戴维南定理和诺顿定理
一、戴维南定理
图2-7-1
二端网络也称为一端口网络，其中含有电源的二端网络称为有源一端口网络，不含电源的二端网络称为无源一端口网络，它们的符号分别如图2-7-1（a）（b）所示。
图2-7-2
任一线性有源一端口网络（如图2-7-2（a）所示）对其余部分而言，可以等效为一个电压源和电阻相串联的电路（如图2-7-2（b）所示），其中的大小等于该有源一端口网络的开路电压，电压源的正极与开路端高电位点对应；等于令该有源一端口网络内所有独立源为零（即电压源短接、电流源开路）后所构成的无源一端口网络的等效电阻。这就是戴维南定理，也称为等效电源定理；与串联的电路称为戴维南等效电路。
要计算一个线性有源一端口网络的戴维南等效电路，其步骤和方法为：
1、计算：利有电路分析方法，计算相应端口的开路电压；
2、计算：当线性有源一端口网络A中不含受控源时，令A内所有独立电源为零后得到的无源一端口网络P则为纯电阻网络，利用无源一端口网络的等效变换就可求出端口等效电阻；当线性一端口网络A中含有受控源时，令A内所有独立电源为零后得到的一端口网络P 中仍含有受控源，这时，可采用加压法和开路短路法求。
图2-7-3
例2-7-1 利用戴维南定理求图2-7-4（a）所示电路中的电流I 为多少？
图2-7-4 例2-7-1附图
解：将A、B左边部分电路看作有源一端口网络，用戴维南等效电路替代后如图2-10-4（b）所示。
（1）求：将A、B端口开路，得到图2-10-4（c）所示电路。
由米尔曼公式得：
（2）求等效电阻：令A、B以左的三个独立源为零，得到图2-10-4（d）所示电路，则A、B端口的等效电阻为：
（3）从图2-10-4（b）中求I：
图2-10-5 例2-7-2附图
例2-7-2 在图2-7-5（a）所示电路中，已知，
，求A、B端口的戴维南等效电路。
解：（1）求：图2-10-5（a）中A、B端口处于开路状态，列写KVL方程：
（2）求等效电阻：下面分别用两种方法求解。
（i）开路短路法：开路电压已在（1）中求得，现求A、B端口的短路电流。将A、B端口短接，如图2-10-5（b）所示，从图中易看出：
，即
则受控源则有：
，
（ii）加压法：将独立电压源置零后，然后再在A、B端口加上一个电压源，如图2-10-5（c）所示。
列写KVL方程：，，
又因为：
所以：
最后，得到A、B端口的戴维南等效电路如图2-7-5（d）所示。
二、最大功率的传输条件：
当一个线性有源一端口网络化为戴维南等效电路后，在其端口接上可变电阻R，如图2-10-6所示。当已知，那么当R为多少时它能获得最大功率？获得的最大功率又为多少？
图2-10-6
令，得到：（式2-10-1 ）
此时（式2-10-2）
（式2-10-1）就是最大功率的传输条件。若是信号源内阻，R 是负载电阻，则当满足最大功率传输条件时，传输效率为50%，即有一半功率消耗在信号源内阻上。
例2-7-3 在图2-7-7（a）所示电路中，两个有源一端口网络、
串联后与R相连，R从改变，测得时，；
时，。
（1）当R为多少时，能获得最大功率？
（2）当将图2-7-7（b）所示电路代替R接于A、B端口时，
，VCVS的控制系数，求端口电压。
图2-7-7例2-7-3附图
解：（1）首先将两个有源一端口网络化为戴维南等效电路，分别记为、、、，再将、等效为一个电压源，记
为，将串联的、等效为一个电阻，于是串联的两个有源一端口网络最后等效为一个电压源和一个电阻的串联，如图2-7-7（c）所示。
代入已知条件：，
解之得：
所以当时，获得最大功率：
（2）将图2-7-7（b）所示电路接于A、B端口，利用节点电压法，由米尔曼公式得：
其中：
最后得到：
三、诺顿定理
任一线性有源一端口网络（如图2-7-8（a）所示）对其余部分而言，可以等效为一个电流源与一个电阻相并联的电路（如图2-7-8（b）所示），其中的大小等于有源一端口网络端口的短路电流，电流的方向从高电位点流出；等于戴维南定理中的，即等于令有源一端口网络内所有独立源为零后所构成的无源一端口网络的等效
电阻。
图2-7-8
要计算一个线性有源一端口网络A的诺顿等效电路，只要求出网络A的短路电流、令网络A中所有独立源为零后的网络P的入端等效电阻即可。诺顿定理中的与戴维南定理中的是完全相同的，因此求解方法也完全相同。
图2-7-9例2-7-4附图
例2-7-4 利用诺顿定理计算图2-7-9（a）所示电路中的电流I。
解：（1）求短路电流：将A、B端口短接，右边的电阻被短接，得到图2-7-9（b）所示电路。
（2）求等效电阻：令左边12V的电压源为零，左边电阻被短接，如图2-7-9（c）所示。
（3）画出AB端口以左电路的诺顿等效电路，如图2-7-9（d）所示。
图2-7-10例2-7-5附图
例2-7-5 求图2-7-10（a）所示电路的诺顿等效电路。
解：（1）求短路电流：将两端短接，如图2-7-10（b）所示。
由KVL有：，
由KCL有：，
（2）求A、B端口的等效电阻：令2V的电压源、1A的电流源为零，受控源仍然保留，得到图2-7-10（c）所示电路。
，，
