仪表的使用方法。 6.初步掌握Origin绘图软件的应用方法。 二、实验原理 一个含独立源、线性电阻的受控源的一端口网络，对外电路来说，可以用一个电压源和电子的床帘组合来等效置换，去等效电压源的电压等于该一端口网络的开路电压，其等效电阻等于该一端口网络中所有独立源都置为零后的输入电阻。这一定理成为戴维南定理。 三、实验方法 1.比较测量法 戴维南定理是一个等效定理，因此应想办法验证等效前后对其他电路的影响是否一致，即等效前后的外特性是否一致。 实验中首先测量原电路的外特性，在测量等效电路的外特性，最后比较两者是否一致，等效电路中的等效参数的获取，可通过测量得到，并同根据电路结构所推到计算出的结果相比较。 实验中期间的参数应使用实际测量值。实际值和期间的标称值是有差别的，所有的理论计算应基于器件的实际值。 2.等效参数的获取
等效电压Uoc：直接测量被测电路的开路电压，该电压就是等效电压。 等效电阻Ro：将电路中所有电压源短路，所有电流源开路，使用万用表阻挡测量。 3.测量点个数以及间距的选取 测试过程中测量的点个数以及间距的选取与测量特性和形状有关。对于直线特性，应使测量间距尽量平均，对于非线性特性应在变化陡峭处多测些点。测量的目的是为了用有限的点描述曲线的整体形状和细节特征。因此应注意测试过程中测量的点个数以及间距的选取。 为了比较完整地反映特性和形状，一般选取10个以上的测量点。 本实验中由于特性曲线是直线形状，因此测量点应均匀选取。为了办政策亮点分布合理，迎新测量特性的最大值和最小值，再根据点数合理选择测量间距。 4.电路的外特性测量方法 在输出端口上接可变负载（如电位器），改变负载（调节电位器）测量端口的电压和电流。 四、实验仪器与器件 1.计算机一台 2.通用电路板一块 3.万用表两只 4.直流稳压电源一台 5.电阻若干 五、实验内容 1.测量电阻的实际值，填表，并计算等效电源电压和等效电阻 2.Multisim仿真 (1)创建电路； (2)用万用表测量端口开路电压和短路电流，并计算等效电阻； (3)用万用表的Ω挡测量等效电阻，与（2）比较，将测量结果 填入表1中；
戴维南定理实验报告
戴维南定理 班级：14电信学号：1428403003 姓名：王舒成绩：一实验原理及思路 一个含独立源，线性电阻和受控源的二端网络，其对外作用可以用一个电压源串联电阻的. 等效电源代替，其等效电压源的电压等于该二端网络的开路电压，其等效内阻是将该二端网络中所有的独立源都置为零后从从外端口看进去的等效电阻。这一定理称为戴维南定理。 本实验采用如下所示的实验电路图a: 等效后的电路图如下b: 测它们等效前后的外特性，然后验证等效前后对电路的影响。 二实验内容及结果
⒈计算等效电压和电阻 计算等效电压：电桥平衡。∴=,33 1131R R R R Θ Uoc=3 11 R R R +=2.609V 。 计算等效电阻：R= ??? ??? ? ?+++ ??? ??? ??++3311111221 3111121 R R R R R R =250.355 ⒉用Multisim 软件测量等效电压和等效电阻 测量等效电阻是将V1短路,开关断开如下图所示： -+ Ro=250.335O Ω 测量等效电压是将滑动变阻器短路如下图 V120 V R11.8kΩ R2220Ω R112.2kΩ R22270Ω R33330ΩR3270Ω 50% 2 4 J1Key = A XMM1 6 a 1 7 Uo=2.609V ⒊用Multisim 仿真验证戴维南定理 仿真数据
等效电压Uoc=2.609V 等效电阻Ro=250.355Ω 电压/V 2.6 09 2.4 08 2.3 87 2.3 62 2.3 31 2.2 9 2.2 36 2.1 58 2.0 41 1.8 41 1.4 22 电流/mA 0 0.8 03 0.8 85 0.9 84 1.1 1 1.2 72 1.4 9 1.7 99 2.2 68 3.0 68 4.7 4 电压/V 2.6 09 2.4 08 2.3 87 2.3 63 2.3 3 2.2 91 2.2 36 2.1 58 2.0 41 1.8 41 1.4 22 电流/mA 0 0.8 03 0.8 85 0.9 85 1.1 1 1.2 72 1.4 9 1.7 99 2.2 68 3.0 68 4.7 5
戴维南定理 学号：1128403019 姓名：魏海龙班级：传感网技术 一、实验目的： 1、深刻理解和掌握戴维南定理。 2、掌握测量等效电路参数的方法。 3、初步掌握用multisim软件绘制电路原理图。 4、初步掌握multisim软件中的multimeter、voltmeter、ammeter 等仪表的使用以及DC operating point、paramrter sweep等 SPICE仿真分析方法。 5、掌握电路板的焊接技术以及直流电源、万用表等仪器仪表的使 用。 6、初步掌握Origin绘图软件的应用。 二、实验器材： 计算机一台、通用电路板一块、万用表两只、直流稳压电源一台、电阻若干。 三、实验原理：一个含独立源、线性电阻和受控源的一端口网络，对 外电路来说，可以用一个电压源和电阻的串联组合来等效置 换，其等效电压源的电压等于该一端口网络的开路电压，其等 效电阻等于该一端口网络中所有独立源都置为零后的数日电 阻。 四、实验内容： 1、电路图：
