等效电源定理及有源二端网络等效参数的测定
一、实验目的
1．验证戴维南定理的正确性。
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，总可以用一个等效电压源来代霍替，此电压源的电动势E S等于这个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（理想电压源视为短接，理想电流源视为开路）时的等效电阻。
U0C和R0称为有源二端网络的等效参数。
2．有源二端网络等效圣胡安的测量方法
（1）开路电压、短路电流法
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U0C，然后再将其输出端短路，用电流表测其短路电流I SC，则内阻为
R0＝U0C/I SC
（2）伏安法
用电压表、电流表测出有源二端网络的外特性如图6-1-4—1所示。根据外特性曲线求
出斜率tgφ,则内阻
R0＝tgφ＝△U/△I=U0C/I SC
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U N，则内阻为
R0＝（U0C—U n）/I n
若二端网络的内阻值很低时，则不宜测其短路电流。
图6-1-4—1 有源二端网络的外特性图6-1-4—2 半电压法
（3）半电压法
如图6-1-4—2所示，当负载电压为被测网络开路电压一半时，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）示零法
在测量同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，往往采用零示法，如图6-1-4—3所示。
图6-1-4—3 零示法
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。
三、实验设备及器件
序号名称型号与规格数量备注
1 可调直流稳压电源0～30V 1
2 可调直流恒流源0～200mA 1
3 直流数字电压表 1
4 直流数字毫安 1
5 万用电表 1
6 可调电阻0～99999.9Ω 1 DGJ—05
7 电位器1KΩ/1W 1 DGJ—05
8 戴维南定理实验线路板 1 DGJ—05
四、实验内容
被测有源二端网络如图6-1-4—4（a）所示。
(a) (b)
图6-1-4-4 实验线路
1．用开路电压、短路电流法测定戴维南等效电路的U0C和R0。
按图6-1-4-4（a）电路接入稳压电源E S和恒流源I S及可变电阻箱R L，测定U OC和R0。
U OC（v）ISC(mA) R0=UOC/ISC(Ω)
按图6-1-4-4（a）改变R L阻值，测量有源二端网络的外特性。
3．验证戴维南定理
用一只1KΩ的电位器，将其阻值调整到等于按步骤“1”所得的等效电阻R0之值，然后令其与直流稳压电源（调到步骤“1”时所测得的开路电压U0C之值）相串联，如图6-1-4-4（b）所示，仿照步骤“2”测其外特性，对戴氏定理进行验证。
4．测定有源二端网络等效电阻（又称入端电阻）的其它方法：将被测有源网络内的所有独立源置零（将电流源I S断开：去掉电压源，并在原电压端所接的两点用一根短路导线相连），然后用伏安法或者直接用万用电表的欧姆档去测定负载R L开路后输出端两点间的电阻，此即为被测网络的等效内阻R0或称网络的入端电阻R1。
5．用半电压法和零示法测量被测网络的等效内阻R0及其开路电压U OC，线路及数据表格自拟。
五、实验报告
1．在求戴维南等效电路时，作短路实验，测I SC的条件是什么？在本实验中可否直接作负载短路实验？请实验前对线路6-1-4—4（a）预先作好计算，以便调整实验线路及测量时可准确地选取电表的量程。
2．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。
3．根据步骤2和3，分别绘出曲线，验证戴维南定理的正确性，并分析产生误差的原因。
4．根据步骤1、4、5各种方法测得的U OC与R0与预习时电路计算的结果作比较，你能得出什么结论。
5．归纳、总结实验结果。
注意：
1．注意测量时，电流表量程的更换。
2．步骤“4”中，电源置零时不可将稳压源短接。
3．用万用电表直接测R0时，网络内的独立源必须先置零，以免损坏万用电表，其次，欧姆档必须经调零后再进行测量。
4．改接线路时，要关掉电源。
实验二等效电源定理 一、实验目的 1. 验证戴维宁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）。 戴维宁定理指出：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。 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R0定义同戴维宁定理。 Uoc（Us）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) 开路电压的测量 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。 （2）短路电流的测量 在有源二端网络输出端短路，用电流表测其短路电流Isc。 （3）等效内阻R0的测量 Uoc R0＝── 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。 三、实验设备