实验三戴维南定理和诺顿定理实验 一、实验目的 1．通过实验验证戴维南定理和诺顿定理，加深理解等效电路的概念 2．学习用补偿法测量开路电压 二、原理 1．戴维南定理：一个含独立电源、线性电阻和受控源的一端口，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。 诺顿定理：一个含独立电源、线性电阻和受控源的一端口，对外电路来说，可以用一个电流源和电导的并联组合等效电路。 以上等效变换的电路如图3-1所示。 (a) 线性含源一端口电路(b) 基于戴维南定理的替代电路(c) 基于诺顿定理的替代电路 图3-1 等效变换图 2．含源一端口网络开路电压的测量方法 （1）直接测量法： 当电压表内阻R v相比可以忽略不计时，可以直接用电压表测量器开路电压U oc。 （2）补偿法： 当电压表内阻R v相比不可忽略时，补偿法可以消除或减小电压表内阻在测量中产生的误差。 图3-2 3．测量一端口网络输入端等效电阻R i （1）测量含源一端口网络的开路电压U oc和短路电流I sc，则
oc i sc U R I = （2）将含源一端口网络除源，化为无源网络P ，然后按图接线，测量U s 和I ，则 s i U R I = 图3-3 三、实验仪器和器材 1． 0-30V 可调直流稳压电源 2． +15直流稳压电源 3． 0~200mA 可调恒流源 4． 电阻 5． 电阻箱 6． 交直流电压电流表/电流表 7． 实验电路板 8． 短接桥 9． 导线 四、实验内容及步骤 1． 测量含源一端口网络的外部伏安特性 测量含源一端口网络的外部伏安特性：用电阻箱作为一端口网络的外接电阻R L ，如图3-4所示，测量结果在表3-1中。
第四章电路定理 一、教学基本要求 1、了解叠加定理的概念，适用条件，熟练应用叠加定理分析电路。 2、掌握戴维宁定理和诺顿定理的概念和应用条件，并能应用定理分析求解具体电 路。 二、教学重点与难点 1. 教学重点：叠加定理、戴维宁定理和诺顿定理。 2．教学难点：各电路定理应用的条件、电路定理应用中受控源的处理。 三、本章与其它章节的联系： 电路定理是电路理论的重要组成部分，本章介绍的叠加定理、戴维宁定理和诺顿定理适用于所有线性电路问题的分析，对于进一步学习后续课程起着重要作用，为求解电路提供了另一类分析方法。 四、学时安排总学时：6 五、教学内容
§4.1 叠加定理 1.叠加定理的内容 叠加定理表述为：在线性电路中，任一支路的电流(或电压)都可以看成是电路中每一个独立电源单独作用于电路时，在该支路产生的电流(或电压)的代数和。 2.定理的证明 图 4.1 图4.1所示电路应用结点法： 解得结点电位： 支路电流为： 以上各式表明：结点电压和各支路电流均为各独立电源的一次函数，均可看成各独立电源单独作用时，产生的响应之叠加，即表示为： 式中a 1,a 2 ,a 3 ，b 1 ,b 2 ,b 3 和c 1 ,c 2 ,c 3 是与电路结构和电路参数有关的系数。 3.应用叠加定理要注意的问题 1) 叠加定理只适用于线性电路。这是因为线性电路中的电压和电流都与激励（独立源）呈一次函数关系。
2) 当一个独立电源单独作用时，其余独立电源都等于零（理想电压源短路，理想电流源开路）。如图4.2所示。 = 三个电源共同作用i s1 单独作用 + + u s2单独作用u s3 单独作用 图 4.2 3) 功率不能用叠加定理计算(因为功率为电压和电流的乘积，不是独立电源的一次函数)。 4) 应用叠加定理求电压和电流是代数量的叠加，要特别注意各代数量的符号。即注意在各电源单独作用时计算的电压、电流参考方向是否一致，一致时相加，反之相减。 5) 含受控源(线性)的电路，在使用叠加定理时，受控源不要单独作用，而应把受控源作为一般元件始终保留在电路中，这是因为受控电压源的电压和受控电流源的电流受电路的结构和各元件的参数所约束。 6) 叠加的方式是任意的，可以一次使一个独立源单独作用，也可以一次使几个独立源同时作用，方式的选择取决于分析问题的方便。 4.叠加定理的应用
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。
第四章 电路定理 本章内容： 1．叠加定理 替代定理 2．戴维南定理和诺顿定理 3．特勒根定理 互易定理 对偶定理 本章重点： 叠加定理, 戴维南定理 诺顿定理 本章难点：特勒根定理和互易定理的应用 §4-1 叠加定理 一、 叠加定理 在线性电阻电路中，当有两个或两个以上的独立电源作用时，则任一电流或电压，都是电路中各个电源单独作用（其它电源不起作用），在该处产生的电流或电压的叠加（代数和）。 即： Λ++=)2()1(u u u Λ++=)2()1(i i i (a) (b) (c) 二、 叠加定理求解电路的步骤 分析(如图a) 对（a ）图，由KCL 、KVL 得
由上式解得： 可见i 2、u 1分别是i s 、u s 的线性组合，写成： 式中： 对应图（b ）(c)可见电路中的i 2 （1） 、u 1 （1） 和i 2 （2） 、u 1 （2） 分别是激励（电流源 和电压源）单独作用产生的响应. 电压源单独作用，电流源为0相当于开路，如图b 所示。设产生的电流、电压为i 2（1）、u 1（1），则 i 2（1）= 21R R u S + u 1（1）= S u R R R 2 11 + 得到的式子与前面一致。 电流源单独作用，电压源为0相当于短路，如图c 所示。设产生的电流、电压为i 2（2）、u 1（2）则 i 2（2）= S i R R R 211+ u 1（2）=S i R R R R 2 121+ 得到的式子与前面一致。 以上分析对多个电源的电路也适用。 *总结步骤： ? 将电路分解成电源单独作用
