实验八 戴维南定理和诺顿定理
戴维南定理与诺顿定理
3Uo 2
a +
U– ob
1
+ – 2V 2
加压求流
2
–+ 66UUo
a
I+ +
U– o
U –
b
a
– 0.53
+ –
– 0.267 V b
U 6U 2I 1 2 I 0 1 2
I 5U 15 U
22
8
Ro
U I
3
0.53
三、诺顿定理
I1 = 10 mA
2.
求 Isc
5
I1
Uoc 20103 I2 35 V
a I1=40 /（5 103）= 8 mA
+
–
40V 20k
I2=0
IC
b
Isc
Isc=I1+IC=1.75I1 =14 mA
Ro
U oc Isc
2.5 k
作业；2-19 ~ 22
N
–Uoc
戴维南等
效电阻
No
Ro
戴维南定理的证明：
设一线性网络与单口网络N相连：
用替代定理将
I
N
+ U –
外 电 路
a +
外电路用电流 源IS = I 代替
N
U –
IS = I
b
据迭加定理把U 看做网络内部电源
和外部电流源共同作用的结果，则：
I
a
N
+U’+
–
No
+U’’
– Is
=
I
戴维南定理和诺顿定理的验证实验+数据
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 SCOCO 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。
分别用戴维宁定理和诺顿定理
分别用戴维宁定理和诺顿定理一、戴维宁定理戴维宁定理是数学家约翰·戴维宁(John Davidihing)重要的成就，它有助于证明局部可导的函数的极限是全局可导的。
这一定理具有重要的理论意义，因为它丰富了函数极限的概念，并为微分几何和复分析提供了重要的技术工具。
戴维宁定理的具体内容是：设f(x)是连续在[a, b]上的函数，并且存在以(a, b)为间隔的非负实数n，使得在[a, b]上部分可导函数（存在区间[c, d]上 n-1次可导，则[a,b]上也存在n-1次可导）那么f(x)在[a, b]上可以进行n次连续可导，并且在[a, b]上有n次导数存在。
戴维宁定理可以简单阐述如下：如果函数在某个区间中可导，那么它在整个区间中也是可导的。
即当函数f(x)在区间[a, b]上有 n-1次可导，则它在[a, b]上也存在n次可导，并且在[a, b]上的n次导数存在。
二、诺顿定理诺顿定理是数学家约翰·诺顿(John Nortonon)在1915年提出的一个定理，它宣告函数在极限中变得越来越平滑。
该定理表明，当一个函数可以在某一区间内满足n次可连续可导的条件后，它将会在整个区间都满足这些条件。
将进一步阐明，诺顿定理的条件非常简单。
它指出，除非函数f(x)在[a,b]上存在以下两个条件：（1）f(x)是n次可连续导数（2）且f(a)、f《b)不同，则函数f(x)在[a,b]上存在n+1次可连续导数。
从这里可以看出，诺顿定理是一种进一步完善的定理，其它定理都表明函数变得复杂，而该定理却表明函数变得越来越平滑或者更准确地说，变得更理想。
总之，戴维宁定理和诺顿定理都是函数理论中极其重要的两个定理，它们对于广义函数和微积分中函数极限的理解有着深远的影响。
戴维南定理和诺顿定理的验证实验+数据
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 SCOCO 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。
戴维南定理和诺顿定理实验报告
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U 0C ，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R 0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U 0C 、I SC 和R 0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R 0的测量方法 （1）开路电压、短路电流法测R 0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 SCOCO 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。
8.戴维宁定理和诺顿定理
u Req i
a
iSC
b
2 3
方法更有一般性。
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电子信息科学与技术专业《电路分析》 阮许平主讲
注： (1) 外电路可以是任意的线性或非线性电路，外电路
发生改变时，含源一端口网络的等效电路不变(伏 -安特性等效)。 (2) 当一端口内部含有受控源时，控制电路与受控源 必须包含在被化简的同一部分电路中。
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例2
求电压U。
解 本题用诺顿定理求 比较方便。因a、b 处的短路电流比开 路电压容易求。
(1) 求短路电流Isc
I sc
6 3 + 24V – 6 3
6 6 1A b a + U –
24 1 24 3 3A 6 // 6 3 2 3 // 6 6 3 6
电子信息科学与技术专业《电路分析》 阮许平主讲
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1 当网络内部不含有受控源时可采用电阻串并联和△－Y
互换的方法计算等效电阻；
2 外加电源法（加压求流或加流求压）。 a a P P + + u i u i Req Req – – b b 3 开路电压，短路电流法。 Req + uoc Uoc Req – i sc
2 U oc 60 2 45W 4 Req 4 20
注
(1) 最大功率传输定理用于一端口电路给定, 负载电阻可调的情况; (2) 一端口等效电阻消耗的功率一般并不等于 端口内部消耗的功率,因此当负载获取最大 功率时,电路的传输效率并不一定是50%;
(3) 计算最大功率问题结合应用戴维宁定理 或诺顿定理最方便.