2、元器件列表： 2、实验步骤： （1）理论分析： 计 算等效电压： 电桥平衡。∴=,331131R R R R Uoc=3 11 R R R +=2.6087V 。 计算等效电阻：R= ??? ??? ? ?+++ ??? ??? ? ?++3311111221 3111121 R R R R R R =250.355
（2）测量如下表中所列各电阻的实际值，并填入表格： 然后根据理论分析结果和表中世纪测量阻值计算出等效电源电压和等效电阻，如下所示： Uc=2.6087V R=250.355Ω （3）multisim仿真： a、按照下图所示在multisim软件中创建电路 b、用万用表测量端口的开路电压和短路电流，并计算等 效电阻，结果如下：Us= 2.609V I= 10.42mA R=250.38Ω
课程教案 （2015—2016学年第二学期） 课程名称：光纤通信 授课学时： 44学时 授课班级：电子信息工程13级 任课教师：
教案（首页）
第2章光纤与光缆 （一）教学内容： 基本光学定律和定义，光纤模式和结构，光纤波导传输的基本原理，圆波导的模式理论，单模光纤的基本原理，光纤材料和制造基本原理。 重点：光纤模式和结构，光纤波导传输的基本原理，单模光纤的基本原理，光 纤材料和制造基本原理。 难点：圆波导的模式理论 （四）概述 对光纤的结构和分类做简单介绍,对光纤的导光原理采用射线法和标量近似解法进行重点分析。对单模光纤的结构特点、主模及单模传输条件进行讨论。介绍光纤的传输特性及特殊光纤。
教学环节教学过程 引言 本章课程的讲授 在整个通信技术的发展中传输介质始终是人们需要不断研究和改进的课题，光通信从19世纪前就已得到应用，但由于没有找到合适的传输介质，使得光通信无法充分发挥其优点。1966年英籍华人科学家C.K.Kao发表论文提出可以利用纯度极高的石英玻璃作为传输煤质来传送光信号，从而拉开了光纤通信技术飞速发展的序幕（C.K.Kao博士也因此成就获得2009年Nobel物理学奖）。近半个世纪来，人们对光纤的结构、制造工艺不断改善，使得光纤的传输性能越来越优良，光纤已经成为现代长途干线网络信息传输的首选传输介质。 本章将对光纤进行详细的讨论，使学生对光纤通信课程建立较好的基本理解。 在讲授基本内容之前请学生回答自己对实际生活中所接触的光纤光缆的认识和理解，大家在什么地方用过光纤呢？家里或宿舍上网时信息是通过什么进行传输或如何进行传输的呢？通过提问对学生进行较好的引导，让学生上课时很快提高兴趣。 2.1 光纤的结构和分类 2.1.1 光纤的结构 光纤有不同的结构形式。目前，通信用的光纤绝大多数是用石英材料做成的横截面很小的双层同心玻璃体，外层玻璃的折射率比内层稍低。折射率高的中心部分叫做纤芯，其折射率为，直径为2a；折射率低的外围部分称为包层，其折射率为，直径为2b。 让学生自行思考为何要采用这种结构？提问！强调纤芯和包层的折射率很接近、差值不能太大。 采用芯包结构的目的： （1）进行全反射，减小散射损耗。 （2）增加纤芯的机械强度。 （3）保护纤芯不受外界的污染。 1 n 2 n
戴维南定理和诺顿定理的验证 一、实验目的 1、掌握有源二端网络代维南等效电路参数的测定方法。 2、验证戴维南定理、诺顿定理和置换定理的正确性。 3、进一步学习常用直流仪器仪表的使用方法。 二、原理说明 1、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（或称为含源二端网络）。 2、戴维南定理：任何一个线性有源网络，总可以用一个理想电压源与一个电阻的串联支路来等效代替，此电压源的电压等于该有源二端网络的开路电压U0C，其等效内阻R0等于该网络中所有独立源均置零（理想电压源视为短路，理想电流源视为开路）时的等效电阻。这一串联电路称为该网络的代维南等效电路。 3、诺顿定理：任何一个线性有源网络，总可以用一个理想电流源与一个电阻的并联组合来等效代替，此电流源的电流等于该有源二端网络的短路电流I SC，其等效内阻R0定义与戴维南定理的相同。 4、有源二端网络等效参数的测量方法 U0C、I SC和R0称为有源二端网络的等效电路参数，可由实验测得。 （一）开路电压U OC的测量方法 （1）可直接用电压表测量。 （2）零示法测U OC 在测量具有高内阻有源二端网络的开路电压时，用电压表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，如图3-1所示。 零示法测量原理是用一低内阻的稳压电源与被测有源二端网络进行比较，当稳压电源的输出电压与有源二端网络的开路电压相等时，电压表的读数将为“0”。然后将电路断开，测量此时稳压电源的输出电压，即为被测有源二端网络的开路电压。 图3-1 图3-2 （二）等效电阻R0的测量方法 （1）开路电压、短路电流法测R0