?求分解后电路的响应 ?将各响应叠加 *应用叠加定理时应注意的几个问题 1．只适用于线性电路。 2．叠加时，注意电流电压的参考方向，求代数和。分电路中电流、电压的参考方向与原电路相同取“+”号；分电路中电流、电压的参考方向与原电路相反取“-”号 3．在叠加的各个分电路中，不作用的电源为0，电压源为0，看成短路；电流源为0，看成开路。 4．功率不能叠加。（因功率与电流或电压的平方成正比，非线性） 5．受控源保留在电路中。 *举例 例4-1如图所示，求U和I 电阻电流及电流源两端的电压。 (a) (b) (c) 解：电压源单独作用的电路如图b所示，产生的电流、电压为 电流源单独作用的电路如图c所示
实验六 戴维南定理和诺顿定理的验证 ──有源二端网络等效参数的测定 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（或称为含源一端口网络）。 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。 诺顿定理指出：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 用电压表、电流表测出有源二端网 图6-1 络的外特性曲线，如图6-1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 ， 再测量电流为额定值I N 时的输出 图6-2 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6-2所示，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 U I A B I U O ΔU ΔI φ sc oc /2
§2-10 戴维南定理和诺顿定理 一、戴维南定理 二端网络也称为一端口网络，其中含有电源的二端网络称为有源一端口网络，不含电源 的二端网络称为无源一端口网络，它们的符号分别如图2-10-1（a）（b）所示。 图2-10-1 任一线性有源一端口网络（如图2-10-2（a）所示）对其余部分而言，可以等效为一个 图2-10-2 电压源U d和电阻R d相串联的电路（如图2-10-2（b）所示），其中U d的大小等于该有源一端口网络的开路电压，电压源的正极与开路端高电位点对应；R 等于令该有源一端口网络 d 内所有独立源为零（即电压源短接、电流源开路）后所构成的无源一端口网络的等效电阻。这就是戴维南定理，也称为等效电源定理；U 与R d 串联的电路称为戴维南等效电路。下 d 面证明戴维南定理，如图2-10-2（a）所示，电阻R 上的电压、电流为确定值，利用 替代定理，将图2-10-2（a）中的R 替代为电流源，如图2-10-2（c）所示。因为网络A 为线性有源一端口网络，因此，可利用叠加定理，将上述图（c）中的电压U 看作两组独立源
分别作用产生的两个分量之和。第一个分量是由网络A 中的独立源作用所产生的，即令独 立电流源为零，将11'端口断开后在11'端口产生的开路电压U d ，如图2-10-2（d）所示； 第二个分量是由电流源I 单独作用所产生的，即令网络A 中所有独立源为零后在11'端口产生的电压U '，如图2-10-2（e）所示，这时有源网络A 即变为相应的网络P，值得注意的是倘若A 中含受控源，受控源应依然保留在网络P 中。观察图（e），设从11'端口向左看的入 端等效电阻为R d ，即网络P 的入端等效电阻为Rd，则有U '=-R d I ，两个分量叠加得： U =U d +U '=U d -R d I 。对照图2-10-2（b）可知，上述图（b）与图（a）具有相同的端口特性方程，由此可知图（b）就是图（a）的等效电路，戴维南定理得证。 要计算一个线性有源一端口网络的戴维南等效电路，其步骤和方法为： 1、计算U d ：利有电路分析方法，计算相应端口的开路电压； 2、计算R d ：当线性有源一端口网络A 中不含受控源时，令A 内所有独立电源为零后 得到的无源一端口网络P 则为纯电阻网络，利用无源一端口网络的等效变换就可求出端口等效电阻；当线性一端口网络A 中含有受控源时，令A 内所有独立电源为零后得到的一端口网络P 中仍含有受控源，这时，可采用加压法和开路短路法求R d 。 图2-10-3 （i）加压法：如图2-10-3（a）所示，令有源一端口网络A 内所有独立源为零后得到一端口网络P（注意受控源仍需保留），在网络P 的端口加上一个独立电压源U（或独立电流源I） U 计算出端口电流I（或端口电压U），那么R d= I 。 （ii）开路短路法：图2-10-3（b）所示为戴维南等效电路，从中可知：短路电流I d= U d ， R d 当然R d= U d 。当求出有源线性一端口网络A 端口的开路电压U I d 、短路电流I d后，R d 也就求出来了（注意U d 、I d 的参考方向）。 d
