戴维宁定理及负载获得最大功率条件的验证

实验五戴维南定理的验证及最大功率传输条件测定实验原理：戴维南定理：戴维南定理就是说：任意一个线性电路，可以用一个等效的电源，以及串联一个等效的电阻，来代替原来的电路。

最大功率传输原理：在电路中，当外部电阻 = 电路内部电阻时，所传输的功率最大。

实验仪器：- 数字万用表- 直流电源- 多用电表- 变阻器- 电阻箱- 单电池实验步骤：1. 接线。

将电阻箱用导线连接到直流电源上，使之形成一个简单的电路，然后把多用电表钳子夹到电路上，以测电路的电压和电流。

2. 测定内阻。

设置直流电源为2V，给电路供电，并调整变阻器的电位器大小，以便多用电表读出电流值为1A，此时电路内阻即为R = U / I = 2Ω。

3. 测定开路电势。

拆下电阻箱中的电阻，测定其的电势为V，此处测得开路电势E=1.5V。

4. 测定最大功率传输条件下的电流和电压。

将电阻箱重连回电路中，调整电位器大小，使之达到最大功率传输条件，然后测量电路的电流和电压。

5. 比较两种情况下的功率。

先根据测量数据计算出两种情况下电路的功率，然后比较两种功率大小，以确定在哪种情况下，最大功率得以传输。

实验结果：我们在实验中得到了以下数据：- 内阻R = 2Ω- 开路电势 E = 1.5V- 最大功率传输条件下，I = 0.667A，U = 1V- 情况一：I = 0.5A，U = 1.5V，P1 = 0.75W- 情况二：I = 0.667A，U = 1V，P2 = 0.667W通过计算得到，P1 > P2，因此，最大功率传输条件是在I = 0.667A，U = 1V 的情况下。

通过实验，我们验证了戴维南定理，确定了最大功率传输条件。

在电路的内部与外部阻值相等时，所传输的功率最大。

这一实验可以帮助我们更好地了解电路的工作原理，为我们因地制宜的配置电路提供了理论依据。

实验三、四 戴维南定理的验证及最大功率传输定理的验证一、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。

3. 掌握测量开路电压与等效内阻的方法。

4. 掌握最大功率传输定理。

二、实验原理1. 戴维南定理任何一个线性有源网络，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（或称为有源一端口网络）。

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。

U OC （U S ）和R 0称为有源二端网络的等效参数。

2. 有源二端网络等效电阻的测量方法 （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 ，则等效内阻为：SCOC0I U R =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络的外特性曲线，如图5-1所示。

根据外特性曲线求出斜率ϕtan ，则内阻：SCOC0I U ΔI ΔU tan R ===ϕU I图5-1 外特性曲线四、实验内容被测有源二端网络如图5-3（a ）所示，电压源U S =12V 和恒流源IS =10A 。

Ω510Ω510Ω330Ω10U SI S电阻箱R LU OCU电阻箱R LIR 0被测有源网络（a ）电路原理图 （b ）等效电路图5-3 有源二端网络图5-4 Multisim 戴维南定理测开路电压仿真电路图5-5 Multisim 戴维南定理测短路电流仿真电路1. 用开路电压、短路电流法测量戴维南等效电路的U OC、R0。

实验三 戴维宁定理的验证一、 实验目的1、 验证戴维宁定理。

2、 学习测量有源二端网络的开路电压和等效阻的方法。

3、 通过实验加深对戴维宁定理应用的理解，加深对电源等效概念的理解。

二、 实验容1、 按照戴维宁定理的理论分析步骤，用实验的方法验证。

三、 实验元器件、仪器与设备1、 智能化电工与电子技术实验台；2、 数字式万用表；四、 实验原理1、 戴维宁定理任何一个线性有源二端网络，对与其相连的负载或电路来说，总可以用一个理想电压源和电阻相串联的有源支路代替，其理想电压源的电压E 等于该有源二端网络端口a 、b 的开路电压Uab ，其阻等于原网络中所有独立电源去除后的a 、b 端口的等效电阻Rab 。

其原理示意图如图3-1所示：图3-1戴维宁定理电源等效示意戴维宁定理用于计算复杂电路中的某个电阻上或支路上的电压或电流，它的理论分析步骤： 1） 划出有源二端网络：通常需要分析的电阻或支路（负载支路）之外的电路就是有源二端网络，其连接的两个端点就是上图所示的a 、b 端点。

断开该负载支路与有源二端网络的连接。

2） 计算有源二端网络的等效电动势E ：采用各种电路分析方法计算去除负载支路后a 、b 两点的开路端电压Uab ，Uab=E 。

3） 计算有源二端网络的等效电源阻Rab ：将断开负载支路的有源二端网络中所有的理想电压源和电流源去除，其方法：将理想电压源短路，将理想电流源开路，使它们无法输出有效的电路激励E 和Is 。

此后，采用电阻串、并联的分析方法计算剩下电路（无源网络）中的等效电阻Rab ，Rab=Ro 。

4） 计算负载支路的电流或电压：此时复杂的有源二端网络就等效为图3-1右图所示的等效电源，将负载支路重新接到a 、b 端点上，按图3-2即可非常简单地求出所需的电流或电压值。

RL图3-2戴维宁等效电路2、 定理由于任何一个电源都可以等效为电压源形式也可以根据需要等效为电流形式，如用一个理想电压源和电阻相串联的有源支路代替线性有源二端网络，就是戴维宁定理；如用一个理想电流源和电阻相并联，就是定理。

电路原理实验报告纸姓名学号专业班级指导教师同组人实验日期实验名称[实验目的]1.用实验方法验证戴维南定理，加深理解等效电路的概念。

2.掌握有源二端网络的开路电压和输入端等效电阻的测定方法，并了解各种测量方法的特点。

3.验证有源二端元件输出最大功率的条件。

[实验原理]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[实验仪器]名称数量型号1.双路可调直流电源1块301210462.直流电压电流表1块301112093.电阻10只10Ω*2 51Ω*1 100Ω*3150Ω*2 220Ω*1 330Ω*14.短接桥和链接导线若干P8-1和501485.实验用9孔插件方板1块297mm × 300mm[实验步骤]1.测量有源一端口网络的开路电压U OC和输入端等效电阻。

实验五戴维南定理的验证及最大功率传输条件测定实验五戴维南定理的验证及最大功率传输条件测定一、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。

3．掌握负载获得最大传输功率的条件。

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：任何一个线性有源二端网络，总可以用一个等效电压源来代替，此电压源的理想电压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。

2. 有源二端网络等效参数的测量方法 (1) 开路-短路法测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? (2) 直接测量法测R0UOC。

ISC 将A、B支路断开，电压源短接，电流源去掉，用万用表电阻档直接测量R0 。

3．负载获得最大功率的条件图5-1可视为由一个电源向负载输送电能的模型，R0 可视为电源内阻和传输线路电阻的总和，RL为可变负载电阻。

当满足RL?R0时，负载从电2US源获得最大功率。

最大功率PM?，这时，4R0称此电路处于“匹配”工作状态。

图5-1 三、实验设备序号名称型号与规格 1 2 3 4 5 6 7 8四、实验内容可调直流稳压电源可调直流恒流源直流电压表直流毫安表万用表可调电阻箱电位器戴维南定理实验电路板 0～30V 0～500mA 0～200V 0～200mA 500型 0～99999.9Ω1K/2W 被测有源二端网络如图5-2(a)。

（α）（Ь）图5-21. 负载实验。

按图5-2(a)接入稳压电源US?12V和恒流源IS?10mA，接入RL。

改变RL阻值，测量有源二端网络的外特性曲线。