实验四戴维南定理及功率传输最大条件
戴维南定理、诺顿定理和最大功率传输的验证及分析
戴维南定理、诺顿定理和最大功率传输的验证及分析一．戴维南定理1.实验目的：1）掌握戴维南定理相关知识2）掌握利用Mulstim软件分析验证相关的原理3）加深对等效变换的理解。
2.实验原理：戴维南定理：含独立电源的线性电阻单口网络N，就端口特性而言，可以等效为一个电压源和电阻串联的单口网络。
Uoc称为开路电压，R0称为戴维南等效电阻。
当单口网络视为电源时，称此电阻为输出电阻R0；当单口网络视为负载时，则称为输入电阻Ri。
电压源Uoc和电阻R0的串联单口网络，称为戴维南等效电路。
3.实验步骤：1）画出电路2）算出理论值3）利用Mulstim软件分析验证4）得出结论理论值：R1电流I1=U/I=6A U=IR=12V二．诺顿定理1.实验目的：1）掌握诺顿定理相关知识2）掌握利用Mulstim软件分析验证相关的原理3）加深对等效变换的理解。
2.实验原理：诺顿定理：含独立源的线性电阻单口网络N，就端口特性而言，可以等效为一个电流源和电阻的并联。
电流源的电流等于单口网络从外部短路时的端口电流isc；电阻R0是单口网络内全部独立源为零值时所得网络N0的等效电阻。
4.实验步骤：1）画出电路2）算出理论值3）利用Mulstim软件分析验证4）得出结论理论值：U=1A×2×2/(2+2)=1V I=1V/2/2×(2+2)=1A三．最大功率传输1.实验目的：1）掌握最大功率传输相关知识2）掌握利用Mulstim软件分析验证相关的原理3）加深对等效变换的理解。
2.实验原理：最大功率传输定理是关于使含源线性阻抗单口网络向可变电阻负载传输最大功率的条件。
定理满足时，称为最大功率匹配，此时负载电阻（分量）RL获得的最大功率为：Pmax=Uoc^2/4R0。
直流电路含源线性电阻单口网络(Ro>0)向可变电阻负载RL传输最大功率的条件是：负载电阻RL与单口网络的输出电阻Ro相等。
满足RL=Ro条件时，称为最大功率匹配，此时负载电阻RL获得的最大功率为：Pmax=Uoc^2/4R0。
戴维南定理及最大功率输出定理
实验箱
电阻
二端电位器
电流插孔
注意事项
1.原电路和等效电路中RL=0,RL=∞点必测。 2.实现等效电路时电压源输出以电压表测量数 据为准。 3.最大功率点的确定方法。
R Ro 时 Pmax
4 Ro
Ro +
uoc -
+
u
-
R
基础性实验
(1) 测量有源二端网络外特性。
a I R1 U1 R2 U2 b Uab(V) I(mA) RL(Ω) 0 ∞
RL
测量值 计算值
注意RL= 0，∞点必测
基础性实验
(2) 测据所测的UOC及R0组成有源二端网络等效电路。 用伏安法实现等效电路的方法 b) 在有源二端网络等效电路中测量外特性及最大功率。
电工电子教学实验中心电工电子教学实验中心实验四戴维南定理及最大功率输出定理通过实验验证戴维南定理通过实验证明负载上获得最大功率的条件基础性实验
实验四 戴维南定理及 最大功率输出定理
电工电子教学实验中心
一、实验目的
1
通过实验验证戴维南定理
通过实验证明负载上获得最大功率的条件
2
实验内容
1
基础性实验：
根据给定线路完成实验
2
提高性实验
设计电路验证戴维南定理和最大功率输出定理 要求：（1）根据所给实验器件设计一有源二端网 络，该网络至少包括一个电压源和一个电流源，其 开路电压Uoc=10V，短路电流Isc =35mA。
实验原理
戴维南定理
i
a NS i Req Uoc + b i
2 u oc
a
b
最大功率输出定理
戴维宁定理及负载获得最大功率的条件
一、实验目的： 1、验证戴维宁定理的正确性。 2、掌握测量有源二端网络等效参数的一般方 法 3、验证输出功率获得最大的条件