第四章电路定理 ◆重点： 1、叠加定理 2、戴维南定理和诺顿定理 ◆难点： 1、熟练地运用叠加定理、戴维南定理和诺顿定理分析计算电路。 2、掌握特勒根定理和互易定理，理解这两个定理在路分析中的意义。 4-1 叠加定理 网络图论与矩阵论、计算方法等构成电路的计算机辅助分析的基础。其中网络图论主要讨论电路分析中的拓扑规律性，从而便于电路方程的列写。 4.1.1 几个概念 1．线性电路——Linear circuit 由线性元件和独立源组成的电路称为线性电路。 2．激励与响应——excitation and response 在电路中，独立源为电路的输入，对电路起着“激励”的作用，而其他元件的电压与电流只是激励引起的“响应”。 3．齐次性和可加性——homogeneity property and additivity property “齐次性”又称“比例性”，即激励增大K倍，响应也增大K倍；“可加性”意为激励的和产生的响应等于激励分别产生的响应的和。“线性”的含义即包含了齐次性和可加性。 齐次性：
可加性： 4.1.2 叠加定理 1．定理内容 在线性电阻电路中，任一支路电流（电压）都是电路中各个独立电源单独作用时在该支路产生的电流（电压）之叠加。此处的“线性电阻电路”，可以包含线性电阻、独立源和线性受控源等元件。 2．定理的应用方法 将电路中的各个独立源分别单独列出，此时其他的电源置零——独立电压源用短路线代替，独立电流源用开路代替——分别求取出各独立源单独作用时产生的电流或电压。计算时，电路中的电阻、受控源元件及其联接结构不变。 4.1.3 关于定理的说明 1．只适用于线性电路 2．进行叠加时，除去独立源外的所有元件，包含独立源的内阻都不能改变。 3．叠加时应该注意参考方向与叠加时的符号 4．功率的计算不能使用叠加定理
第四章电路定理 重点： 1、叠加定理 2、戴维南定理和诺顿定理 难点： 1、熟练地运用叠加定理、戴维南定理和诺顿定理分析计算电路。 2、掌握特勒根定理和互易定理，理解这两个定理在路分析中的意义。 4-1 叠加定理 网络图论与矩阵论、计算方法等构成电路的计算机辅助分析的基础。其中网络图论主要讨论电路分析中的拓扑规律性，从而便于电路方程的列写。 几个概念 1．线性电路——Linear circuit 由线性元件和独立源组成的电路称为线性电路。 2．激励与响应——excitation and response 在电路中，独立源为电路的输入，对电路起着“激励”的作用，而其他元件的电压与电流只是激励引起的“响应”。 激励e响应r 系统 3．齐次性和可加性——homogeneity property and additivity property “齐次性”又称“比例性”，即激励增大K倍，响应也增大K倍；“可加性”意为激励的和产生的响应等于激励分别产生的响应的和。“线性”的含义即包含了齐次性和可加性。 齐次性：
可加性： 叠加定理 1．定理内容 在线性电阻电路中，任一支路电流（电压）都是电路中各个独立电源单独作用时在该支路产生的电流（电压）之叠加。此处的“线性电阻电路”，可以包含线性电阻、独立源和线性受控源等元件。 2．定理的应用方法 将电路中的各个独立源分别单独列出，此时其他的电源置零——独立电压源用短路线代替，独立电流源用开路代替——分别求取出各独立源单独作用时产生的电流或电压。计算时，电路中的电阻、受控源元件及其联接结构不变。 关于定理的说明 1．只适用于线性电路 2．进行叠加时，除去独立源外的所有元件，包含独立源的内阻都不能改变。 3．叠加时应该注意参考方向与叠加时的符号 4．功率的计算不能使用叠加定理 例题 1．已知：电路如图所示
实验五戴维南定理和诺顿定理的研究 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（或称为含源一端口网络）。 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U S等于这个有源二端网络的开路电压U OC，其等效电阻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。 诺顿定理指出：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I S等于这个有源二端网络的短路电流I SC，其等效电阻R0定义同戴维南定理。 U OC（U S）和R0或者I SC（I S）和R0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U OC，然后再将其输出端短路，用电流表测其短路电流I SC，则等效电阻为 U OC R0＝──── I SC 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，如图8-1所示。根据外特性曲线求出斜率tgφ，则等效电阻 △U U OC R0 ＝t gφ ＝──── ＝─── △I I SC 图8-1 图8-2
图8-3 也可以先测量开路电压U OC，再测量电流为额定值I N时的输出端电压值U N，则等效电阻为 U OC－U N R0 ＝──── I N (3) 半电压法测R0 如图8-2所示，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电阻值。 (4) 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8-3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，电流表的读数将为“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。