(2) 求等效电阻Req
戴维南定理与诺顿定理
戴维南定理与诺顿定理
六、实验报告要求：
1、根据测量数据，在同一坐标系中绘制等效
前后的U-I曲线；
2、将理论值与实验测量数据相比较，分析(fēnxī)
产生误差的原因；
3、实验小结。
共十六页
内容(nèiróng)总结
戴维南定理与诺顿定理。戴维南定理与诺顿定理。戴维南定理与诺顿定 理。1、通过验证戴维南定理与诺顿定理，加深对等效概念的理解。2、学 习测量有源二端网络的开路电压和等效内阻的方法。将原网络端口a、b之 间用导线短接，流过导线的电流就是短路电流Isc。戴维南定理和诺顿定理 是一对互为对偶形式的定理。Uoc = Isc ×Ro。1、利用戴维南定理和诺顿定 理分别计算(jìsuàn)该网络的开路电压U’oc、等效电阻R’o和短路电流I’sc
源Is=10mA，接入实验电路，测量该网络(wǎngluò)的
开路电压Uoc、等效内阻Ro和短路电流Isc，分别 填入表2.3.3中。（注：本实验中开路电压Uoc 、等效内阻Ro 的测量均采用直接测量法。）
Uoc(V)
Isc(mA)
R0(Ω)
Uoc/Isc (Ω)
实测值
共十六页
戴维南定理与诺顿定理
2、诺顿定理：
任何(rènhé)一个线性有源二端网络，对外电路来说，总 可以用一个理想电流源和电导并联的有源支路代替，
其中理想电流(diànliú)源的电流(diànliú)值等于原
网络端口的短路电流Isc，电导等于原网络中所有独 立电源为零时的等效电导。
诺顿等效
共十六页
戴维南定理与诺顿定理
戴维南定理和诺顿定理是一对 互为对偶(duì ǒu)形式的定理。对同一 个电路而言，其开路电压Uoc、短 路电流Isc和等效内阻Ro满足下式：
08戴维南和诺顿定理
4.3 戴维南定理和诺顿定理
(Thevenin’s Theorem and Norton’s Theorem)
一、 戴维南定理 二、 步骤 三、 求戴维南等效电路的方法 例题 四、诺顿定理 五、 最大功率传输定理
4.3 戴维南定理和诺顿定理
一、戴维南定理
对于任意一个线性含源二端网络NS，就其两个端钮a、b而 言，可以用一条实际电压源支路对外部进行等效，其中电压源
b
a +
NS
_uOC
b
a
N0
Req
b
戴维南等效电源的极性应与所求开路电压的 极性保持一致！
戴维南定理证明
4.3 戴维南定理和诺顿定理
Ia
a
+
替代
+
负
NS
U载
NS
U
_
I_
b
b4.3 戴维南定理和源自顿定理aIaa
+ 叠加
+
+
NS
U
I_
NS
U'=UOC +
N0
U"
_
I_
b
b
b
Req
U U U UOC ReqI
U '' OC
1 12 1 11
12
11
7 V
6
4.3 戴维南定理和诺顿定理
解
第一步：求开路电压Uoc。 方法：叠加定理 1、电压源单独作用，
1Ω
1Ω
a + 2Ω
1A 1Ω
+_ 1V 1Ω
Uoc
_
b
求U’oc。 UO' C
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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。
②间接计算法：是在等效内阻Ro 已知的情况下，先测出开路电压Uoc ，再由Isc ＝Uoc/Ro 计算得出。
⑶等效内阻Ro 的测量方法 ①直接测量法：将有源二端网络电路中所有独立源去掉，用万用表的欧姆档测量去掉外电路后的等效电阻Ro
②加压测流法：将含源网络中所有独立源去掉，在开路端加一个数值已知的独立电压源E ，如图8-2所示，并测出流过电压源的电流I ，则Ro ＝E/I
