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1、实验指导实验 1 网络定理的研究一、实验目的（1）研究叠加原理，加深对该定理的理解。（2）研究基尔霍夫电流定律（KCL）和电压定律（KVL） 。（3）研究特勒根定理和互易定理。（4）进一步熟悉电压表，电流表及电压源等设备的使用。（5）训练电路故障的分析和排除能力。二、实验原理（1）叠加定理在线性电路中，由几个独立电源共同作用所形成的各支路电流电压，是各个独立电源分别单独作用时，在各相应支路形成的电流（或电压）的叠加。线性电路的这一性质称为叠加定理。图 1.1（a）所示电路中，有一电压源 Us 和一电流源 Is，设 Us 和 Is 共同作用时，在电阻 R1 和 R2 上产生的电压、电流分别为 U
2、1、I 1 和 U2、I 2。为了验证叠加定理，电压源和电流源分别作用如图（b）和（c） ，单独作用时电流、电压的符号，参考方向均已在图中标明。SU12IRsaS1U2IRa(a) (b) (c)图 1.1 电压源和电流源共同作用与分别单独作用电路验证叠加定理即为验证下式成立： （2）基尔霍夫电流定律和电压定律基尔霍夫电流定律：在集中参数电路中，任何时刻，对任一节点，所有支路电流的代数和恒等于零。即：（1.2）0i要验证电流定律，可选电路中的一个节点，如图 1.1（a）中的节点“a” ，按图示参考方向，将测得的各支路电流值代入式（1.2）加以验证。基尔霍夫电压定律：在集中参数的电路中，任一时刻
3、，沿任一回路所有支路电压的代数和恒等于零。即：（1.3）0u在列写（1.3）式时，首先需要任意指定回路绕引方向，通常支路电压的参考方向与回路绕行方向相同者取正号，反之取负号。221IIU （1.1）1U2IRsa要验证电压定律，可选电路中的任一回路，如图 1.1（a）中的回路“1” ，按图示参考方向，将测得电压代入式 1.3 加以验证。（3）特勒根定理特勒根定理是由基尔霍夫定律推导出的电路理论中普遍适用的基本定理。定理 1：对于一个具有 n 个节点和 b 条支路的电路，假设各支路电流和电压取关联参考方向，设（ ） ， （ ）分别为 b 条支路的电流和电压，则对任何时bii2, u21,间 t，
4、有（1.4）01bki该定理的物理意义是电路的功率守恒。定理 2：如果有两个具有 n 个节点和 b 条支路的电路，它们由不同的二端元件所组成，但它们图完全相同。假设各支路电流和电压取关联方向，且分别用（ ） ， （bii21,）和（ ） ， （ ）来表示两者的 b 条支路的电流和电bu1, bii,21 bu,21压，则对任何时间 t，有（1.5）ki10或 （1.6）b虽然定理 2 没有功率的物理意义，但因其具有功率的量纲，有时称为“拟功率定理” 。（4）互易定理对一个仅含线性电阻的电路，在单一激励的情况下，当激励和响应互换位置时，将不改变同一激励所产生的响应。它有三种形式：1）电压源 us
5、 接入 1-1端，在 2-2端引起的短路电流 i2，如图 1.2（a）所示，等于将此电压源移到 2-2端，在 1-1端引起的短路电路 i1，如图 2.2.2（b）所示。即：2i互 易 网 络su1 2 i 互 易 网 络 su1i1 2 +-（a ） （b）图 1.2 互易定理的第一种形式2）电流源 is 接入 1-1端，在 2-2 端引起开路电压 u2，如图 1.3（a）所示，等于将此电流源移到 2-2端，在 1-1端引起的开路电压 u1，如图 2.3.3（b）所示。即：2互 易 网 络1 2u 互 易 网 络1 2 siu（a ） （b）图 1.3 互易定理的第二种形式3）设电流源 is