实验四-验证戴维南定理和诺顿定理
实验四验证戴维南定理和诺顿定理 一、实验目的 （1）进一步熟悉PSPICE 仿真软件中绘制电路图，初步掌握符号参数、分析类型的设置。 （2）学习Probe窗口的简单设置。 （3）加深对戴维宁定理与诺顿定理的理解。 二、原理与说明 戴维南定理指出，任一线性有源一端口网络，对外电路来说，可以用一个电压源与电阻串联的支路来代替，该电压源的电压U S等于原网络的开路电压 U OC，电阻R O等于原网络的全部独立电源置零后的输入电阻Req。原网络如图4-1（a），其等效变换如图4-1（b）。 诺顿定理指出，任一线性有源一端口网络，对外电路来说，可以用一个电流源与电导并联的支路来代替，该电流源的电流I S等于原网络的短路电流I SC，其电导G O等于原网络的全部独立电源置零后的输入电导Geq ( Geq=1／Req )。其等效变换如图4-1（c）。等效内阻的测量图如图4-2所示。 图4-1 实验原理与说明图4-2 等效内阻的测量 三、实验设备 个人计算机、OrCAD/PSpice9.2软件。 四、实验内容 （1）测量有源一端口网络（如图4-3）等效入端电阻Req和对外电路的伏安
特性。其中U1= 5V，R1= 100Ω，U2= 4V，R2= 50Ω，R3=150Ω。 （2）根据（1）中测出的开路电压U OC、输入电阻Req，组成图4-1(b) 的等效有源一端口网络，测量其对外电路的伏安特性。 （3）根据（1）中测出的短路电流I SC、输入电阻Req，组成图4-1(c) 的等效有源一端口网络，测量其对外电路的伏安特性。 图4-3 原理图 五、实验步骤 R1 100R2 50 R3 150 RL {v ar} V1 5v V2 4v PARAMETERS: R0 1k RLd 1k V3 Is G0 1k RLn 1k 图4-4 绘制的电路图 （1）在Capture环境下绘制图4-4电路原理图，包括取元件、连线、输入参数和设置节点等。分别编辑原电路、戴维宁等效电路和诺顿等效电路（等效参数待定，电压源和电流源默认值为0），检查无误后存盘。 （2）为测量原网络的伏安特性，图4-4 中的R L是电阻值需改变。为此，R L 的阻值要在“PARAM”中定义一个全局变量var（参数值可任意选择如10Ω、1kΩ，同时把R L的阻值也设为该变量{var}。 注：PARAM设置方法是从special库中选取PARAM放置在电路图上，双击该器件在属性栏左上角的New Column，输入名称var，值1k。如要显示该名称和值在电路图上，在数据栏上右键单击，修改display属性。 （3）为测电路的开路电压U OC及短路电流I SC，设定分析类型为“DC
实验四验证戴维南定理和诺顿定理 一、实验目的 （1）进一步熟悉PSPICE 仿真软件中绘制电路图，初步掌握符号参数、分析类型的设置。 （2）学习Probe窗口的简单设置。 （3）加深对戴维宁定理与诺顿定理的理解。 二、原理与说明 戴维南定理指出，任一线性有源一端口网络，对外电路来说，可以用一个电压源与电阻串联的支路来代替，该电压源的电压U S等于原网络的开路电压U OC，电阻R O等于原网络的全部独立电源置零后的输入电阻Req。原网络如图4-1（a），其等效变换如图4-1（b）。 诺顿定理指出，任一线性有源一端口网络，对外电路来说，可以用一个电流源与电导并联的支路来代替，该电流源的电流I S等于原网络的短路电流I SC，其电导G O等于原网络的全部独立电源置零后的输入电导Geq ( Geq=1／Req )。其等效变换如图4-1（c）。等效内阻的测量图如图4-2所示。 图4-1 实验原理与说明图4-2 等效内阻的测量 三、实验设备 个人计算机、OrCAD/PSpice9.2软件。 四、实验内容 （1）测量有源一端口网络（如图4-3）等效入端电阻Req和对外电路的伏安特性。其中U1= 5V，R1= 100Ω，U2= 4V，R2= 50Ω，R3=150Ω。 （2）根据（1）中测出的开路电压U OC、输入电阻Req，组成图4-1(b) 的等效
有源一端口网络，测量其对外电路的伏安特性。 （3）根据（1）中测出的短路电流I SC、输入电阻Req，组成图4-1(c) 的等 效有源一端口网络，测量其对外电路的伏安特性。 图4-3 原理图 五、实验步骤 R1 100R2 50 R3 150 RL {v ar} V1 5v V2 4v PARAMETERS: v ar = 1K R0 1k RLd 1k V3 Is G0 1k RLn 1k 图4-4 绘制的电路图 （1）在Capture环境下绘制图4-4电路原理图，包括取元件、连线、输入参数和设置节点等。分别编辑原电路、戴维宁等效电路和诺顿等效电路（等效参数待定，电压源和电流源默认值为0），检查无误后存盘。 （2）为测量原网络的伏安特性，图4-4 中的R L是电阻值需改变。为此，R L 的阻值要在“PARAM”中定义一个全局变量var（参数值可任意选择如10Ω、1kΩ，同时把R L的阻值也设为该变量{var}。 注：PARAM设置方法是从special库中选取PARAM放置在电路图上，双击该器件在属性栏左上角的New Column，输入名称var，值1k。如要显示该名称和值在电路图上，在数据栏上右键单击，修改display属性。 （3）为测电路的开路电压U OC及短路电流I SC，设定分析类型为“DC Sweep”，扫描变量为全局变量var，并具体设置线性扫描的起点、终点和步长。因需要测短路电流，故扫描的起点电阻要尽量小，但不能是0。而欲测开路电压，扫描的
