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一、实验目的
1.学习直流稳压电源、滑线变阻器的使用方法。
2.学习直流电压表、电流表、数字电压表、数字万用表等测量仪表的使用方法。
3.学习测量有源二端网络的开路电压和等效电阻的几种方法。
4.通过实验加深对叠加原理和戴维南定理的理解。
二、实验原理
1.滑线变阻器的使用 滑线变阻器是一种常用的电工设备，如图2-1所示。它可作为可变电阻，用以调节电路中的电流，使负载得到大小合适的电流；它也可作为电位器使用，改变电路的端电压，使负载得到所需要的电压，如图2-2所示。在实验室它也常被作为一个可变的负载电阻使用。它的额定值有最大电阻R 和额定电流I 。在各种使用场合，不论滑动触头处于任何位置，流过它的电流均不允许超过额定电流IN，否则将会烧坏滑线变阻器。
2.叠加原理叠加原理是分析线性电路时非常有用的网络定理，它反映了线性电路的一个重要规律。实验时要深入理解其意义、适用范围，要能灵活应用叠加原理分析复杂电路，而对于定理的证明则不必过分注意。我们可通过实验方法来验证该定理并加深对它的理解。
叠加原理的内容是：在含有多个独立电源的线性电路中，任意支路的电流或电压等于各个独立电源分别单独激励时在该支路所产生的电流或电压的代数和。例如图2-3所示的线性电路中，流过ab支路的电流I 即是当开关S 合向左侧，开关S 断开，电源U 单独激励时，在ab支路产生的电流I 和当开关S 合向右侧；开关S 合向右侧，电源I 单独激励时，在ab支路产生的电流I 的代数和。
图2-3中电流I 和图2-4中电流I′ 、I″ 的参考方向一致，在叠加时I′ 和I″ 都取正号，即I =I′ +I″ 。如果I 的参考方向与图2-4中所选择的相反，则I =I′ -I″ 。还应注意叠加时I′ 和I″ 前的正、负号是根据它们与I 的参考方向是否一致确定的，与I′ 和I″ 具体数值正负是两回事，不能相混。
电路中某一独立电源单独激励时，其余不激励的理想电压源用短路线来代替，不激励的理想电流源将其开路。例如图2-3所示电路中理想电压源U 不激励时，开关S 应合向右侧的短路线处，理想电流源I 不激励时，通过开关S 将其开路。电路中含有多个电源时，与上述处理方法相同。
含有受控电源的电路应用叠加原理时，在各独立电源单独激励的过程中，一定要保留所有的受控电源。这是因为受控电源与反映非电能转换为电能的独立电源不同，它是反映同一电路中两条支路电量关系的电路模型。
3.戴维南定理戴维南定理和叠加原理一样也是分析线性电路经常用的一个网络定理，特别是当只要求分析计算电路中某条支路或某一部分电路时，利用戴维南定理可简化分析计算的复杂性，戴维南定理尤其是分析电力电路的有力工具。
戴维南定理的内容是：任何一个线性有源二端网络（或称单口网络），对外电路来说，可以用一个等值电压源来代替。该等值电压源的源电压E 等于有源二端网络的开路电压U ，其内阻R 等于网络中所独立电源不激励时的入端电阻。例如图2-3所示电路，如果将ab支路抽出，剩余部分便是一个有源二端网络。该有源二端网络对电阻R 来说，可以用一个等值电压源来代替，如图2-5所示。
如果已知有源二端网络的结构和参数，可以通过理论计算确定该有源二端网络的等值电压源的源电压E 和内阻R 。计算有源二端网络的开路电压时，当然仍可利用叠加原理、节点电压法等电路的分析计算方法。求电阻R 时，电路中所有独立电源不激励其处理方法仍然是理想电压源用短路线代替，理想电流源用开路代替。
确定一个有源二端网络的戴维南等效电路的关键是要求出其开路电压U 和入端电阻R ，下面介绍用实验方法测量U 和R 的一些方法。
（1）开路电压的测量
方法一直接测量法。当有源二端网络的等效电阻R 远小于电压表的内阻R 时，可直接用电压表测量有源二端网络开路电压U 。一般电压表的内阻并不很大，最好选用数字电压表，数字电压表的突出特点就是灵敏度高，输入电阻大，有的高达数百兆欧，对被测电路影响很小，从工程角度来说，用其所测得的电压即是有源二端网络的开路电压。
方法二补偿法测开路电压。测量电路如图2-6所示。其中E为高精度标准电源，R 、R 为标准分压电阻箱，P为高灵敏度检流计。
调节电阻箱分压比U 随之改变，当U =U 时，流过检流计的电流为零，则U =U =U = E=KE。式中K= 为电阻箱的分压比，可直接读出。