《冶金传输原理》课程教学大纲 课程名称：冶金传输原理 英文名称：PrinciplesofTransportPhenomenainMetallurgR 课程代码：MPRC3019 课程类别：专业教学课程； 授课对象：材料成型与控制工程专业； 开课学期：第6学期； 学分：2.0学分；学时：36学时； 主讲教师：许继芳； 指定教材：吴铿,冶金传输原理（第2版）,冶金工业出版社,2016； 先修课程：高等数学、线性代数、材料科学基础等 考试形式及成绩评定方式：闭卷成绩60%，平时成绩40% 一、教学目的 传输原理是材料成型与控制工程专业的一门专业主干基础课，阐述了冶金过程中的流体流动，动量、热量、质量传输的基本原理及其传递的速率关系，是冶金动力学过程的主要内容。动量、热量、质量传递有类似的机理和关系，也具有相互的关联和作用。分析冶金过程中三传问题及其基本的计算方法。通过学习本课程，使学生掌握动量、热量、质量传输的基本原理，深入了解冶金过程中各种传输现象，以及各种因素对传输过程的影响，为今后从事专业技术开发，提高控制和设计水平打下坚实的基础。 二、课程内容 第一章传输原理中流体的基本概念 主要内容：主要介绍流体的基本概念。从物理与数学的角度介绍流体的模型，给出流体的基本性质与分类，并对流体力学的分析方法进行介绍。 本章重点：流体力学的主要任务和研究内容。流体的定义和特点；流体的连续介质假设；流体的密度和重度；流体的相对密度；流体的比容。流体的压缩性和膨胀性；可压缩流体和不可压缩流体。黏性的定义；牛顿内摩擦定律；黏度的表达式；影响黏度的因素；黏性流体和理想流体，牛顿流体和非牛顿流体。表面力和质量力；体系和控制容积；量纲和单位。 学习要求：本节都是一些基本概念，需熟练掌握。流体的定义、特点、连续介质假设必须理解，对流体连续介质假设的原因有大致了解。 第二章控制体法(积分方程) 主要内容：依据质量、动量与能量守恒定律，建立流体的质量、动量与能量守恒积分式，并将其结果应用到重力作用下流体平衡基本方程。 本章重点：质量平衡积分方程；动量平衡积分方程；能量平衡积分方程 学习要求：了解质量平衡积分方程、动量平衡积分方程和能量平衡积分方程的推导过程，通学习本节的例题能平衡积分方程进行一些简单的计算。 第三章描述流体运动的方法 主要内容：在介绍流体运动状态的基础上，给出描述流体运动的基本方法：拉格朗日法与欧拉法；同时介绍定常流、迹线、流线、流管、流量等一系列概念。 本章重点：层流状态；紊流状态；雷诺数；卡门涡街。拉格朗日法描述流体流动；欧拉法描述流体流动；拉格朗日法和欧拉法的区别和联系。质点导数。以速度为例，掌握拉格朗日法和欧拉法的转换。定常流动和非定常流动；均匀流动和非均匀流动；平面流和轴对称流；迹线；流线；流管和流束，流量。 学习要求：通过计算雷诺数来判别层流状态和紊流状态。深刻理解描述流体运动的这两种方法。掌握质点导数的含义及拉格朗日法和欧拉法下的质点导数。通过学习本节的例题能对一些简单的情况进行转换。本节的基本概论容易混淆，要熟练地理解和掌握，并能对一些简单的情况进行计算。 第四章动量传输微分方程 主要内容：在介绍连续性微分方程的基础上，对理想流体与实际流体建立了动量守恒微分方程，进而给出伯努利方程，讨论伯努利方程在实际中的应用。 本章重点：连续性微分方程；欧拉方程；伯努利方程及其物理意义；不可压缩实际流体的运动微分方程。 学习要求：了解连续性微分方程的推导过程，记忆连续性微分方程的公式，通过连续性微
最大功率传输定理推导及应用 严皓 （上海交通大学 微电子学院 F0821102 5082119045 上海 200240） 摘要：从实域电路出发推导出最大功率定理，并将其推广到复频域中，得到负载获得最大功率的匹配条件，并通过具体实例加以应用及验证。 关键词：戴维宁定理和诺顿定理 最大功率传输定理 匹配条件 复频域 最大功率 The Derivation And Application of Maximum Power Transfer Theorem YanHao （SJTU SOME F0821102 5082119045 ShangHai 200240）Abstract:We derive the Maximum Power Transfer Theorem by analysising the Real frequency-domain circuit.Then we generalize the theorem to the complex-frequency domain circuit.We can get the matching conditions of the load through it. Then we apply Maximum Power Transfer Theorem in an example to prove it right. Keyword: Thevenin's theorem and Norton's theorem Maximum Power Transfer Theorem matching conditions maximum power complex-frequency domain 引言 实际电路中负载获得最大功率所需的条件及满足这个条件时负载获得的最大功率，在实际电路中有着广泛的应用，因此该问题的研究有着重要的实际意义。本文旨在得到最大功率传输定理，使之能在电路分析中直接使用。 1.最大传输定理的推导 在电子线路中，负载是用电设备，负载的功率是由电源提供的。无论是直流稳压电源，还是产生各种波形的信号源，其内部电路都比较复杂；但对外电路而言，都可看成是含源的二端网络，如图1.1（a）所示。当负载R L的大小发生变化时，二端网络N S传输给负载的功率也随之发生变化。 L L （a） （b） 图1.1 最大功率传输定理