• 二、实验原理： 1、戴维宁定理：任何一个线性含源二端网络，总可以 用一个等效电压源来代替，等效电压源的电动势E0等于 这个有源二端网络的开路电压U0C；其等效电阻R0等于该 网络中所有独立源均置零时的等效电阻。
U 0C R0 I SC
3、若要使负载获得最大的功率，必须使R0=RL，此时负 载上的电压和电流的乘积最大，即P=UI或P=I2RL，在极 个别情况下，RL = 0或RL = ∞此时，负载上的电压和电 流分别为零。
• 三、实验仪器： 1.万用电表 2.电阻箱 3.双路稳压电源 4.电阻 5.可调电阻 四、实验步骤： 1、用开路电压、短路电流法测定戴维南等效电路的参 数U0C和R0。 按图5—1（a）接线，将负载断开，用电压表直接测量 开路电压U0C；将负载短路，测量短路电流ISC，计算R0。
U（V）
I（mA） P（mW）
五、实验报告 1、短路电流、开路电压法确定等效电路的方法 2、记录整理测量数据，绘出外特性曲线U═f(IL)，验证 戴氏定理的正确性，并分析产生误差的原因。 3、用坐标纸作P═f(RL)的曲线，说明获得最大功率的条 件是什么？
所谓等值（等效）是指外部的特性而言，即在上图中a、 b两端如果接相同的负载，其负载端的电流和电压也是 相同的。
2、开路电压、短路电流法测量有源二端网络等效参数的方法 在有源二端网络输出端开路时，用电压表直接测量其输出 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ISC，则其内阻为：
2、负载实验 按图5—1（a）改变RL阻值，测量有源二端网络的外特 性 RL（Ω） 0 ∞
戴维南定理及负载获得最大功率的条件
戴维南定理及负载获得最大功率的条件哎呀，今天我们来聊聊戴维南定理吧，这个名字听起来有点复杂，其实说白了就是一种很聪明的电路分析方法。
想象一下，电路就像一锅炖汤，有些材料是你知道的，有些材料可能让你一头雾水。
不过，别担心，我们慢慢来，让它变得简单有趣。
戴维南定理的核心思想就是把复杂的电路简化成一个更简单的模型。
就像你在看一部电影，情节复杂得让人晕头转向，结果导演给你来了个快进，让你一下子明白了大概。
这个定理告诉我们，不管电路多复杂，咱们总能把它化简成一个电压源和一个电阻的组合。
简单说，就是把所有那些繁琐的元件和线路，统统打包成一个小小的“盒子”。
这样一来，分析电路就轻松多了。
有些小伙伴可能会问，这样做有什么好处呢？哎，这可就有意思了。
你知道，当你要修一台老旧的电视时，找到问题的关键就能省下不少麻烦。
而戴维南定理就像你的修理工具，让你能迅速找到问题所在。
假设你有个电源和一些负载设备，如果你想知道负载能获得多少功率，戴维南定理帮你把复杂的电路简化，让你一眼看明白。
说到负载最大功率的条件，嘿嘿，这可是个关键点！想象一下，你在聚会上，大家都想尽情享受美食。
如果你给每个人分的食物都刚好够，他们才能吃得尽兴，乐得合不拢嘴。
这就像在电路中，负载想获得最大功率时，必须满足一个条件，那就是负载电阻要等于戴维南等效电阻。
换句话说，就是“门当户对”，负载与电源的匹配才最舒服。
如果负载电阻小了，电源就会不高兴，功率反而减少；如果负载电阻大了，电源也会觉得不爽，功率也会降低。
真是“兔子不吃窝边草”，只有在适合的情况下，才能让大家都满意。
要是你遇到一个负载电阻正好等于戴维南等效电阻，那可真是万事俱备，只欠东风，功率自然就大了。
这种现象其实在生活中随处可见。
比如你和朋友一起去咖啡店点饮料，如果你们俩点的正好是一杯大杯和一杯小杯，咖啡店的老板肯定乐得合不拢嘴，生意好得不得了。
相反，大家都点了大杯，咖啡店却没那么多原料，那可就尴尬了，功率自然就上不去。
实验三、四 戴维南定理的验证及最大功率传输定理的验证