特勒根定理和互易定理
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特勒根定理和互易定理 1、特勒根定理1 特勒根定理1内容为：对于一个具有n个结点和b条支路的电路，假设各支路电流和支路电压取关联参考方向，并令、分别为b条支路的电流和电压，则对任何时刻t，有 此定理对任何具有线性、非线性、时不变、时变元件的集总电路都适用，它实质上是电路功率守恒的数学表达式。 2、特勒根定理2 特勒根定理2内容为：如果两个具有n个结点和b条支路的电路，它们具有相同的图，但由不同的支路构成。假设各支路电流和支路电压取关联参考方向，并分别用、和、表示两电路中
b条支路的电流和电压，则对任何时刻t，有 此定理同样对任何具有线性、非线性、时不变、时变元件的集总电路都适用，但它不再是电路功率守恒的数学表达式。有时称它为“拟功率定理”。它仅仅是对两个具有相同拓扑的电路中，一个电路的支路电压和另一个电路的支路电流之间所遵循的数学关系。 <?xml:namespace prefix = o /> 3、互易定理的使用条件 1）电路只含有一个独立电源； 2）电路中没有受控源； 3）电路中的所有无源元件全部为线性电阻。 4、互易定理1 互易定理1内容为：对于一个线性无源网络NS，外加激励电压与网
络响应电流互换位置时，响应电流相同，如图1所示，即=，则有。 图1互易定理1 5、互易定理2 互易定理2内容为：对于一个线性无源网络N，外加激励电流与网络响应电压互换位置时，响应电压相同，如图2所示，即=，则有。
§4-3 戴维南定理和诺顿定理 戴维南定理（Thev enin’s theorem ）是一个极其有用的定理，它是分析复杂网络响应的一个有力工具。不管网络如何复杂，只要网络是线性的，戴维南定理提供了同一形式的等值电路。 在§2-4（输入电阻和等效电阻）一节中曾介绍过二端网络/也叫一端口网络的概念。（一个网络具有两个引出端与外电路相联，不管其内部结构多么复杂，这样的网络叫一端口网络）。 含源单口（一端口）网络──内部含有电源的单口网络。 单口网络一般只分析端口特性。这样一来，在分析单口网络时，除了两个连接端钮外，网络的其余部分就可以置于一个黑盒子之中。 含源单口网络的电路符号： 图中N ──网络 方框──黑盒子 U
单口松驰网络──含源单口网络中的全部独立电源置零，受控电源保留，（动态元件为零状态），这样的网络称为单口松驰网络。 电路符号： 一、戴维南定理 （一）定理： 一含源线性单口一端网络N ，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，此电压源的电压等于端口的开路电压，电阻等于该单口网络对应的单口松驰网络的输入电阻。（电阻等于该单口网络的全部独立电源置零后的输入电阻）。 上述电压源和电阻串联组成的电压源模型，称为戴维南等效电路。该电阻称为戴维南等效电阻。 U 任意负载 任意负载 U oc =U s
求戴维南等效电路，对负载性质没有限定。用戴维南等效电路置换单口网络后，对外电路的求解没有任何影响，即外电路中的电流和电压仍然等于置换前的值。 （二）戴维南定理的证明： 1. 设一含源二端网络N 与任意负载相接，负载端电压为U ，端电流为I 。 2. 任意负载用电流源替代，取电流源的电流为I I S 。 方向与I 相同。替代后，整个电路中的电流、电压保持 不变。 下面用叠加定理分析端电压U 与端电流I 。 3. 设网络N 内的独立电源一起激励，受控源保留，电流源I S 置零，即ab 端开路。这时端口电压、电流加上标（1），有 4. I S 单独激励，网络N 内的独立电源均置零，受控电源保留，这时，含源二端网络N 转化成单口松驰网络N 0，图中端口电流、电压加上标（2）， S U (1)=U oc I (1)=0
戴维南定理和诺顿定理 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。 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
