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會員注冊實驗三、戴維南定理和諾頓定理實驗
一、 實驗目的
1、 通過對戴維南定理和諾頓定理的實驗驗證，加深對等效電路概念的理解。
⒉ 學會幾種測量電源內阻以及開路電壓的方法。
3、學會用補償法測量含源一端口網(wǎng)絡等效參數(shù)。
二、實驗原理
根據(jù)戴維南定理，任何一個線性含源一端口網(wǎng)絡，它的外部特性，總可以等效為理想電壓源Uoc和電阻Rs的串聯(lián)組合支路。Uoc為原網(wǎng)絡開路電壓，Rs為原網(wǎng)絡去源后的端口處的入端電阻，如圖3-1所示。
任何一個線性含源一端口網(wǎng)絡，根據(jù)諾頓定理，它的外部特性，總可以等
效為理想電流源Isc和一電導Gs的并聯(lián)組合。Isc為原網(wǎng)絡的短路電流，Gs為原
網(wǎng)絡去源后端口處的入端電導。
如圖3-2所示。
戴維南定理和諾頓定理是兩個完全獨
立的定理，盡管兩定理所述等效電路之間存在對偶形式，且有
Uoc=IscRs Gs=1/Rs 的關系。
電路的等效性在于變換前后原電路和等效電路的外部特性保持不變。即端口
CD 處的電壓和端口電流保持不變。在滿足這一前提下，含源一端口網(wǎng)絡戴維南
等效電路的Uoc和Rs 以及諾頓等效電路的Isc和Gs被稱為含源一端口網(wǎng)絡的
等效參數(shù)。等效參數(shù)的測量是將含源一端網(wǎng)絡等效為戴維南電路和諾頓電路的關
鍵。
關于含源一端口網(wǎng)絡開路電壓Uoc的測量:常用方法有兩種，直接測量法和
補償法。
1、直接測量法：
當含源一端口網(wǎng)絡去源后的入端電阻Rs與電壓表內阻Rv相比,Rs<<Rv, 即
Rs相對于Rv可以忽略不計時，可以直接用電壓表測量開路電壓。如圖3-3(a)所
示,電壓表讀數(shù)即是含源一口網(wǎng)絡的開路電壓Uoc。
2、補償法:
當含源一端口網(wǎng)絡去源后的入端電阻Rs與電壓表內阻Rv相比較，不可忽
略時，用電壓表直接測量開路電壓，會影響被測電路的原工作狀態(tài)，使所測電壓
與實際值之間有較大誤差。這時用補償法可以排除電壓表內阻Rv對測量所造成
的影響。
圖4-3(b)是用補償法測量開路電壓的電路圖，測量步驟如下：
先將補償電路中開關K開啟，將C’D’與CD對應相接，調整補償電路中分
壓器的輸出電壓，使它近似等于用電壓表直接測量閉合回路電壓。再閉合開關K，
細調補償電路中分壓器的輸出電壓，待檢流計中無電流通過即指針指示為零。此
時電壓表讀數(shù)即是被測電源一端口開路電壓Uoc。由于檢流計中無電流，相當于
CD開路，補償電流的接入，沒有影響一端口的工作狀態(tài)。
(a)Rs<<Rv (b) Rs≈RV
r
圖 3－3
含源一端口網(wǎng)絡入端等效電阻Rs的求法：
比較簡單的含源一端口網(wǎng)絡入端電阻，可將網(wǎng)絡中電壓源短路，電流源開路
（去源）后，根據(jù)網(wǎng)絡中電阻的串并聯(lián)組合，通過計算求得Rs。
比較復雜的含源一端口網(wǎng)絡，很難通過計算求得入端電阻。亦可通過測量（直
接法、補償法）含源一端口網(wǎng)絡的開路電壓Uoc和短路電流Isc，則Rs=Uoc/Isc
對于復雜含源一端口網(wǎng)絡還可以將網(wǎng)絡去源后，在端口處加一電壓源U，按圖
3-4接線，用電壓表和電流表測無源一端口網(wǎng)絡端口處的電壓U和電流I，則Rs=U/I
三、實驗儀器及設備
直流穩(wěn)壓穩(wěn)流源 一臺
直流毫安表 一塊
數(shù)字萬用表表 一塊
ZH－12通用電學實驗臺
檢流計 (或直流微安表) 一塊
電阻 五只
電位器 一只
導線若干
四、實驗內容與步驟
1、 在ZH－12通用電學實驗臺上按圖3-5接線，U1=25V，C,D左側用虛線
框起部分為含源一端口網(wǎng)絡。
2、測量含源一端口網(wǎng)絡的外部特性：將S1、S2閉合，調節(jié)外接電阻RL，使其分別為表3-1中所列數(shù)值，記錄通過R2電流(即RL中電流，X5，X6接口處毫安表讀數(shù))和C、D間電壓填入表3-1中。
表3-1
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RL（Ω） |
0 |
500 |
1k |
1.5k |
2k |
2.5k |
開路 |
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I（mA） |
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U（V） |
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3、步驟2中RL=0的電流（短路電流Isc）和開路電壓(此電壓在步驟2中采用直接測量法測得)Uoc代入公式Rs=RCD=Uoc/Isc
求出Rs
4、再用補償法重作步驟3，測量Uoc Rs=RCD=Uoc/Isc
5、 將Uoc用直流穩(wěn)壓電源代替，調節(jié)直流穩(wěn)壓電源輸出電壓為Uoc，與Rs
串聯(lián)組成戴維南等效電路如圖3-6，調節(jié)RL,使其分別為表3-1中數(shù)值，測量RL
電流和CD間電壓，填入表3-2中。比較表3-1和表3-2數(shù)據(jù)，驗證戴維南定理。
表3-2
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RL（Ω） |
0 |
500 |
1 k |
1.5 k |
2k |
2.5k |
開路 |
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I（mA） |
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U（V） |
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6、將步驟1中RL=0的短路電流Isc用恒流源替代，調節(jié)恒流源的輸出電流等于Isc，
與Rs并聯(lián)構成諾頓等效電路，如圖3-7所示。調節(jié)RL使其分別為表3-3中數(shù)值，測量RL中
電流和CD間電壓，填入表3-3中，比較表3-1和表3-3中數(shù)據(jù)以驗證諾頓定理。
表3-3
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RL（Ω） |
0 |
500 |
1 k |
1.5 k |
2k |
2.5 k |
開路 |
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I（mA） |
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U（V） |
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五、實驗報告
在同一張坐標紙上畫出原一端口網(wǎng)絡和各等效網(wǎng)絡的伏安特性曲線，并做分析比
較，說明如何驗證戴維南定理和諾頓定理.
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