四、实验内容 被测有源二端网络如图5-1(a)所示，即HE-12挂箱中“戴维宁定理/诺顿定理”线路。 (a) (b) 图5-1 1. 用开路电压、短路电流法测定戴维宁等效电路的Uoc、R0。 按图5-1(a)接入稳压电源Us=12V和恒流源Is=10mA，不接入R L。测出U O c和Isc，并计算出R0（测U OC时，不接入mA表。），并记录于表1。 表1 实验数据表一 2. 负载实验 按图5-1(a)接入可调电阻箱R L。按表2所示阻值改变R L阻值，测量有源二端网络的外特性曲线，并记录于表2。 3. 验证戴维宁定理 把恒压源移去，代之用导线连接原接恒压源处；把恒流源移去，这时，A、B两点间的电阻即为R0，然后令其与直流稳压电源（调到步骤“1”时所测得的开路电压Uoc之值）相串联，如图5-1(b)所示，仿照步骤“2”测其外特性，对戴氏定理进行验证，数据记录于表3。
等效电源定理 戴维南定理和诺顿定理分别能把含源二端网络等效成为一个实际电压源支路和实际电流源支路，故统称等效电源定理。 1、戴维南定理 任一线性含源二端网络，对外电路讲，可以等效为一个电压源和电阻串联的组合，电压源的电压为该网络的开路电压u oc，串联电阻等于该网络中所有独立源为零时的入端等效电阻R o。 2、诺顿定理 任一线性含源二端网络，对外电路讲，可以等效为一个电流源和电阻并联的组合，电流源的电流为该网络的短路电流isc，并联电阻等于该网络中所有独立源为零值时的入端等效电阻R o。 图(a)所示为一接有外电路的含源二端网络，根据替代定律，把R L 支路分别用流过它的电流i和两端电压u作为电压源等效替代，然后运用叠加定理分别得到 u＝u oc－R o i＝i sc－u/R o 等效电源电路如图（b）所示。 这两条定律所得到的电压源支路和电流源支路可以互相等效，所以人们多应用戴维南等效电压源定律，然后变化为诺顿等效电流源电路，如图（b）上、下图所示。戴维南定律对求解电路中某一支路的电压、电流和功率，特别是负载吸收的最大功率最为方便。求解时含源二端网络必须是线性的，待求支是线性的或非线性、有源或无源均可。
应用这两条定律，一般分三个步骤： (1)断开待求支路或将待求支路短路，分别求得开路电压u oc和短路电流i sc; (2)让全部独立源为零，求入端等效电阻R o。 (3)画出等效电源电路，接上待求支路，求解待求量。 3、用戴维南定律分析含受控源电路 根据受控源的性质和等效电源定律的要求，当用戴维南定律和诺顿定律分析受控源电路时，必须掌握： (1)当控制量在端口上时，它要随端口开路或短路变化，必须用变化了的控制量来表示受控源的电压或电流。 (2)当控制量在网络内，则在短路或开路时，必须保证受控源及其控制量同在含源二端网络内。 (3)受控源不能充当激励，具有电阻性。 在求戴维南等效电阻时，独立源为零，受控源和电阻一样要保留，故
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。
电路分析等效电源定理实验报告 一、实验名称 等效电源定理 二、实验目的 1. 验证戴维宁定理和定理的正确性，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。 三、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）。 戴维宁定理指出：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。 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，其等效阻R0定义同戴维宁定理。 Uoc（Us）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) 开路电压的测量 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。 （2）短路电流的测量 在有源二端网络输出端短路，用电流表测其短路电流Isc。 （3）等效阻R0的测量 Uoc R0＝── Isc 如果二端网络的阻很小，若将其输出端口短路，则易损坏其部元件，因此不宜用此法。 四、实验设备
五、实验容 被测有源二端网络如图5-1(a)所示，即HE-12挂箱中“戴维宁定理/定理”线路。 (a) (b) 图 5-1 1. 用开路电压、短路电流法测定戴维宁等效电路的Uoc、R0。 按图5-1(a)接入稳压电源Us=12V和恒流源Is=10mA，不接入R L。测出U O c和Isc，并计算出R0（测U OC时，不接入mA表。），并记录于表1。 表1 实验数据表一 2. 负载实验 按图5-1(a)接入可调电阻箱R L。按表2所示阻值改变R L阻值，测量有源二端网络的外特性曲线，并记录于表2。 表2 实验数据表二 3. 验证戴维宁定理 把恒压源移去，代之用导线连接原接恒压源处；把恒流源移去，这时，A、B两点间的电阻即为R0，然后令其与直流稳压电源（调到步骤“1”时所测得的开路电压Uoc之值）相串联，如图5-1(b)所示，仿照步骤“2”测其外特性，对戴氏定理进行验证，数据记录于表3。 表3 实验数据表三 4. 验证定理 在图5-1（a）中把理想电流源及理想电压源移开，并在电路接理想电压源处用导线短接（即相当于使两电源置零了），这时，A、B两点的等效电阻值即为定理中R0，然后令其