该方法只实用于内阻较大的二端网络。因当内阻很小时，若将其输出端口短路则易损坏其内部元件，不宜用此法。 该测量方法是：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U 0C ，然后将其输出端短路，用电流表测其短路电流I SC ，则等效内阻为 SC OC O I U R = （2）伏安法测R 0 用电压表、电流表测出有源二端网络的外特性如图3-2所示。根据外特性曲线求出斜率tg φ，则内阻：SC OC O I U I U tg R = ??= =φ 。 (3) 若只有电压表及电阻器，没有电流表测短路电流，或者某些被测网络本身不允许短路，则可在网络两端接入已知阻值为R 的电阻器，测量该电阻两端电压U R ，然后按下式计算。 R U U R R OC )1)((0-= (4) 半电压法测R 0 如图3-3所示，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。 图3-3 图3-5 三、实验设备 1、万用表 2、RXDI--1型电路原理实验箱 四、实验内容 被测有源二端网络如图3-4(a)所示。 内容一：有源二端网络戴维南等效电路参数的测定
戴维南定理和诺顿定理 一、戴维南定理 图2-7-1 二端网络也称为一端口网络，其中含有电源的二端网络称为有源一端口网络，不含电源的二端网络称为无源一端口网络，它们的符号分别如图2-7-1（a）（b）所示。 图2-7-2
任一线性有源一端口网络（如图2-7-2（a）所示）对其余部分而言，可以等效为一个电压源和电阻相串联的电路（如图2-7-2（b）所示），其中的大小等于该有源一端口网络的开路电压，电压源的正极与开路端高电位点对应；等于令该有源一端口网络内所有独立源为零（即电压源短接、电流源开路）后所构成的无源一端口网络的等效电阻。这就是戴维南定理，也称为等效电源定理；与串联的电路称为戴维南等效电路。 要计算一个线性有源一端口网络的戴维南等效电路，其步骤和方法为： 1、计算：利有电路分析方法，计算相应端口的开路电压； 2、计算：当线性有源一端口网络A中不含受控源时，令A内所有独立电源为零后得到的无源一端口网络P则为纯电阻网络，利用无源一端口网络的等效变换就可求出端口等效电阻；当线性一端口网络A中含有受控源时，令A内所有独立电源为零后得到的一端口网络P 中仍含有受控源，这时，可采用加压法和开路短路法求。
图2-7-3 例2-7-1 利用戴维南定理求图2-7-4（a）所示电路中的电流I 为多少？ 图2-7-4 例2-7-1附图 解：将A、B左边部分电路看作有源一端口网络，用戴维南等效电路替代后如图2-10-4（b）所示。 （1）求：将A、B端口开路，得到图2-10-4（c）所示电路。 由米尔曼公式得：
（2）求等效电阻：令A、B以左的三个独立源为零，得到图2-10-4（d）所示电路，则A、B端口的等效电阻为： （3）从图2-10-4（b）中求I： 图2-10-5 例2-7-2附图 例2-7-2 在图2-7-5（a）所示电路中，已知， ，求A、B端口的戴维南等效电路。
戴维南定理和诺顿定理的验证实验报告 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（或称为含源一端口网络）。 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。 戴维南定理和诺顿定理的验证─有源二端网络等效参数的测定 1 电路基本实验（二）——戴维南定理及诺顿定理研究 一．实验目的 1）学习测量有源线性一端口网络的戴维南等效电路参数。 2）用实验证实负载上获得最大功率的条件。 3）探讨戴维南定理及诺顿定理的等效变换。 4）掌握间接测量的误差分析方法。二．实验原理及方法 1. 实验原理 在有源线性一端口网络中，电路分析时，可以等效为一个简单的电压源和电阻串联（戴维南等效电路）或电流源与电阻并联（诺顿等效电路）的简单电路。戴维南定理：任何一个线性有源一端口网络，对外电路而言，它可以用一个电压源和一个电阻的串联组合电路等效，该电压源的电压等于该有源一端口网络在端口处的开路电压，而与电压源串联的等效电阻等于该有源一端口网络中全部独立源置零后的输入电阻。 诺顿定理：任何一个线性有源一端口网络，对外电路而言，它可以用一个电流源和一个电导的并联组合电路等效，该电流源的电流等于该有源一端口网络在端口处的短路电流，而与电流源并联的电导等于该有源一端口网络中全部独立源置零后的输入电导。 2. 实验方法 (1)、测定有源线性一端口网络的等效参数：自行设计一个至少含有两个独立电源、两个网孔的有源线性一端口网络的实验电路，列出相应测量数据的表格。在端口出至少用两种不同的方法测量、计算其戴维南等效电路参数。具体使用方法有： 方法一：短路短路法——用高内阻电压表直接测量a、b端开路电压，则就是等效的开路电压；再用低内阻的电流表测量a、b端短路电流，则等效内 阻 。 方法二：半偏法——用高内阻电压表直接测量开路电压 后，接负载电阻
实验三 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、试验原理 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（或称为含源一端口网络）。 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，此电压源的电压s U 等于这个有源二端网络的开路电压oc U ， 其等效内阻 eq R 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。 诺顿定理指出：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s I 等于这个有源二端网络的短路电流sc I ，其等效内阻 eq R 定义同戴维南定理。 oc U 和eq R 或者sc I 和eq R 称为有源二端网络的等效参数。 图 1 三、实验内容 1． 用开路电压、短路电流法测定戴维南等效电路的oc U 和eq R 电路如图3所示，电路测出ab 端开路电压oc U 和短路电流sc I ,求出入端等效电阻eq R 。用伏安法， 主要是测量开路电压及电流为额定值I N 时的输出端电压值U N ， 则内阻为: sc oc I U I U R ===???tan 0