实验十一最大功率传输条件测定 一、实验目的 1. 掌握负载获得最大传输功率的条件。 2. 解电源输出功率与效率的关系。 二、原理说明 1. 电源与负载功率的关系 图1可视为由一个电源向负载输送电能的模型，R 0 可视为电源内阻和传输线路电阻的总和，R L 为可变负载电阻。 负载R L 上消耗的功率P 可由下式表示：图1 当R L =0或R L =∞ 时，电源输送给负载的功率均为零。而以不同的R L 值代入上式可求得不同的P 值，其中必有一个R L 值，使负载能从电源处获得最大的功率。 2. 负载获得最大功率的条件 根据数学求最大值的方法，令负载功率表达式中的R L 为自变量，P 为应变量，并使 dP/dR L =0，即可求得最大功率传输的条件： 当满足R L =R 0时，负载从电源获得的最大功率为： 这时，称此电路处于“匹配”工作状态。 3. 匹配电路的特点及应用 在电路处于“匹配”状态时，电源本身要消耗一半的功率。此时电源的效率只有50%。显然，这对电力系统的能量传输过程是绝对不允许的。发电机的内阻是很小的，电路传输的最主要指标是要高效率送电，最好是100%的功率均传送给负载。为此负载电阻应远大于电源的内阻，即不允许运行在匹配状态。而在电子技术领域里却完全不同。一般的信号源本身功率较小，且都有较大的内阻。而负载电阻（如扬声器等）往往是较小的定值，且希望能从电源获得最大的功率输出，而电源的效率往往不予考虑。通常设法改变负载电阻，或者在信号源与负载之间加阻抗变换器（如音频功放的输出级与扬声器之间的输出变压器），使电路处于工作匹配状态，以使负载能获得最大的输出功率。 三、实验内容与步骤 1. 按图2接线，负载R L 取电阻箱。 2. 按表1所列内容，令R L 在0~1K 范围内变化时，分别测出U O 、U L 及I 的值，表中U O ，P O 分别为稳压电源的输出电压和功率，U L 、P L 分别为R L 二端的电压和功率，I 为电路的电流。在P L 最大值附近应多测几点。 ， L L L R R R U R I P 202)( +==[] 0202 40020:0)(2)()()(2)(,0R R R R R R R R R U R R R R R dR dP dR dP L L L L L L L L L L ==+-+++-+==，解得令即L L L L L MAX R U R R U R R R U P 4)2()(222 0==+=
实验八戴维南定理和诺顿定理 一、实验目的 1.验证戴维南定理和诺顿定理的正确性，加深对两个定理的理解。 2.掌握含源二端网络等效参数的一般测量方法。 3.验证最大功率传递定理。 二、原理说明 戴维南定理与诺顿定理在电路分析中是一对“对偶”定理，用于复杂电路的化简，特别是当“外电路”是一个变化的负载的情况。 在电子技术中，常需在负载上获得电源传递的最大功率。选择合适的负载，可以获得最大的功率输出。 1.戴维南定理 任何一个线性有源网络，总可以用一个含有内阻的等效电压源来代替，此电压源的电动势Es等于该网络的开路电压Uoc，其等效内阻Ro等于该网络中所有独立源均置零（理想电压源视为短接，理想电流源视为开路）时的等效电阻。 2.诺顿定理 任何一个线性含源单口网络，总可以用一个含有内阻的等效电流源来代替，此电流源的电流Is等于该网络的短路电流Isc，其等效内阻Ro等于该网络中所有独立源均置零时的等效电阻。 Uoc、Isc和Ro称为有源二端网络的等效参数。 3.最大功率传递定理 在线性含源单口网络中，当把负载RL以外的电路用等效电路(Es+Ro或Is∥Ro)取代时，若使R L=Ro,则可变负载R L上恰巧可以获得最大功率： P MAX=I sc2.R L/4=Uoc2/4RL (1) 4.有源二端网络等效参数的测量方法 ⑴开路电压Uoc的测量方法 ①直接测量法 直接测量法是在含源二端网络输出端开路时，用电压表直接测其输出端的开路电压Uoc，如图8-1(a)所示。它适用于等效内阻Ro较小，且电压表的内阻Rv>>Ro的情况下。 ②零示法 在测量具有高内阻(Ro>>Rv)含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，如图8-1(b)所示。 零示法测量原理是用一低内阻的稳压电源与被测有源二端网络进行比较，当稳压电源的输出电压Es与有源二端网络的开路电压Uoc相等时，电压表的读数将为“0”，然后将电路断开，测量此时稳压电源的输出电压，即为被测有源二端网络的开路电压。 ⑵短路电流Isc的测量方法 ①直接测量法：是将有源二端网络的输出端短路，用电流表直接测其短路电流Isc。此方法适用于内阻值 Ro较大的情况。若 二端网络的内阻值 很低时，会使Isc 很大，则不宜直接测 其短路电流。
南京信息工程大学 实验（实习）报告 1．实验目的： 熟悉和掌握多功能电表（万用表）、电流表、电压表的使用方法和测量方法。 2．实验内容： 通过试验验证戴维南定理的正确性，并借助多功能电表（万用表）测量等效电阻、戴维南等效电压。 3．实验步骤： （1）完成上述连线后，启动电源开关，并记录电流表和电压表的读数 U= 2.371V ，I= 5.045mA （2) 求A 、B 两端开路电压th E 和等效电阻th R 。首先将L R 电阻两端开路，用万用表电压挡测量A 、B 两端的开路电压 th E ；在L R 电阻两端开路的同时，再将电池短路，用万用表欧姆挡测量A 、B 两端等效电阻th R th E = 3.8095V ，th R =285.1