实验四 等效电源定理与叠加定理 一、 实验目的 1． 加深对等效电源定理（戴维南定理和诺顿定理）与叠加定理的理解。 2． 学习线性含独立源一端口网络等效电路参数的测量方法。 二、 实验仪器 直流电压表 直流电流表 万用表 直流稳压电源 直流稳流电源 相关电阻元件 三、 预习要求 1. 复习等效电源定理和叠加定理。 2. 确定等效电源电阻的几种方法及其优缺点。 3. 含独立源二端网络及其戴维南等效电路的等效条件。 四、 实验原理 1． 叠加定理 具有唯一解的线性电路，由几个独立源共同作用所产生的各支路电流或电压，是各个独立电源分别单独作用时产生的各支路电流或电压的代数叠加。 2． 等效电源定理 （1） 戴维南定理：任一线性含独立源一端口网络，其对外作用可以用一个电压源串 电阻的等效电源代替，该电压源的电压等于此一端口网络的开路电压，该电阻等于此一端口网络内部各独立源置零后的等效电阻。 （2） 诺顿定理：任一线性含独立源一端口网络，其对外作用可以用一个电流源并电 导的等效电源代替，该电流源的电流等于此一端口网络的短路电流，该电导等于此一端口网络内部各独立源置零后的等效电导。 线性含源一端口网络的等效电路如图1-19所示。 图1-19 等效电源定理 3． 等效电源电路参数的测定 （1） 测定开路电压。如果电压表的内阻相对于被测一端口网络的内阻大很多，电压 表几乎不取网络电流，可以直接用电压表或万用表的电压档测定。 （2） 测定短路电流。如果电流表的内阻相对于被测一端口网络的内阻小很多，其上 电压降可忽略不计，可以直接用电流表测定。 线性含源一端口a b Ro Uoc +-a b a b 或
实验三等效电源定理的应用 一、实验目的 进一步学习MULTISIM的使用方法，学习测量有源二端线性网络的开路电压和短路电流及其除源网络的电阻的方法，验证戴维宁定理和诺顿定理的正确性，并加深对他们的理解和灵活运用。 二、实验原理 等效电源（戴维南定理）内容：任何一个有源二端线性网络都可用一个理想电压源和内阻为R0串联的电压源来等效代替，理想电压源的电压等于二端网络的开路电压U0，即将负载断开后两端的电压，内阻R0为将电源去除后的无源网络负载两端的等效电阻。 等效电源（诺顿定理）内容：任何一个有源二端线性网络都可用一个理想电流源和内阻为R0并联的电流源来等效代替，理想电流源的电流值等于二端网络的短路电流ISC，即将负载短路后的电流，内阻R0为将电源去除后的无源网络负载两端的等效电阻。 当电路中含有受控源时，电路的等效电阻可以用两种方法计算： （1）实验法：R0=U OC I SC （2）外加电源法：先除去电路中的独立电源，外加电源U T,R0=U T I T 所谓受控源，是指电压或电流受电路中其它部分的电压或电流控制的电压源或电流源。受控源是一种四端元件，它含有两条支路，一条是控制支路，另一条是受控支路。受控支路为一个电压源或为一个电流源，它的输出电压或输出电流（称为受控量），受另外一条支路的电压或电流（称为控制量）的控制，该电压源，电流源分别称为受控电压源和受控电流源，统称为受控源。 （a）（b）
（c）（d） 图2.12 受控源的电路符号上图中（a）、（b）为受控电压源，（c）、（d）为受控电流源。 三、实验内容 1.连接电路如图 2.13，将RL支路当作有源二端网络的负载电阻。 图2.13 等效电源定理验证电路模型1 图2.14 选择可变电阻器
实验一 电压源与电流源的等效变换 一、实验目的 1． 掌握电源外特性的测试方法； 2． 验证电压源与电流源等效变换的条件。 二、原理说明 1． 一个直流稳压电源在一定的电流范围内，具有很小的内阻，故在实用中，常将它视为一个 理想电压源，即输出电压不随负载电流而变，其外特性，即伏安特性)(i f u =是一条平行于i 轴的直线；同理，一个恒流源在实用中，在一定的电压范围内，可视为一个理想的电流源。 2． 一个实际的电压源（或电流源），其端电压（或输出电流）不可能不随负载而变，因它具 有一定的内阻值，故在实验中，用一个小阻值的电阻（或大阻值的电阻）与稳压源（或恒流源）相串联（或并联）来模拟一个实际的电压源（或电流源）的情况。 3． 一个实际的电源，就其外部特性而言，既可以看成是一个电压源，又可以看成是一个电流 源，若视为电压源，则可以用一个理想电压源S E 与一个电阻O R 相串联的组合来表示；若视为电流源，则可用一个理想电流源s I 与一个电阻O R 相并联的组合来表示。若它们向同样大小的负载提供出同样大小的电流和端电压，则这两个电源针对外电路而言是等效的，即具有相同的外特性。 一个电压源与一个电流源等效变换的条件为O S s R E I /=或O S S R I E =如图1-1所示： 图1-1 电压源与电流源的等效变换条件 三、实验设备 1． 电源：恒压源、恒流源 2． 负载：可调变阻器、定值电阻若干（EEL-23组件） 3． 测量仪表：直流电压表、直流毫安表
四、实验步骤 1． 测定理想电压源与实际电压源外特性 （1） 理想电压源（恒压源）（0-20V/0-200mA ） 按图1-2接线，S E 为＋6V 的恒压源，调节变阻器2R 令其阻值由大到小变化，记录电压表及电流表两表读数填入表1-1： 表1-1 理想电压源特性数据表格 图1-2 测定理想电压源的外特性 图1-3 测定实际电压源的外特性 （2） 实际电压源（恒压源串联一内阻）（0-20V/0-200mA ） 按图1-3接线，虚线框可模拟为一个实际电压源，调节变阻器2R ，令其阻值由大到小变化，读两表数据并填入表1-2： 表1-1 实际电压源特性数据表格 2．测定理想电流源与实际电流源外特性(0-20V/0-20mA) 理想电流源（恒流源）和实际电流源（恒流源并联一内阻） 按图1-4接线，s I 为直流恒流源，调节其输出为5mA ，令O R 阻值分别等于∞和Ωk 1，调节变阻器2R ，测出这两种情况下的电压表及电流表读数。填入表1-3和1-4。 图1-4 测定电流源外特性