6、作用于互易网络的 1-1端口，在 2-2端口上引起的短路电流为 i2，如图 1.4（a）所示，若在 2-2端口加电压源 us，只要 us 和 is 相等， （即 us 和 is 随时间的变化规律相同，数值上相等）或成比例，则在 1-1端口上引起的开路电压 u1 和 i2 相等或成比例，如图 1.4（b） ，即： 12is图 1.2、1.3 和 1.4 中，N 与 为完全相同的互易网络。互 易 网 络1 2 si i 互 易 网 络 su1u1 2 +-+-（a ） （b）图 1.4 互易定理的第三种形式三、实验内容与步骤（1）研究叠加定理与基尔霍夫定律1）按图 1.5 接线。电压源E1=12V
7、，E 2=6V，R 1=R3=R4=510，R 2=1k，R 5=330V，A 1、A 2、A 3 为电流插座。1E 2ESI1 1S2S5050130kA BC D EF1 RR45D图 1.5 实验电路图2）令 E1 单独作时，将开关 S1 投向 E1 侧，S 2 投向短路侧，用直流电压表和毫安表（接电流插头）测量各支路电压、电流，将数据记录表 2.3.1。表 1.1 各种定理的测试数据表测量项目实验内容E1(V)E2(V)I1(mA)I2(mA)I3(mA)UAB(V)UCD(V)UAD(V)UDE(V)UFA(V)E1 单独作用E2 单独作用E1 、 E2 共同作用E2 单独作用3）令
8、 E2 单独作用，将开关 S1 投向短路侧，S 2 投向电源侧，重复实验步骤 2）的测量，将数据记录表 2.3.1。4）令 E1 和 E2 共同作用，将 S1 和 S2 分别投向 E1 和 E2 侧，重复上述测量，将数据记录于表 2.3.1。5）将 E2 的数值调至+12V，重复上述第 3）步的实验并记录于表 1.1。6）将图 1.5 中实验线路中的 R5 用二极管代替，重复 15 的实验过程，记录下实验数据于表 1.2（表格与表 1.1 相同） 。（2）电路故障分析图 1.5 实验电路设置了多种故障，试分析故障，并将得出的名称填入表 1.3 中。表 1.3 故障名称故障 1 故障 2 故障
9、3 故障 4 故障 5 故障 6（3）研究特勒根定理1）实验线路如图 1.5 所示，其中Is=15mA，E 2=10V，R 1=R3=R4=510，R 2=1k，R 5=330，电压、电流取关联参考方向。测量各支路电压 U、电流 I，记录于表 2.3.4 验证特勒根定理 1。2）表 1.1 和表 1.2 中取 E1=12V，E 2=0V 时，R 5=330 和 Rs 用二极管代替两组数据，将各支路电压 、电流 ，填入表 1.5，验证特勒根定理 2。表 2.3.4 验证特勒根定理 1 的实验数据支路测量值1 2 3 4 5 6 7 PU/VI/mAP/W（4）研究互易定理1）实验线路如图 1.5
10、 所示，取 E1=E2=12V，先将 S1 接通后， S2 短接，测出 I2。再将S2 接通 E2，S 1 短接测量 I1，证明互易定理第一种形式。2）给定 Is=15mA，仍采用图 1.5 电路，验证互易定理第二种形式。3）给定 Is=10mA，U s=5V，仍采用图 1.5 所示电路验证互易定理第三种形式。上述实验表格自行设计。表 1.5 验证特勒根定理 2 的实验数据支路测量值1 2 3 4 5 6 7 PU/VI/mAPUI/WU/VI/mAPUI/W四、实验报告要求（1）由 1.1 数据验证叠加定理。选取节点 A，任一回路验证基尔霍夫定律。（2）由表 1.2 数据讨论叠加定理，基尔霍