（3）得到上述测量值th E 、th R 后，将电阻L R 和th E 、th R 、电流表、电压表重新连线，画出下图电路，启动电源开关，记录电流表和电压表的读数 U=2.371 V ，I= 5.045mA 4．实验分析和总结 由上述实验步骤可以证明戴维南定理的正确性，戴维南原理正确，即任何有缘二端口网络均可等效为一个电压源和一个电阻串联组合，其中电压源U 大小就是有源二端电路的开路电压Uo ；电阻R 大小是有源二端电路除去电源的等效电阻R0。 该实验很好的反映了戴维南定理的实际应用，EWB 是较好电路仿真工具，软件能很方便的进行很多原理的仿真，这对我们今后的工作有很大的帮助。通过一节课的上机实验练习及本次报告的书写，我深深的发现了自身的不足，需要继续健身了解该软件，并不断练习巩固，不断总结经验，在一次次试验中得出模拟数据，能够更好地用于实际电路中。
第二章 流体静力学（吉泽升版） 2-1作用在流体上的力有哪两类，各有什么特点? 解:作用在流体上的力分为质量力和表面力两种。质量力是作用在流体内部任何质点上的力，大小与质量成正比，由加速度产生，与质点外的流体无关。而表面力是指作用在流体表面上的力，大小与面积成正比，由与流体接触的相邻流体或固体的作用而产生。 2-2什么是流体的静压强，静止流体中压强的分布规律如何? 解： 流体静压强指单位面积上流体的静压力。 静止流体中任意一点的静压强值只由该店坐标位置决定，即作用于一点的各个方向的静压强是等值的。 2-3写出流体静力学基本方程式，并说明其能量意义和几何意义。 解:流体静力学基本方程为：h P h P P P Z P Z γργ γ +=+=+ =+ 002 21 1g 或 同一静止液体中单位重量液体的比位能 可以不等，比压强也可以不等，但比位 能和比压强 可以互换，比势能总是相等的。 2-4如图2-22所示，一圆柱体d ＝0.1m ，质量M ＝50kg ．在外力 F ＝520N 的作用下压进容器中，当h=0.5m 时达到平衡状态。求测压管中水柱高度H ＝? 解：由平衡状态可知： )()2/() mg 2 h H g d F +=+ρπ（ 代入数据得H=12.62m 2.5盛水容器形状如图2.23所示。已知hl ＝0.9m ，h2＝0.4m ，h3＝1.1m ，h4＝0.75m ，h5＝1.33m 。求各点的表压强。 解：表压强是指：实际压强与大气压强的差值。 )(01Pa P = )(4900)(g 2112Pa h h P P =-+=ρ )(1960)(g 1313Pa h h P P -=--=ρ )(1960 34Pa P P -== )(7644 )(g 4545Pa h h P P =--=ρ
实验十一 最大功率传输条件测定 一、实验目的 1. 掌握负载获得最大传输功率的条件。 2. 解电源输出功率与效率的关系。 二、原理说明 1. 电源与负载功率的关系 图1可视为由一个电源向负载输送电能的模型，R 0 可视为电源阻和传输线路电阻的总和，R L 为可变负载电阻。 负载R L 上消耗的功率P 可由下式表示： 图1 当R L =0或R L =∞ 时，电源输送给负载的功率均为零。而以不同的R L 值代入上式可求得不同的P 值，其中必有一个R L 值，使负载能从电源处获得最大的功率。 2. 负载获得最大功率的条件 根据数学求最大值的方法，令负载功率表达式中的R L 为自变量，P 为应变量，并使 dP/dR L =0，即可求得最大功率传输的条件： 当满足R L =R 0时，负载从电源获得的最大功率为： 这时，称此电路处于“匹配”工作状态。 3. 匹配电路的特点及应用 在电路处于“匹配”状态时，电源本身要消耗一半的功率。此时电源的效率只有50%。显然，这对电力系统的能量传输过程是绝对不允许的。发电机的阻是很小的，电路传输的最主要指标是要高效率送电，最好是100%的功率均传送给负载。为此负载电阻应远大于电源的阻，即不允许运行在匹配状态。而在电子技术领域里却完全不同。一般的信号源本身功率较小，且都有较大的阻。而负载电阻（如扬声器等）往往是较小的定值，且希望能从电源获得最大的功率输出，而电源的效率往往不予考虑。通常设法改变负载电阻，或者在信号源与负载之间加阻抗变换器（如音频功放的输出级与扬声器之间的输出变压器），使电路处于工作匹配状态，以使负载能获得最大的输出功率。 三、实验容与步骤 1. 按图2接线，负载R L 取电阻箱。 2. 按表1所列容，令R L 在0~1K 围变化时，分别测出U O 、U L 及I 的值，表中U O ，P O 分别为稳压电源的输出电压和功率，U L 、P L 分别为R L 二端的电压和功率，I 为电路的电流。在P L 最大值附近应多测几点。 表9（单位：R －Ω，U －V ，I －mA ，P －W ） ， L L L R R R U R I P 202)( +==[] 0202 40020:0)(2)()()(2)(,0R R R R R R R R R U R R R R R dR dP dR dP L L L L L L L L L L ==+-+++-+==，解得令即L L L L L MAX R U R R U R R R U P 4)2()(222 0==+=