实验四 电压源与电流源的等效变换 一、实验目的 1.掌握电压源与电流源外特性的测试方法。 2.验证电压源与电流源等效变换的条件。 二、原理说明 1.能向外电路输送定值电压的装置被称为电压源。理想电压源的内阻为零，其输出电压值与流过它的电流的大小和方向无关，即不随负载电流而变；流过它的电流是由定值电压和外电路共同决定的。它的外特性即伏安特性U ＝f(I)是一条平行于I 轴的直线。而具有一定内阻值的非理想电压源，其端电压不再如理想电压源一样总是恒定值了，而是随负载电流的增加而有所下降。 一个质量高的直流稳压电源，具有很小的内阻，故在一定的电流范围内，可将它视为一个理想的电压源。 非理想电压源的电路模型是由理想电压源Us 和内阻Rs 串联构成的，如图4-1所示，其输出电压 U ＝Us —I Rs 2.能向外电路输送定值电流的装置被称为电流源。理想电流源的内阻为无穷大，其输出电流与其端电压无关，即不随负载电压而变；电流源两端的电压值是由定值电流Is 和外电路共同决定的。它的伏安特性I ＝f(U)是一条平行于U 轴的直线。对于非理想的电流源，因其内阻值不是无穷大，输出电 流不再是恒定值，而是随负载端电压的增加 有所下降。一个质量高的恒流源其内阻值做得很大，在一定的电压范围内，可将它视为一个理想的电流源。 非理想电流源的电路模型是由理想电流源Is 和内阻Rs 并联构成的，如图4-2 所示，其输出电流 I= L R Rs Is Rs . 3.一个实际的电源，就其外部特性而言，即可以看成是一个电压源，又可以看成是一个电流源。若视为电压源，则可用一个理想的电压源Us 与一个电阻Ro 相串联的组 合来表示；若视为电流源，则可用一个理想电流源Is 与一电导g o 相并联的给合来表示， 若 它们向同样大小的负载提供同样大小的电流和端电压，则称这两个电源是等效的，即具 图4-1 电压源的电路模型 图4-2电流源的电路模型
等效电压源定理及其在高中物理中应用 -CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN
等效电压源定理及其在高中物理中应用 湖北省恩施高中 陈恩谱 一、等效电压源定理（戴维宁定理） 1、内容：一个包含电源的二端电路网络（端点为A 、B ），可看成一个等效的电压源，等效电压源的电动势等于“二端电路网络”两端的开路电压（E U '=开），内阻等于“二端电路网络”中去掉电动势后两端间的等效电阻（AB r R '=）。 2、证明： （1）基本情形1：如图甲所示电路，将虚线框内部分视为等效电源，则等效电路图如图乙所示。 对甲图，设电路中电流为I ，由闭合电路欧姆定律，有：0E I r R R =++；对乙图，有： E I r R '='+；两式比较，易得：E E '=，0r r R '=+；图丙是该等效电源的内部结构，易知： =U E 开，0AB R r R =+，得证。 （2 对丁图，设通过R 的电流为I ，R 两端电压为U ，则通过电源的电流为0 =U I I R +总 ，由闭合电路欧姆定律，有： 0000 ()(1)()R r U r E U I r U I r U Ir U Ir R R R +=+=++=++=+总 乙 甲 丙 丁 戊 己
变形得： 00 00R R E U I r R r R r =+++ 对戊图，有： E U Ir ''=+ 两式比较，得：00 00R R E E r r R r R r ''= =++， 如己图所示，为该等效电源的内部结构，易知： 00 00AB R R U E R r R r R r ==++开，，得证。 （3）一般情形：如右图所示为一般电路，则按顺序依次将处于内部的虚线框部分视为更外围部分的等效电源，则易知，等效电压源定理适用于一般电路。 二、等效电压源定理的应用 1、电源电动势和内阻测量的系统误差分析 该实验的理论依据是Ir U E +=，其中U 为电源的端电压，I 为通过电源的电流；如图所示为该实验的两种测量电路。 左图中电流表测量的是通过电源的电流，但由于电流表的分压作用，电压表却测量的不是电源的端电压，右图中电压表测量的是电源的端电压，但由于电压表的分流作用，电流表测量的也不是通过电源的电流。 但是，两图中，电压表测量的都是虚线框两端的电压，电流表测量的都是通过虚线框的电流，因此，依据Ir U E +=算出来的实际上是虚线框内等效电源的电动势和内阻，即左图：E E =测，A r r R =+测， 右图：00 00R R E E r r R r R r = =++测测，。 安箱法、伏箱法的误差分析，由于是把R 当做外电阻，与此同理，也是测量的虚线框内等效电源的电动势和内阻。 E ，r S R