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。
戴维南定理和诺顿定理,最大功率传输定理分析
戴维南定理和诺顿定理、最大功率传输定理分析在电路的求解过程中, 如果不要求计算全部支路的电压、电流，而只计算某支路的电压、电流或功率时，应用回路(网孔)电流法和结点电压法列写方程进行求解将十分繁琐，而采用一端口网络定理即戴维南/诺顿定理求解则较简便。
戴维南定理指出：任何线性含源一端口网络对于外部性能来说，可以用一个电压源等效代替。
其电压源的电压等于原一端口网络的开路电压Uoc，其内阻等于原一端口网络变为无源一端口网络后的入端电阻Req。
应用戴维南定理的关键是求开路电压和入端电阻。
诺顿定理指出：任何线性含源一端口网络对于外部性能来说，可以用一个电流源等效代替。
电流源的电流等于原一端口网络的短路电流Isc，其内电导Geq(或电阻Req)等于原一端口网络变为无源一端口网络后的入端电导Geq(或电阻Req)。
应用诺顿定理的关键是求短路电流Isc和入端电导Geq。
1、戴维南定理图1.14(a)中,电路结构和参数已给定,应用戴维南定理求电流I=？(图中电阻的单位为欧姆)。
分析：应用戴维南定理的关键是求出a,b两端的开路电压Uoc和入端电阻Req。
Uoc等于ab两端将负载开路后的电压；Req等于将ab左边的含源二端网络变为无源二端网络时的入端电阻。
求开路电压的等效电路如图(b)所示,方法不限。
本题用结点电压法。
入端电阻的等效电路如(c)所示；利用图(d)求出待求量。
方程式及结果如下：将负载开路,如(b)。
在(b)中求ab两端的开路电压Uoc：[(1/R1)+(1/R2)]Uoc=(Us1/R1)+IS代入数据, 解得 Uoc=32V为求入端电阻，在(b)中，将独立源置零，如(c)。
则ab两端的入端电阻：Req=4+5//20=8Ω则戴维南等效电路如图(d)。
电流I=32/(8+2)=3.2A图1.142、诺顿定理图1.15(a)中,电路结构和参数已给定,用诺顿定理求电流I=？(图中电阻的单位为欧姆)。
分析：应用诺顿定理的关键是求出a,b两端的短路电流Isc和入端电阻Req(或电导Geq),Isc等于ab两端将负载短路时的电流如图(b)所示；Req(或电导Geq)等于将ab左边的含源二端网络变为无源二端网络时的入端电阻(或电导), 其等效电路如 (c)所示；最后利用图(d)求得待求量。
戴维南定理验证和最大功率传输条件的测定
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。
戴维南定理及最大功率传输定理实验报告
戴维南定理及最大功率传输定理实验报告戴维南定理及最大功率传输定理实验报告1. 引言戴维南定理和最大功率传输定理是电路分析和设计中的重要理论基础。
本实验旨在通过实际操作和测量，验证戴维南定理和最大功率传输定理的有效性，以深入理解这两个概念的原理和应用。
2. 实验背景2.1 戴维南定理戴维南定理是基于电路中的等效原理，它指出在一段时间内，电路中的任意一个电阻器都可以看作是一个独立的电源。
戴维南定理能够简化复杂电路的分析过程，并且为电路设计和优化提供了便利。
在本实验中，我们将通过测量电压和电流的方法来验证戴维南定理。
2.2 最大功率传输定理最大功率传输定理是在给定电阻器的情况下，如何通过选择电源电压和电源电阻值来实现最大功率传输。
最大功率传输定理在实际电路设计和应用中具有重要的实用性。
通过本实验，我们将验证最大功率传输定理，并研究如何通过调整电源电压和电源电阻来达到最大功率传输。
3. 实验步骤3.1 实验仪器与材料- 电路板、电源、电阻器、电压表、电流表等实验仪器与材料。