图 2 图3 2．负载实验 R，如图4所示，改变L R阻值，测量有源二端网的外特性曲在图3ab端子接入L R（Ω） L U（V） I(A) 3．按图5电路接线，改变L阻值，测量有源二端网络的外特性曲线。 R（Ω） L U（V） I(A) 图4 图5 4．按6电路接线，改变L阻值，测量有源二端网络的外特性曲线。。 R（Ω） L U（V） I(A) 1.直流稳压电源（0～30V 双路） 1台 2.直流恒流源 1台 3．数字式万用表 1块 4.直流毫安表 1块 5.电阻箱 1只 6.可变电阻器1只 五．实验注意事项 1. 测量时应注意电流表量程的更换。 2. 改接线路时，要关掉电源 六、实验报告 1. 根据步骤2、3、4，分别绘出曲线，验证戴维南定理和诺顿定理的正确性，并分 析产生误差的原因。 2. 归纳、总结实验结果。
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U，其等效内阻R等于00C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，其等效内阻R定义与0SC戴维南定理的相同。 4、有源二端网络等效参数的测量方法 U、I和R称为有源二端网络的等效电路参数，可由实验测得。00CSC（一）开路电压U的测量方法OC（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3-2 图3-1
的测量方法（二）等效电阻R0）开路电压、短路电流法测（1R0． 若将其输出端口短路则易损坏该方法只实用于内阻较大的二端网络。因当内阻很小时，其内部元件，不宜用此法。该测量方法是：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U OC?R I，则等效内阻为U，然后将其输出端短路，用电流表测其短路电流0C SC O I SC）伏安法测R（20根据外特性曲线求出斜率所示。电流表测出有源二端网络的外特性如图用电压表、 3-2UU?OC??R??tg。φ，则内阻：tg O?II SC(3) 若只有电压表及电阻器，没有电流表测短路电流，或者某些被测网络本身不允许短路，则可在网络两端接入已知阻值为R的电阻器，测量该电阻两端电压U ，然后按下式计R算。 R?((UU)?1)R ROC0 (4) 半电压法测R 0如图3-3所示，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。 图3-3 图3-5 三、实验设备 序号名称型号与规格数量备注 1 1 30V 可调直流稳压电源0 ～ 1 2 500mA 0 ～可调直流恒流源1 3 直流数字电压表～0 200V 4 1 0 ～直流数字毫安表200mA VC9801A+ 5 1 自备数字万用表 DGJ-05 1 6 可调电阻箱Ω～0 DGJ-05 7 1 1K/2W 电位器DGJ-05 8 1 戴维南定理实验电路板
实验一 特勒根定理和互易定理 一、实验目的 1、加深对特勒根定理的理解； 2、加深对线性定常网络中互易定理的理解； 3、进一步熟悉稳压源和直流仪表的使用。 二、实验设备 1、电工实验装置（DS011） 2、万用表 三、实验原理 1、特勒根定理 a 、定理1(又名功率守恒定理):对于一个具有n 个结点和 b 条支路的电路，假设各支路的电流和电压取关联参考方向，且)()(321321b b u u u u i i i i ，，，，、，，，，??????分别为b 条支路的电流和电压，则对如何时刻t ，有 ∑==b k k k i u 1 b 、定理2(又名似功率守恒定理)：如果有两个具有n 个结点和b 条支路的电路，它们具有相同的图（拓扑结构），但可以由内容不同的支路构成，假设各支路的电流和电压取关联参考 方 向 ， 并 分 别 用 ) ()(321321b b u u u u i i i i ，，，，、，，，，??????和 )????()????(321321b b u u u u i i i i ，，，，、，，，，??????表示两个电路中b 条支路的电流和电压，则对如何时刻t ，有 ∑==b k k k i u 1 0? ，∑==b k k k i u 1 0?。 2、互易定理： 对一个仅含有线性电阻（不含独立源和受控源）的电路（或网络），在单一激励产生响应，当激励和响应互换位置时，响应对激励的比值保持不变。此时，当激励为电压源时，响应为短路电流；当激励为电流源时，响应为开路电压。 互易定理存在三种形式： a 、定理1：如图4－17(a)与(b)所示电路中，N 0为仅由电阻组成的线性电阻电路，则有 S S u i u i ??12=。 (a) (b) 图4-1 互易定理1 u i 2 S u ?