实验二叠加原理和等效电源定理 一、实验目的 1、验证线性电路中的叠加原理、戴维南定理、诺顿定理。 2、熟悉等效电源电路的短路断路和通路情况。 3、学会用实验的方法测定有源二端网络的开路电压U0和除源内阻R0。 二、实验原理 1、叠加原理就是指在线性电路中有多个电源共同作用时，电路上任意一个支路上的电压或电流都是各电源单独作用下，在各支路上产生的电压或电流的叠加（代数和）。 2、戴维南定理是等效电源定理之一。它的内容是指任何一个线性含源二端网络，总可以用一个理想电压源与一个电阻（内阻）串联的支路来代替。该理想电压源的电动势等于二端网络的开路电压U0，串联内阻等于有源二端网络内电源为零时所响应的无源网络的等效电阻。 3、诺顿定理的内容是指任何一个线性含源二端网络，总可以用一个恆流源与一个电阻（内阻）并联的支路来代替。恆流源的电流该网络的短路电流，而电阻的含义与戴维南定理中的相同。 4、求电源内阻的方法： ⑴使用万用表用替代法测量电阻。对二端网络进行除源（将网络内电压源去源短接，电流源去源开路）后，用万用表测出网络A、B两端开路时的电阻值R，再用万用表测量标准（高精度）电阻箱的阻值，调节电阻箱的阻值使万用表的读数与R值相同，则电阻箱的读数即为等效内阻R0。 ⑵采用测量开路电压U0和短路电流IS的方法来计算等效内阻R0，则有 ⑶当网络二端不允许短路时，可串联一个电阻R（已知），测得两端电压后由下列公式计算： ⑷半电压法测等效内阻R0，即网络二端串联一个高精度可调电阻R，当测得两端电压为开路电压的一半时，有R0=R 。 三、仪器设备 1、直流双路稳压电源 2、直流毫安表 3、直流电压表 4、万用表 5、电阻箱 四、实验内容 （一）、任务：设计二端口网络，并对负载支路进行叠加原理、等效电路定理（戴维南、诺顿）验证（二）、要求：端口电路设计：
等效电压源定理及应用 一、等效电压源定理（戴维宁定理） 1、内容：一个包含电源的二端电路网络（端点为A 、B ），可看成一个等效的电压源，等效电压源的电动势等于“二端电路网络”两端的开路电压（E U '=开），内阻等于“二端电路网络”中去掉电动势后两端间的等效电阻（AB r R '=）。 2、证明： （1）基本情形1：如图甲所示电路，将虚线框内部分视为等效电源，则等效电路图如图乙所示。 对甲图，设电路中电流为I ，由闭合电路欧姆定律， 有： 0E I r R R = ++；对乙图，有：E I r R ' ='+；两式比较，易得：E E '=，0r r R '=+；图丙 是该等效电源的内部结构，易知：=U E 开，0AB R r R =+，得证。 （2 ， =U I R +， 0000()(1)()R r U r E U I r U I r U Ir U Ir R R R +=+=++=++=+总 变形得： 00 00R R E U I r R r R r =+++ 对戊图，有： E U Ir ''=+ 两式比较，得：0000R R E E r r R r R r ''==++， 如己图所示，为该等效电源的内部结构，易知： 00 00AB R R U E R r R r R r = =++开，，得证。 乙 甲 丙 丁 戊 己
（3）一般情形：如右图所示为一般电路，则按顺序依次将处于内部的虚线框部分视为更外围部分的等效电源，则易知，等效电压源定理适用于一般电路。 二、等效电压源定理的应用 1、电源电动势和内阻测量的系统误差分析 该实验的理论依据是Ir U E +=，其中U 为电源的端电压，I 为通过电源的电流；如图所示为该实验的两种测量电路。 左图中电流表测量的是通过电源的电流，但由于电流表的分压作用，电压表却测 量的不是电 源的端 电压，右图中电压表测量的是电源的端电压，但由于电压表的分流作用，电流表测量的也不是通过电源的电流。 但是，两图中，电压表测量的都是虚线框两端的电压，电流表测量的都是通过虚线框的电流，因此，依据Ir U E +=算出来的实际上是虚线框内等效电源的电动势和内阻，即左图：E E =测，A r r R =+测， 右图：00 00R R E E r r R r R r = =++测测，。 安箱法、伏箱法的误差分析，由于是把R 当做外电阻，与此同理，也是测量 的虚线框内等效电源的电动势和内阻。 2、动态电路相关问题的分析 【例】如图所示电路中，电源内阻不能忽略不计，电流表、电压表均视为理想表，滑动变阻器总阻值足够大；当滑动变阻器滑片从左端向右滑动时，下列说法中正确的是： A 、电流表A 示数减小 R 1 S 1 R A R 2 R 3 V 2 V 3 V 1
电路分析等效电源定理 实验报告 内部编号：（YUUT-TBBY-MMUT-URRUY-UOOY-DBUYI-0128）
电路分析 等效电源定理 实验报告 一、 实验名称 等效电源定理 二、实验目的 1. 验证戴维宁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。 三、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）。 戴维宁定理指出：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定义同戴维宁定理。 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) 开路电压的测量 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 。 （2）短路电流的测量 在有源二端网络输出端短路，用电流表测其短路电流Isc 。 （3）等效内阻R 0的测量 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。 四、实验设备