11、夫定律的适用范围。（3）由表 1.3，表 2.3.4 数据，代入式 1.4，1.5，1.6 验证特勒根定理。（4）根据实验结果，总结互易定理适用范围。五、预习与思考（1）复习与本实验有关的定理、定律，写出预习报告。（2）进行叠加定理实验时，不作用的电压源、电流怎样处理？为什么？（3）若一个由 R、L、C、M 组成的线性定常二端口网络中含有独立电源或受控源，互易定理能成立吗？六、注意事项（1）测量电压、电流时，不但要读出数值来，还要判断实际方向，并与设定的参考方向进行比较，若不一致，则该数值前“”号。（2）实验中，电流源的电流和电压源的电压要用电流表和电压表测量，仪器上所显示的数值仅为参考值。七
12、、实验设备（1）EEL-II 电工电子实验台及 EEL-30 挂箱，或电阻元件若干，二极管 1 只。（2）电流插头 1 个，直流电压表、毫安表各 1 块。实验 2 等效变换原理及电路最大功率传输的研究一、实验目的（1）研究戴维宁定理、诺顿定理和电源的等效变换。（2）学习含源一端口网络（线性）等效电路的参数测量。（3）掌握直流电路中功率匹配的条件。（4）初步掌握功率表的基本使用方法。二、实验原理（1）戴维宁定理指出，任何一个线性含源一端口网络，对外电路而言，总可以用一个理想电压源和电阻串联的支路来代替，其理想电压源的电压等于原网络端口处的开路电压Uoc，其电阻等于原网络中所有独立电源为零值时的入
13、端等效电阻 Ri，如图 2.1 所示。线性含源 一端口网络 abiuocuiRiuab+-(a) (b)图 2.1 戴维宁定理说明图（2）诺顿定理是戴维宁定理的对偶形式。它指出，任何一个线性含源一端口网络，对外电路而言，总可以用一个理想的电流源和电阻并联的电路来代替，其电流源的电流等于含源一端口网络的短路电流 Isc，其电阻等于含源一端口网络中所有独立电源为零值时的入端等效电阻 Ri（G=1/R i） ，如图 2.2 所示。 ociiiRG1iub线性含源 一端口网络 biu aa(a) (b)图 2.2 诺顿定理说明图戴维宁和诺顿定理的等效电路是对其外部而言的，也就是说，不管外部电路（负载）
14、是线性的，还是非线性的，是定常的或是时变元件，只要被变换的端口网络是线性的（可以包含独立电源或受控源） ，上述等效电路都是正确的。但是与外部电路之间不允许存在任何耦合，例如通过磁的耦合或者是受控源的耦合。（3）对于已知的含源（线性）一端口网络，其网络的入端等效电阻 Ri 可用多种方法取得（从计算得出或通过实验测出） 。下面介绍几种测试方法。方法一：开路短路实验法，由戴维宁、诺顿定理可知： scoiIUR因此，只要测得含源一端口网络的开路电压 Uoc 和短路电流 Isc，R i 即可得出。但是，这种方法对于不允许将外部电路直接短路的网络，则不能采用。方法二：把含源一端口网络中所有独立电源置零，使
15、其成为无源网络，然后在端口处接一电压源（或电流源）测得端口电压 U 和流入端口的电流 I，则IRi方法三：测出含源一端口网络的开路电压 Uoc 以后，在端口处接一负载 RL，然后再测出负载电阻的端电压 ，因LRULiocRL故入端等效电阻LRociU1方法四：如图 2.3，先将负载电阻 RL 断开，测出含源一端口网络的开路电压 Uoc，再接上电阻 RL，调节 RL 到电压表读数 为止，则有ocU21Li同样，也可先将负载电阻 R 短接，测出含源一端口网络的短路电流 Isc，再接上电阻R，调节 R，至电流表读数为 IR=Isc/2 为止，则有 Ri（4）电压源与电流源的等效变换1）恒压源在一定的电流范围内，具有很小的内阻，故在实用中，常将它视为一个理想的电压源，即其输出电压不随负载电流而变，其外特性，即其伏安特性 U=f（I ）是一条平行于 I 轴的直线。恒流源在一定的电压范围内，可视为一个理想的电流源。2）实际电压源（或电