实验四戴维南定理 一、实验目的 1、验证戴维南定理 2、测定线性有源一端口网络的外特性和戴维南等效电路的外特性。 二、实验原理 戴维南定理指出：任何一个线性有源一端口网络，对于外电路而言，总可以用一个理想电压源和电阻的串联形式来代替，理想电压源的电玉等于原一端口的开路电压Uoc，其电阻（又称等效内阻）等于网络中所有独立源置零时的入端等效电阻Req，见图4－1。 图4－ 1 图4- 2 1、开路电压的测量方法 方法一：直接测量法。当有源二端网络的等效内阻Req与电压表的内阻Rv相比可以忽略不计时，可以直接用电压表测量开路电压。 方法二：补偿法。其测量电路如图4－2所示，E为高精度的标准电压源，R为标准分压电阻箱，G为高灵敏度的检流计。调节电阻箱的分压比，c、d两端的电压随之改变，当Ucd=Uab 时，流过检流计G的电流为零，因此
Uab＝Ucd =[R2/（R1+ R2）]E＝KE 式中K= R2/（R1+ R2）为电阻箱的分压比。根据标准电压E 和分压比Κ就可求得开路电压Uab,因为电路平衡时I G= 0，不消耗电能，所以此法测量精度较高。 2、等效电阻Req的测量方法 对于已知的线性有源一端口网络，其入端等效电Req可以从原网络计算得出，也可以通过实验测出，下面介绍几种测量方法： 方法一：将有源二端网络中的独立源都去掉，在ab端外加一已知电压U， 测量一端口的总电流I总则等效电阻 Req= U/I总 实际的电压源和电流源具有一定的内阻，它并不能与电源本身分开，因此在去掉电源的同时，也把电源的内阻去掉了，无法将电源内阻保留下来，这将影响测量精度，因而这种方法只适用于电压源内阻较小和电流源内阻较大的情况。 方法二：测量ab端的开路电压Uoc及短路电流Isc则等效电阻 Req= Uoc/Isc 这种方法适用于ab端等效电阻Req较大，而短路电流不超过额定值的情形，否则有损坏电源的危险。 图4 – 3 图4－4 方法三：两次电压测量法 测量电路如图4－3所示，第一次测量ab端的开路Uoc，第二次在ab端接一已知电阻RL （负载电阻），测量此时a、b端的负载电压U，则a、b端的等效电阻Req为：
实验四戴维南定理及功率传输最大条件 专业：通信工程班级：09 学号：120091102117 姓名：徐爱兵 实验日期：2010-10-8 实验地点：D302 指导老师：曹新容 一、实验目的： 1、用实验方法验证戴维南定理的正确性。 2、学习线性含源一端口网络等效电路参数的测量方法。 3、验证功率传输最大条件。 二、原理及说明 1、戴维南定理 任何一个线性含源一端口网络，对外部电路而言，总可以用一个理想电压源和电阻相串联的有源支路来代替，如图3-1所示。理想电压源的电压等于原网络端口的开路电压U OC，其电阻等于原网络中所有独立电源为零时入端等效电阻R0 。 2、等效电阻R0 对于已知的线性含源一端口网络，其入端等效电阻R0可以从原网络计算得出，也可以通过实验手段测出。下面介绍几种测量方法。 方法1：由戴维南定理和诺顿定理可知： 因此，只要测出含源一端口网络的开路电压U OC和短路电流I SC, R0就可得出，这种方法最简便。但是，对于不允许将外部电路直接短路的网络（例如有可能因短路电流过大而损坏网络内部的器件时），不能采用此法。 方法2：测出含源一端口网络的开路电压U OC以后，在端口处接一负载电阻R L，然后再测出负载电阻的端 电压U RL ，因为： 则入端等效电阻为： 方法3：令有源一端口网络中的所有独立电源置零，然后在端口处加一给定电压U，测得流入端口的电流I (如图3-2a所示)，则：
也可以在端口处接入电流源I′，测得端口电压U′（如图3-2b所示），则： 3、功率传输最大条件 一个含有内阻r o的电源给R L供电，其功率为： 为求得R L从电源中获得最大功率的最佳值，我们可以将功率P对R L求导，并令其导数等于零： 解得： R L=r0 得最大功率： 即：负载电阻R L从电源中获得最大功率条件是负载电阻R L等于电源内阻r0 。 三、实验内容： 1、线性含源一端口网络的外特性 按图3-3接线，改变电阻R L值，测量对应的电流和电压值，数据填在表3-1内。根据测量结果，求出对应于戴维南等效参数U oc,I sc。 表3-1 线性含源一端口网络的外特性
戴维南定理实验报告 一、实验目的 1.深刻理解和掌握戴维南定理。 2.掌握和测量等效电路参数的方法。 3.初步掌握用Multisim软件绘制电路原理图。 4.初步掌握Multisim软件中的Multmeter,Voltmeter,Ammeter等仪表的使用以及DC Operating Point，Parameter等SPICE仿真分析方法。 5.掌握电路板的焊接技术以及直流电源、万用表等仪器仪表的使用。 6.初步掌握Origin绘图软件的使用。 二、实验原理 一个含独立源，线性电阻和受控源的一端口网 络，对外电路来说，可以用一个电压源和电阻 的串联组合等效置换、其等效电压源的电压等 于该一端口网络的开路电压，其等效电阻等于 将该一端口网络中所有独立源都置为零后的的 输入电阻，这一定理称为戴维南定理。如图2.1.1 三、实验方法 1．比较测量法 戴维南定理是一个等效定理，因此想办法验证等效前后对其他电路的影响是否一致，即等效前后的外特性是否一致。 整个实验过程首先测量原电路的外特性，再测量等效电路的外特性。最后进行比较两者是否一致。等效电路中等效参数的获取，可通过测量得到，并同根据 电路结构所推导计算出的结果想比较。 实验中期间的参数应使用实际测量值，实际值和器件的标称值是有差别的。 所有的理论计算应基于器件的实际值。 2．等效参数的获取 等效电压Uoc:直接测量被测电路的开路电 压，该电压就是等效电压。 等效电阻Ro：将电路中所有电压源短路， 所有电流源开路，使用万用表电阻档测量。 本实验采用下图的实验电路。 3．电路的外特性测量方法 在输出端口上接可变负载（如电位器），改变负载（调节电位器）测量端口的电压和电流。 4．测量点个数以及间距的选取 测试过程中测量点个数以及间距的选取，与测量特性和形状有关。对于直线特性，应使测量点间隔尽量平均，对于非线性特性应在变化陡峭处多测些点。测量 的目的是为了用有限的点描述曲线的整体形状和细节特征。因此应注意测试过程 中测量点个数及间距的选取。 四、实验注意事项 1.电流表的使用。由于电流表内阻很小，放置电流过大毁坏电流表，先使用大量程（A）