5 万用表 1 自备 6 可调电阻箱 0～99999.9Ω 1 THHE-1 7 戴维宁定理实验电路板 1 THHE-1 五、实验内容 被测有源二端网络如图5-1(a)所示，即HE-12挂箱中“戴维宁定理/诺顿定理”线路。 (a) (b) 图 5-1 1. 用开路电压、短路电流法测定戴维宁等效电路的Uoc 、R 0。 按图5-1(a)接入稳压电源Us=12V 和恒流源Is=10mA ，不接入R L 。测出U Oc 和Isc ，并计算出R 0（测U OC 时，不接入mA 表。），并记录于表1。 表1 实验数据表一 2. 负载实验 按图5-1(a)接入可调电阻箱R L 。按表2所示阻值改变R L 阻值，测量有源二端网络的外特性曲线，并记录于表2。 表2 实验数据表二 3. 验证戴维宁定理 把恒压源移去，代之用导线连接原接恒压源处；把恒流源移去，这时，A 、B 两点间的电阻即为R 0，然后令其与直流稳压电源（调到步骤“1”时所测得的开路电压Uoc 之值）相串联，如图5-1(b)所示，仿照步骤“2”测其外特性，对戴氏定理进行验证，数据记录于表3。 表3 实验数据表三 4. 验证诺顿定理 在图5-1（a ）中把理想电流源及理想电压源移开，并在电路接理想电压源处用导线短接（即相当于使两电源置零了），这时，A 、B 两点的等效电阻值即为诺顿定理中R 0， 然后令其与直流恒流源（调到步骤“1”时所测得的短路电流Isc 之值）相并联，如图5-2所示，仿照步骤“2”测其外特性，对诺顿定理进行验证，数据记入表4。 图5-2 表4 实验数据表之四 六、实验结果分析 图2—1 图2—2 1.步骤2和3，分别绘出曲线如图2—1.2—2 由这两个图可以明显看出图1中a 等效于b ，也即戴维南定理得证。
等效电压源定理及应用 一、等效电压源定理（戴维宁定理） 1、内容：一个包含电源的二端电路网络（端点为A 、B ），可看成一个等效的电压源，等效电压源的电动势等于“二端电路网络”两端的开路电压（E U '=开），内阻等于“二端电路网络”中去掉电动势后两端间的等效电阻（AB r R '=）。 2、证明： （1）基本情形1：如图甲所示电路，将虚线框内部分视为等效电源，则等效电路图如图乙所示。 对甲图，设电路中电流为I ，由闭合电路欧姆定律，有：0E I r R R = ++；对乙图，有：E I r R ' ='+； 两式比较，易得：E E '=，0r r R '=+；图丙是该等效电源的内部结构，易知：=U E 开，0AB R r R =+， 得证。 （2）基本情形2：如图丁所示电路，将虚线框内部分视为等效电源，则等效电路图如图戊所示。 对丁图，设通过R 的电流为I ，R 两端电压为U ，则通过电源的电流为0 =U I I R +总，由闭合电路欧姆定律，有： 0000 ()(1)()R r U r E U I r U I r U Ir U Ir R R R +=+=++ =++=+总 变形得： 00 00R R E U I r R r R r =+++ 对戊图，有： E U Ir ''=+ 两式比较，得：00 00R R E E r r R r R r ''= =++， 如己图所示，为该等效电源的内部结构，易知： 00 00AB R R U E R r R r R r = =++开，，得证。 （3）一般情形：如右图所示为一般电路，则按顺序依次将处于内部的虚线框部分视为更外围部分的等效电源，则易知，等效电压源定理适用于一般电路。 乙 A 甲 丙 丁 戊 A 己
等效电路和电路计算 一、知识点击 1．稳恒电流 电动势 大小和方向都不随时间变化的电流称为稳恒电流。稳恒电流必须是闭合的，正电荷在电场力的作用下从高电势处移到低电势处，而一非静电力把正电荷从低电势处搬运到高电势处，提供非静电力的装置称为电源．电源内的非静电力克服电源内静电力作用，把流到负极的正电荷从负极移到正极．若正电荷q 受到非静电力k f ，则电源内有非静电场，非静电场的强度 k E 也类似电场强度的定义：k k f E q = 将非静电场把单位正电荷从负极通过电源内部移到正极时所做的功定义为电源的电动势，即k E l ε= ??∑ 2．恒定电流的基本规律和等效电源定理 ?欧姆定律：在恒定的条件下，通过一段导体的电流强度I 与导体两端的电压U 成正比，这就是一段电路的欧姆定律．写成等式：U I R = ，或U=IR 。 ?含源电路的欧姆定律：如图10一1所示含有电源的电路称为含源电路．含源电路的欧姆定律就是找出电路中两点间电压与电流的关系．常用“数电压”的方法．即从一点出发，沿一方向，把电势的升降累加起来得到另一点的电势， 从而得到两点间的电压．设电流从a 流向b ，则有 1122a b U Ir IR Ir U εε+----= a 、b 两点间电压为 1212a b U U Ir IR Ir εε-=-++++ 写成一般形式 a b i i i U U ε-= +∑∑ （I R ） ?闭合回路的欧姆定律：对于图10一1可把a 、b 两点连起来形成一闭合回路，则
0a b U U -=，即12120Ir IR Ir εε-++++=，12 12I r r R εε+= ++，写成一般形式：i i I R ε= ∑∑ ?等效电源定理：只有电动势而无内阻的理想电源称为稳压源，通常的实际电源相当于恒压源和一内阻的串联．若有一理想电源，不管外电路电阻如何变化，总是提供一个不变的电流I 0，则这种理想电源称为恒流源．通常的实际电源，相当于恒流源与一定内阻的并联． 实际电源既可看成电压源，又可看成电流源．对于同样的外电路，产生的电压和流经的电流相同．如图10一2： r I R r r R r ε ε = = ? ++ 00 r I I R r =? + 由于其等效性，0I r ε = ，0r r = 等效电压源定理（又称戴维宁定理）表述为：两端有源网络可以等效于一个电压源，其电动势等于网络的开路端电压，其内阻等于从网络两端看除源（将电动势短路，内阻仍保留在网络中）网络的电阻。 利用电压源与电流源的等效条件，可以得到等效电流源定理（又称诺尔顿定理），内容为：两端有源网络可等效于一个电流源，电流源的电流I 0等于网络两端短路时流经两端点的电流，内阻等于从网络看除源网络的电阻． 3．基尔霍夫定律 一个电路若不能通过电阻的串并联求解，则这样的电路称为复杂电路，复杂电路往往通过基尔霍夫定律来求解． ?基尔霍夫第一方程组（节点定律组） 复杂电路中，三条或三条以上支路的汇合点称为节点． 基尔霍夫第一方程内容为：若规定流出节点的电流强度为正，流人节点的电流强度为负，则汇于节点的各支路电流强度的代数和为零．即 0i I =∑ ?基尔霍夫第二方程组（回路定律组） 复杂电路中，我们把几条支路构成的闭合通路称为回路．