③开路、短路法：分别将有源二端网络的输出端开路和短路，根据测出的开路电压和短路电流值进行计算：Ro ＝Uoc/Isc
④伏安法：伏安法测等效内阻的连接线路如图8-3(a)所示，先测出有源二端网络伏安特性如图8-3(b)所示，再测出开路电压Uoc 及电流为额定值IN 时的输出端电压值UN ，根据外特性曲线中的几何关系，则内阻为
R o=tgφ=
N
N
I U Uoc Isc Uoc -=…………………………（2） ⑤半电压法
调被测有源二端网络的负载电阻R L ，当负载电压为被测有源二端网络开路电压Uoc 的一半时，负载电阻值（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。
⑥外电加阻法：
先测出有源二端有网络的开路电压Uoc ，然后在开路端接一个已知数值的电阻ｒ，并测出其端电压Ur ，则
r
Ur
r Ro Uoc =+
r
=
∴
/
(-
Ro).1
Ur
Uoc
实际电压源和电流源都具有一定的内阻，不能与电源本身分开。
所以在去掉电源时，其内阻也去掉了，因此会给测量带来误差。
三、实验设备
四、实验内容与步骤
被测有源二端网络如图8-4(a)和图8-5(a)所示，用户可根据自己使用的实验挂箱选择其中之一。
1.测有源二端网络的等效参数
⑴按图8-4(a)线路，将有源二端网络电路中所有独立源去掉(Es用短路线代替，Is开路)，用万用表的欧姆档测量去掉外电路后的等效电阻Ro；然后用加压测流法测出E和I，再由Ro＝E/I求出Ro。
⑵用开路电压、短路电流法测定戴维南等效电路和诺顿等效电路的U OC、I SC。
按图8-4(a)线路接入稳压电源Es和恒流源Is，测定Uoc和I SC，计算Ro之值。
⑶用伏安法测等效内阻Ro。
在有源二端网络输出端接入负载电阻箱R L，测出额定电流
I N＝15mA下的额定电压U N，根据公式②计算等效内阻Ro，数据记入表8-1中。
表8-1测等效内阻Ro
*⑷用外加电阻法测等效内阻Ro。
在有源二端网络输出AB端接入已知阻值R′＝510Ω的电阻，测量负载端电压U′，数据记入表8-1中。
**(5)使用图8-5时E=9V。
2. 负载实验
⑴测量有源二端网络的外特性，在图8-4(a)的AB端接入负载电阻箱R L，改变阻值，测出
相应的电压和电流值，数据记入表8-2中。
8-3中。
表8-3戴维南等效电路的外特性
*⑶验证诺顿定理：将上一步骤用作等效电阻Ro的电位器(阻值不变)与直流恒流源Is并联，恒流源的输出调到步骤“1”时所测得的短路电流Isc之值，如图8-4(b)所示(开关S投向2)，测其外特性，对诺顿定理进行验证，数据记入表8-4中。
表8-4诺顿等效电路的外特性
五、实验注意事项
1. 测量电流时要注意电流表量程的选取，为使测量准确，电压表量程不应频繁更换。
2. 实验中，电源置零时不可将稳压源短接。
3. 用万用表直接测Ro时，网络内的独立源必须先去掉，以免损坏万用表。
4. 改接线路时，要关掉电源。
5. 实验步骤中打*号的内容可以根据情况选做。
六、预习思考题
1. 在求戴维南等效电路时，测短路电流I SC的条件是什么？在本实验中可否直接作负载短路实验？请在实验前对线路8-4(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. 总结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。
七、实验报告
1. 根据步骤2和3，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. 根据实验步骤中各种方法测得的U OC与R O与预习时电路计算的结果作比较，你能得出什么结论。
3. 归纳、总结实验结果。