戴维南定理 班级：14电信学号：1428403003 姓名：王舒成绩：一实验原理及思路 一个含独立源，线性电阻和受控源的二端网络，其对外作用可以用一个电压源串联电阻的. 等效电源代替，其等效电压源的电压等于该二端网络的开路电压，其等效内阻是将该二端网络中所有的独立源都置为零后从从外端口看进去的等效电阻。这一定理称为戴维南定理。 本实验采用如下所示的实验电路图a: 等效后的电路图如下b: 测它们等效前后的外特性，然后验证等效前后对电路的影响。 二实验内容及结果 ⒈计算等效电压和电阻
计算等效电压：电桥平衡。∴=,33 11 31R R R R Uoc=311R R R +=2.609V 。 计算等效电阻：R= ??? ??? ? ?+++ ??? ??? ? ?++3311111221 3111121 R R R R R R =250.355 ⒉用Multisim 软件测量等效电压和等效电阻 测量等效电阻是将V1短路,开关断开如下图所示： -+ Ro=250.335O Ω 测量等效电压是将滑动变阻器短路如下图 V120 V R11.8kΩ R2220Ω R112.2kΩ R22270Ω R33330ΩR3270Ω RL 4.7kΩ Key=A 50% 2 4 J1Key = A XMM1 XMM2 6 a 1 7 Uo=2.609V ⒊用Multisim 仿真验证戴维南定理 仿真数据 等效电压Uoc=2.609V 等效电阻Ro=250.355Ω
原电路数据 电压/V 2.6 09 2.4 08 2.3 87 2.3 62 2.3 31 2.2 9 2.2 36 2.1 58 2.0 41 1.8 41 1.4 22 电流/mA 0 0.8 03 0.8 85 0.9 84 1.1 1 1.2 72 1.4 9 1.7 99 2.2 68 3.0 68 4.7 4 等效电路数据 电压/V 2.6 09 2.4 08 2.3 87 2.3 63 2.3 3 2.2 91 2.2 36 2.1 58 2.0 41 1.8 41 1.4 22 电流/mA 0 0.8 03 0.8 85 0.9 85 1.1 1 1.2 72 1.4 9 1.7 99 2.2 68 3.0 68 4.7 5
实验四 戴维宁定理的验证实验 一、实验目的 1、通过实验验证戴维宁定理。 2、加深对等效电路概念的理解。 二、实验原理 戴维宁定理：在任何一个线性有源电路中,如果只研究其中一个支路电压、电流时，可将电路的其余部分看作是一个有源二端网络如图4-1(a) 所示。任何有源二端网络对外的作 （a ） （b ） 图4 -1 有源二端网络等效电路 用可用一个为U es 的理想电压源和内阻R 0串联的电源来等效代替见图4-1(b)。等效电源的理想电压源U es 就是有源二端网络的开路电压U OC ，即将负载断开后a 、b 两端之间的电压。等效电源的内阻R 0等于有源二端网络中所有电源均除去(将各个理想电压源短路，即其电压为零；将各个理想电流源开路，其电流为零)后所得到的无源网络的内阻。这个定理称为戴维宁定理。 三、实验内容及步骤 如图4-2所示，端子a ，b 左侧部分为一个有源二端网络，R L 是外部负载。依据戴维宁定理，测得a ，b 两端的开路电压U OC 和等效内阻R 0以后将数据代入图4-1（b ）内，如果两个电路在负载R L 上产生的电流I 相等，即可验证戴维宁定理。本次实验中，负载R L 以可变电阻代替，可以通过测量多组数据验证定理的正确性。 图4-2 戴维宁定理验证电路图 实验步骤如下： (1) 打开EWB 软件，选中主菜单Circuit/Schematic Options/Grid 选项中的Show grid ，使得 绘图区域中出现均匀的网格线，并将绘图尺寸调节到最佳。 (2) 在Sources 元器件库中调出1个Ground （接地点）和1个Battery （直流电压源）器件， 从Basic 元器件库中调出5个Resistor （电阻）、1个Potentiometer （可变电阻）、5个Switch （开关）器件，从Indicators 元器件库中调出1个V oltmeter （电压表）、1个Ammeter （电流表）器件，最后从Instruments 元器件库中调出1个Multimeter （多用表）器件，按图4-3所示排列好。 (3) 将各元器件的标号、参数值亦改变成与图4-3所示一致。 R L R L R U +- 5 4 R L I