第十五周（第 1、2 讲） 课题电流源与电压源的等效变换课型新授课 教学目标掌握电压源电流源之间的等效变换方法，理解两种电源模型的特性。 教学重点电压源和电流源之间的等效变换方法。 教学难点电压源和电流源之间的等效变换方法。 教学手段使用多媒体演示平台 【教学过程】： 导入新课： 电路中的电能都是由电源来提供的，对负载来说，电源是电压的提供者，也可以看成是电流的提供者。 讲授新课： 一、电压源 为电路提供一定电压的电源可以用电压源来表征 1、理想电压源(恒压源)：电源内阻为零，并能提供一个恒定不变的电压。所以也称恒压源。如图1-a所示。 2、恒压源的两个特点：（1）提供给负载的电压恒定不变；（2）提供给负载的电流可任意。 3、实际电压源：可以用一个电阻（相当于内阻）与一个理想的电压源串联来等效。它提供的端电压受负载影响。如图1-b虚线框内所示。 图 1 二、电流源 为电路提供一定电流的电源可用电流源来表征。 1、理想电流源（恒流源）：电源的内阻为无穷大，并能提供一个恒定不变的电源。所以也称为恒流源。如图2-a所示。 2、恒流源的两个特点：（1）提供给负载的电流是恒定不变的；（2）提供给负
载的电压是任意的。 3、实际电流源：实际上电源的内阻不可能为无穷大，可以把理想电流源与一个内阻并联的组合等效为一个电流源。如图2-b 所示。 图 2 三、两种电源模型的等效变换 等效变换的作用是：为了化简电路，引入了电压源、电流源的概念，有时候把电路中的电压源等效变换成电流源，电路就被简化成简单电路； 讨论问题：两种电源模型的等效变换的条件是什么？ 对外电路，只要负载上的电压与流过的电流是相等的，则两个不同的电源等效。 ;;00S S S S S r I E r E r E I r r ?=??=== 或者： （1）电压源等效为电流源： 0r E I S = 0r r s = （2）电流源等效为电压源： s S r I E = s r r =0 即：内阻相等，电流源的恒定电流等于电压源的短路电流：或电压源的恒定电压等于电流源的开路电压。 要注意一个理想电压源是不能等效变换为一个理想电流源的，反之也一样。
《戴维南定理》习题练习 一、知识点 1、二端(一端口) 网络的概念： 二端网络：具有向外引出一对端子的电路或网络。 无源二端网络：二端网络中没有独立电源。 有源二端网络：二端网络中含有独立电源。 2、戴维宁（戴维南）定理 任何一个线性有源二端网络都可以用一个电压为U OC的理想电压源和一个电阻R0串联的等效电路来代替。如图所示：
等效电路的电压U OC是有源二端网络的开路电压，即将负载R L断开后a 、b两端之间的电压。 等效电路的电阻R0是有源二端网络中所有独立电源均置零（理想电压源用短路代替，理想电流源用开路代替）后, 所得到的无源二端网络 a 、b两端之间的等效电阻。
二、例题：应用戴维南定理解题 戴维南定理的解题步骤： 1.把电路划分为待求支路和有源二端网络两部分，如图1中的虚线。 2.断开待求支路，形成有源二端网络（要画图），求有源二端网络的开路电压UOC 。 3.将有源二端网络内的电源置零，保留其内阻（要画图），求网络的入端等效电阻Rab 。 4.画出有源二端网络的等效电压源，其电压源电压US=UOC （此时要注意电源的极性），内阻R0=Rab 。 5.将待求支路接到等效电压源上，利用欧姆定律求电流。 【例1】电路如图，已知U 1=40V ，U 2=20V ，R 1=R 2=4Ω，R 3=13 Ω，试用戴维宁定理求电流I 3。 解：(1) 断开待求支路求开路电压U OC U OC = U 2 + I R 2 = 20 +2.5 ? 4 = 30V 或： U OC = U 1 – I R 1 = 40 –2.5 ? 4 = 30V U OC 也可用叠加原理等其它方法求。 (2) 求等效电阻R 0 将所有独立电源置零（理想电压源用短路代替，理想电流源用开路代替） (3) 画出等效电路求电流I 3 A 5.24420 402121 =+-=+-=R R U U I Ω=+?=22 1210R R R R R A 213 2303 0OC 3=+= += R R U I
实验三 等效电源定理 一、实验目的 1． 验证等效电源定理。 2． 熟悉电路的开路和短路情况，掌握测量等效电压源的电动势、等效电流源的短路 电流和等效内阻的方法。 二、实验原理 1．戴维宁定理 任何一个线性有源二端网络，总可以用一个理想电压源和一个等效电阻相串联来代替，其理想电压源的电动势等于该网络的开路电压U oc ，等效内阻等于该网络中所有电源为零时的等效电阻R 0。 (1) 等效电压源电动势（开路电压）的测试方法 一般情况下，把外电路（负载）断开，用电压表测其两端电压值，即为开路电压U oc ，此时等效电源电动势U S ＝U oc 。若电压表内阻远大于被测网络的等效电阻，其测量结果相当精确。（本实验采用此法）。 若电压表内阻不是远大于被测网络的等效电阻，请查资料，等效电源电动势如何测试？ （2）等效电阻R 0 (内阻)的测试方法 短路负载R L ，测短路电流I s 。内阻0OC S U R I 。此法适用于网络内阻较大，两端可以被短路的情况。(本实验用此方法测R 0)。 若网络内阻较小，两端不能被短路的情况下，请查资料，如何测试等效内阻？ 2．诺顿定理 任何一个线性有源二端网络，总可以用一个理想电流源和一个等效电阻并联来代替，其理想电流源的短路电流I S 等于该网络负载R L 的短路电流，等效内阻等于该网络中所有电源为零时的等效电阻R 0。 R L R L S U 0R Uoc 0R V Uoc R L
