叠加原理和戴维南定理

实验二、叠加原理和戴维南定理

实验预习：

一、实验目的

1、 牢固掌握叠加原理的基本概念，进一步验证叠加原理的正确性。 2、 验证戴维南定理。

3、 掌握测量等效电动势与等效内阻的方法。

二、实验原理 叠加原理：

在线性电路中，有多个电源同时作用时，在电路的任何部分所产生的电流或电压，等于这些电源分别单独作用时在该部分产生的电流或电压的代数和。

为了验证叠加原理，可就图1-2-1的线路来研究。当E 1和E 2同时作用时，在某一支路中所产生的电流I ，应为E 1单独作用在该支路中所产生的电流I '和E 2单独作用在该支路中所产生的电流I "之和，即I= I'+ I"。实验中可将电流表串接到所研究的支路中分别测得在E 1和E 2单独作用时，及它们共同作用时的电流和电压加以验证。

图1-2-1 叠加原理图

(a) (b)

图1-2-2 戴维南定理图

戴维南定理：

一个有源的二端网络就其外部性能来说，可以用一个等效电压源来代替，该电压源的电动势E 等于网络的开路电压U OC ；该电压源的内阻等于网络的入端电阻（内电阻）R i 。

图1-2-2的实验电路，现研究其中的一条支路（如R L 支路）。那么可以把这条支路以外的虚线部分看作是一个有源二端网络，再把这个有源网络变换成等效电动势和内阻R i 串联的等效电路。

三、预习要求与计算仿真

1、本次实验涉及到以下仪器：直流稳压电源、直流电压表、直流毫安表，电流插头、插座。关于这些设备的使用说明，详见附录，在正式实验前应予以预习。

2、根据图1-2-3、1-2-4中的电路参数，计算出待测量的电流、电压值，记入表中，以便与实验测量的数据比较，并帮助正确选定测量仪表的量程。

3、利用PSPICE 仿真软件，根据图1-2-3、1-2-4设计仿真电路，并试运行。（PSPICE 仿真软件的使用方法详见附录）

四、注意事项

1、测量各支路的电流、电压时，应注意仪表的极性以及数据表格中“+、-”号的记录。 2、电源不作用时，不可将稳压源直接短接。 3、用万用表直接测内阻时，网络内的独立电源必须先置零，以免损坏万用表，其次，欧姆表必须经调零后再进行测量。 4、改接线路时，要关掉电源。

五、思考题

1. 叠加原理中E 1、E 2分别单独作用，在实验中应如何操作？

2. 各电阻所消耗的功率能否用叠加原理计算得出？为什么？试用具体数据分析说明。 3. 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？

实验内容：

一、实验线路

实验线路如图1-2-3、1-2-4所示。

A

D E 1

I A I B

2

L

图1-2-3叠加原理实验电路 图 1-2-4戴维南定理实验电路

C

二、实验设备

三、实验步骤 1、 叠加原理实验

实验前，先将两路直流稳压电源接入电路，令E 1=12V，E 2=6V。 按图1-2-3接线，并将开关S 1、S 2投向短路一侧。（开关S 1和S 2分别控制E 1、E 2两电源

的工作状况，当开关投向短侧时说明该电源不作用于电路。）

1） 接通E 1=12V电源，S 2投短路侧（E 1单独作用），测量此时各支路电流，测量结果填

入表1-2-1中。

2） 接通E 2=6V电源，S 1投短路侧（E 2单独作用），测量此时各支路电流，测量结果填

入表1-2-1中。

3） 接通E 1=12V电源，E 2=6V电源（E 1和E 2共同作用），测量此时各支路电流，测量结

果填入表1-2-1中。

2、 戴维南定理实验

按图1-2-4接线，将一路直流稳压电源接入电路，令U 保持12V 。

1） 测网络的开路电压U OC 。将R L 断开，用电压表测有源二端网络开路电压U OC ，（A 、

B 两点间电压），即得等效电压源的等效电动势E S 。记入表1-2-2中。

2） 测网络的短路电流I SC 。将R L 断开，并将A 、B 两点间用一根短路导线相连，用电流表测有源二端网络短路电流I SC ，（A-mA-B 支路的电流），即得等效电流源的等效电流I S 。记入表1-2-2中。

3） 测有源二端网络入端电阻R i 。三种方法测量，结果记入表1-2-2中。

a) 先将电压源及负载R L 从电路中断开，并将原电压端所接的两点用一根短路导线相连。用万用表测出A 、B 两点间的电阻R AB （R AB =R i ）。

b) 测有源二端网络开路电压U OC 和有源二端网络短路电流I SC ，算出入端电阻R i 。（R i = U OC / ISC ）

c) 先断开R L ，测网络的开路电压U OC 。再将R L 接上，用电压表测负载R L 的两端电压U AB ，调节R L ，使U AB =（1/2） U OC ，则此时R i = RL 。（为什么？） 4）A 、B 间接R L （任意值），测R L 两端电压和流过R L 上的电流，记入表1-2-3中。

四、表格与数据 表1-2-1

五、实验报告

1、完成数据表格中的计算，进行必要的误差分析。 2、根据实验数据验证线性电路的叠加性与齐次性，验证戴维南定理的正确性。 3、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，考虑是否有其它测量方法。 4、心得体会及其它。

注：1、如下图所示，实验时可能会出现的类似电路。

图1-2-5 叠加原理实验电路

图1-2-6 戴维南定理实验电路