实验5 戴维南定理的验证 一、实训目的 1. 验证戴维南定理的正确性，加深对该定理的理解。 2. 掌握测量有源二端网络等效参数的一般方法。 二、原理说明 1. 任何具有两个出线端的部分电路称为二端网络。若网络中含有电源称为有源二端网络，否则称为无源二端网络。 戴维南定理：任何一个线性有源二端网络，对外电路来说，总可以用一个电压源与一个电阻的串联来等效代替，此电压源的电动势Us 等于这个有源二端网络的开路电压Uoc ， 其等效内阻R 0等于该网络中所有独立源均置零（理想电压源视为短接，理想电流源视为开路）时的等效电阻。 诺顿南理指出：任何一个线性有源网络，总可以用一个电流源与一个电阻的并联组合来等效代替，此电流源的电流Is 等于这个有源二端网络的短路电流I SC ，其等效内阻R 0定义同戴维南定理。 Uoc （Us ）和R 0或者I SC （I S ）和R 0称为有源二端网络的等效参数。 2. 有源二端网络等效参数的测量方法 (1) 开路电压、短路电流法测R 0 在有源二端网络输出端开路时，用电压表直接测其输出端的开路电压Uoc ，然后再将其输出端短路，用电流表测其短路电流Isc ，则等效内阻为 Uoc R 0＝ ── Isc 如果二端网络的内阻很小，若将其输出端口短路 则易损坏其内部元件，因此不宜用此法。 (2) 伏安法测R 0 图5-1有源二端网络外特性曲线 用电压表、电流表测出有源二端网 络的外特性曲线，如图5-1所示。 根据 外特性曲线求出斜率tg φ，则内阻 △U U oc R 0＝tg φ＝ ──＝── △I Isc 也可以先测量开路电压Uoc ， 图5-2半电压法测R 0电路 再测量电流为额定值I N 时的输出 U oc －U N 端电压值U N ，则内阻为 R 0＝──── I N (3) 半电压法测R 0 如图5-2所示，当负载电压为被测网络开 U I A B I U O ΔU ΔI φ sc oc c /2
戴维南定理 学号：姓名：成绩: 一实验原理及思路 一个含独立源，线性电阻和受控源的二端网络，其对外作用可以用一个电压源串联电阻的 等效电源代替，其等效电压源的电压等于该二端网络的开路电压，其等效内阻是将该二端网络中所有的独立源都置为零后从从外端口看进去的等效电阻。这一定理称为戴维南定理。 本实验采用如下所示的实验电路图a 等效后的电路图如下b所示 测它们等效前后的外特性，然后验证等效前后对电路的影响。 实验内容及结果 1?计算等效电压和电阻 计算等效电压：畀豊，电桥平衡。Uoc = RI R1R3 =2.6087V。 J1 R1 R2 I V1 20 V T 1.8k Q R11 2 ―*| 2.2k Q 220 Q R22 AA/V 270 Q Key = A L_ <4.7k Q W Key=A 50% R33 330 Q R3 270 Q XMM2 XMM1 R4 几50% Key=A
2.用Multisim 软件测量等效电压和等效电阻 测量等效电阻是将V1短路,开关断开如 下图所示 Ro=250.335 测量等效电压是将滑动变阻器短路如下图 Uo=2.609V 3.用 Multisim 仿 真数据 等效电压 Uoc=2.609V 等效电阻Ro=250.355欧姆 原电路数据 V1 20 V R1 1.8k Q R2 AA/V 220 Q J1 Q ------ O ------ Key = A XMM2 R11 -WV- 2.2k Q R33 330 Q 0 R22 ■AAAr 270 Q XMM1 50% 计算等效电阻: R= f r 1 R2 + 1 R22 + 1 1 1 1 + + < R1 R3 丿 < R11 R33 =250.355 仿真验证戴维南定理 1 1 s
湖北科技学院计算机科学与技术学院 《电路与电子技术》实验报告 学号 姓名 实验日期： 实验题目：戴维南定理的验证 【实验目的】 1. 验证戴维南定理的正确性，加深对该定理的理解。 2. 掌握测量有源二端网络等效参数的一般方法。 【实验器材】 数字万用表，实验电路箱，导线若干 【实验原理】 戴维南定理指出：任何一个线性有源网络，总可以用一个电压源与一个电阻的串联来等效代替，此电压源的电动势Us 等于这个有源二端网络的开路电压Uoc ，其等效内阻R0等于该网络中所有独立源均置零，理想电压源视为短接，理想电流源视为开路时的等效电阻。 【实验内容与记录】 有源二端网络等效参数的测量方法 (1) 开路电压、短路电流法测R0 在有源二端网络输出端开路时 用电压表直接测其输出端的开路电压Uoc 然后再将其输出端短路 用电流表测其短路电流Isc 则等效内阻为R0= Isc Uoc ， 如果二端网络的内阻很小 若将其输出端口短路 则易损坏其内部元件 因此不宜用此法。 (2) 伏安法测R0 用电压表、电流表测出有源二端网络的外特性曲线 ，根据 外特性曲线求出斜率tan α, 则内阻 Ro= tan α= Isc Uoc 也可以先测量开路电压Uoc, 再测量电流为额定值IN 时的输出 端电压值UN,则内阻为 R0=In Un Uoc 。 (3) 半电压法测R0 当负载电压为被测网络开路电压的一半时,负载电阻(由电阻箱的读数确定)即为被测有源二端网络的等效内阻值。 4) 零示法测UOC 在测量具有高内阻有源二端网络的开路电压时 用电压表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，零示法测量原理是用一低内阻的稳压电源与被测有源二端网络进行比 较，当稳压电源的输出电压与有源二端网络的开路电压相等时，电压表的读数将为“0”。然后将电路断开，测量此时稳压电源的输出电压 ，即为被测有源二端网络的开路电压。