(1) 等效电流源短路电流的测试方法 一般情况下，测量负载短路电流即为I S （2）等效电阻R0 (内阻)的测试方法 与戴维宁定理相同。 三、实验仪器和设备 1.EEL－Ⅶ实验台 1台 2.万用表 1块 3.EEL－51组件、EEL－53组件 四、实验内容及步骤 1．测量有源二端网络的外部伏安特性 本实验用EEL－53组件进行。按下图接线，调节使电源电压U S1= 25V，调节有源二端网络外接电阻R L的数值，使其分别为表3中所示数值。测量通过R L的电流和R L两端电压，将测量结果填入表1中。其中，R L= 0时的电流为短路电流I S，R L=∞时的电压为开路电压U OC 2．由表1可得到等效电源的参数 等效电源电动势U S＝U OC = V； 短路电流I S = mA，等效电源内阻R0 = Ω。 3．验证等效电源定理 （1）验证戴维宁定理，用电压源等效替代二端网络（即调节电压源输出电压为U S，调节可变电阻使其阻值为R0，按下图连线），测量负载R L取不同阻值时的I、U值，填入表2中。并比较表1和表2测量结果，对结果加以说明。 表2 1K ∞ S 可变电阻使其阻值为R0，按下图连线），测量负载RL取不同阻值时的I、U值，填入表3中。并比较表1、表2和表3测量结果，对结果加以说明。
等效电源定理及有源二端网络等效参数的测定 一、实验目的 1．验证戴维南定理的正确性。 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，总可以用一个等效电压源来代霍替，此电压源的电动势E S等于这个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（理想电压源视为短接，理想电流源视为开路）时的等效电阻。 U0C和R0称为有源二端网络的等效参数。 2．有源二端网络等效圣胡安的测量方法 （1）开路电压、短路电流法 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U0C，然后再将其输出端短路，用电流表测其短路电流I SC，则内阻为 R0＝U0C/I SC （2）伏安法 用电压表、电流表测出有源二端网络的外特性如图6-1-4—1所示。根据外特性曲线求 出斜率tgφ,则内阻 R0＝tgφ＝△U/△I=U0C/I SC 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U N，则内阻为 R0＝（U0C—U n）/I n 若二端网络的内阻值很低时，则不宜测其短路电流。 图6-1-4—1 有源二端网络的外特性图6-1-4—2 半电压法 （3）半电压法 如图6-1-4—2所示，当负载电压为被测网络开路电压一半时，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）示零法 在测量同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，往往采用零示法，如图6-1-4—3所示。
电源的等效变换 一. 填空题 1.电源可分 和 . 2.实际电压源的电路模型由 与 二者联而成,我们把内阻R 0=0的电 压源叫做 或 . 3.实际电流源的电路模型由 与 二者联而成。我们把内阻R 0=0的电压 源叫做, 或 . 4.恒压源与恒流源 等效变换.只有 电压源与 电流源之间才能 等效变换,条件是 ,公式是 和 .这里的所谓“等效”，是对 电路 而言的，对于 电路并不等效。 5．恒压源是输出 不随负载改变；恒流源的输出 不随负载改变。 6．理想电压源不允许 ，理想电流源不允许 ，否则可能引发事故。 二．选择题 1．理想电压源是内阻为（ ） A ．零 B.无穷大 C.任意值 2.实际电流源是恒流源与内阻( ) 的方式 A.串联 B.并联 C.混联 3.若一电压源U S =5V,r S =1Ω,则I S ,r S 为( ) A. 5A,1Ω B.1/5A,1 Ω C.1Ω, 5A. 4.电压源与电流源等效变换时应保证( ) A.电压源的正极端与电流源的电流流出端一致 B.电压源的正极端与电流源的电流流入端一致 C.电压源与电流源等效变换时不用考虑极性 5.多个电压源的串联可简化为( ) A.一个电压源 B.一个电流源 C.任何电源即可 三.判断题 1.电压源是恒压源与内阻串联的电路( ) 2.恒流源是没有内阻的理想电路模型( ) 3.电压源与电流源等效变换时不需要重要重要条件( ) 4.理想电压源与理想电流源可等效 变换( ) ５．电压源与电流源等效变换是对外电路等效（ ） 四.计算题 1.如图电源U S =6V,r 0=0.4Ω,当接上R=5.6Ω的负载电阻时,用电压源与电流源两种方法,计 算负载电阻上流过电流的大小. 2.如图,E 1=17V,R 1=1Ω,E 2=34V.R 2=2Ω,R 3=5Ω.试用电压源与电流源等效变换的方法求流过R 的电流 R1R2 E2 E1