3.2 实验设计- 搭建一个简单的电路，包含一个电源、一个电阻器和一块电路板。
- 使用电压表和电流表分别测量电路中的电压和电流。
- 通过改变电源电压和电源电阻的数值，记录电压和电流的变化。
- 根据测量结果绘制电压-电流特性曲线。
3.3 实验操作- 依据实验设计搭建电路，并连接电压表和电流表。
- 开启电源，记录不同电源电压和电源电阻下的电压和电流数值。
- 根据测量结果绘制电压-电流特性曲线，并分析曲线的特点。
- 根据测量结果计算并比较不同电源电压和电源电阻下的功率值。
3.4 数据处理与分析- 根据测量结果绘制电压-电流特性曲线，并标出最大功率对应的点。
- 计算出不同电源电压和电源电阻情况下的功率值，并进行比较分析。
- 分析结果是否符合最大功率传输定理，并给出解释。
4. 实验结果与讨论实验结果显示电压-电流特性曲线呈抛物线状，且存在唯一的最大功率点。
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实验四戴维南定理及功率传输最大条件
专业：通信工程班级：09 学号：120091102117 姓名：徐爱兵
实验日期：2010-10-8 实验地点：D302 指导老师：曹新容
一、实验目的：
1、用实验方法验证戴维南定理的正确性。
2、学习线性含源一端口网络等效电路参数的测量方法。
3、验证功率传输最大条件。
二、原理及说明
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 。
三、实验内容：
1、线性含源一端口网络的外特性
按图3-3接线，改变电阻R L值，测量对应的电流和电压值，数据填在表3-1内。
根据测量结果，求出对应于戴维南等效参数U oc,I sc。
表3-1 线性含源一端口网络的外特性
2、求等效电阻Ro
利用原理及说明2中介绍的3种方法求R。
，并将结果填入表3-2中，方法（1）和方法（2）数据在表3-1中取，方法（3）实验线路如图3-4所示。
表3-2 等效电阻R0
3、戴维南等效电路
利用图3-4构成戴维南等效电路如图3-5所示，其中U0= R0= 。
测量其外特性U=f(I)。
将数据填在表3-3中。
表3-3 戴维南等效电路
4、最大功率传输条件
1.根据表3-3中数据计算并绘制功率随R L变化的曲线：P=f(R L) 。
2.观察P=f(R L)曲线，验证最大功率传输条件是
四、实验记录：
1、线性含源一端口网络的外特性
按图3-3接线，改变电阻R L值，测量对应的电流和电压值，数据填在表3-1内。
根据测量结果，
求出对应于戴维南等效参数U oc,I sc。
表3-1 线性含源一端口网络的外特性
2、求等效电阻Ro
利用原理及说明2中介绍的3种方法求R。
，并将结果填入表3-2中，方法（1）和方法（2）数据在表3-1中取，方法（3）实验线路如图3-4所示。
表3-2 等效电阻R0
3、戴维南等效电路
利用图3-4构成戴维南等效电路如图3-5所示，其中U0= 7.183V R0= 443.66 欧
测量其外特性U=f(I)。
将数据填在表3-3中。
表3-3 戴维南等效电路
4、最大功率传输条件
1.根据表3-3中数据计算并绘制功率随R L变化的曲线：P=f(R L) 。
2.观察P=f(R L)曲线，验证最大功率传输条件是
根据表格数据可得：当功率达到最大的时候，电阻R1=500欧姆。
五、实验结论：
1、由1、
2、3实验数据及曲线图验证了戴维南定理。
2、由实验4的数据及曲线图表明：在一定范围内，输出功率随着负载电阻的增大而增大；当负载电阻达到某一个值时，有最大输出功率；当负载电阻继续增大时，输出功率随着负载电阻的增大而减小。
负载电阻R L获得最大功率条件是负载电阻R L等于电源内阻r0。