由于此种测量方法在电路平衡时I =0，不能消耗能量，所以补偿测量精度要比直接测量法精度高。
（2）等效电阻的的测量
方法一用数字万用表的电阻档直接测量。测量时首先让有源二端网络中的所有独立电源不激励，即理想电压源用短路线代替，理想电流源用开路代替。例如测量图2-3所示电路抽取后R 所剩有源二端网络的等效电阻时，开关S 应合向右侧，使U 用短路线代替，开关S 断开，使I 开路，变为一个无源二端网络，用万用表电阻档直接测量a、b间的电阻值即可。
方法二 加压求流法。让有源二端网络中所有独立电源不激励，在a、b端施加一已知直流电压U，测量流入二端网络的电流I，如图2-9所示，那么等效电阻为R = 。
实际电压源和电流源都是具有一定内阻的，内阻并不能与电源本身分开，因此让独立电源不激励的同时，电源的内阻也被丢掉了，这样将影响测量的精度。因此以上两种方法仅适用于电压源很小和电流源内阻很大的场合。
三、任务
1.叠加原理实验
（1）根据图2-3的原理电路接好试验电路。测量当U =18V和I =90mA，两电源共同激励时a、b支路的电流I 。利用开关S 和S 控制作用，测量U 和I 分别单独激励时a、b支路的电流I′ 和I″ 。
（2）将U 调节为6V，电源I 大小不变而方向反接，重复上述实验步骤及测试内容，测量时注意电流表正负端的联接。
2.戴维南定理实验
实验原理电路如图2-3所示。图中U =18V，I =90mA，开关S 合向左侧，S 合向右侧，使U 和I 同时激励。
（1）测量ab支路的电流I ，然后断开ab支路，去掉R ，将剩余的部分电路作为待测量及变换的有源二端网络。
（2）用数字电压表或数字万用表的电压档直接测量上述有源二端网络的开路电压U ，再根据图2-7所示的补偿法测开路电压的电路，联接好测量电路，重新测量该有源二端网络开路电压。
注：“本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文。”
1.学习直流稳压电源、滑线变阻器的使用方法。
2.学习直流电压表、电流表、数字电压表、数字万用表等测量仪表的使用方法。
3.学习测量有源二端网络的开路电压和等效电阻的几种方法。
4.通过实验加深对叠加原理和戴维南定理的理解。
二、实验原理
1.滑线变阻器的使用 滑线变阻器是一种常用的电工设备，如图2-1所示。它可作为可变电阻，用以调节电路中的电流，使负载得到大小合适的电流；它也可作为电位器使用，改变电路的端电压，使负载得到所需要的电压，如图2-2所示。在实验室它也常被作为一个可变的负载电阻使用。它的额定值有最大电阻R 和额定电流I 。在各种使用场合，不论滑动触头处于任何位置，流过它的电流均不允许超过额定电流IN，否则将会烧坏滑线变阻器。
2.叠加原理叠加原理是分析线性电路时非常有用的网络定理，它反映了线性电路的一个重要规律。实验时要深入理解其意义、适用范围，要能灵活应用叠加原理分析复杂电路，而对于定理的证明则不必过分注意。我们可通过实验方法来验证该定理并加深对它的理解。
叠加原理的内容是：在含有多个独立电源的线性电路中，任意支路的电流或电压等于各个独立电源分别单独激励时在该支路所产生的电流或电压的代数和。例如图2-3所示的线性电路中，流过ab支路的电流I 即是当开关S 合向左侧，开关S 断开，电源U 单独激励时，在ab支路产生的电流I 和当开关S 合向右侧；开关S 合向右侧，电源I 单独激励时，在ab支路产生的电流I 的代数和。
图2-3中电流I 和图2-4中电流I′ 、I″ 的参考方向一致，在叠加时I′ 和I″ 都取正号，即I =I′ +I″ 。如果I 的参考方向与图2-4中所选择的相反，则I =I′ -I″ 。还应注意叠加时I′ 和I″ 前的正、负号是根据它们与I 的参考方向是否一致确定的，与I′ 和I″ 具体数值正负是两回事，不能相混。
电路中某一独立电源单独激励时，其余不激励的理想电压源用短路线来代替，不激励的理想电流源将其开路。例如图2-3所示电路中理想电压源U 不激励时，开关S 应合向右侧的短路线处，理想电流源I 不激励时，通过开关S 将其开路。电路中含有多个电源时，与上述处理方法相同。
含有受控电源的电路应用叠加原理时，在各独立电源单独激励的过程中，一定要保留所有的受控电源。这是因为受控电源与反映非电能转换为电能的独立电源不同，它是反映同一电路中两条支路电量关系的电路模型。
3.戴维南定理戴维南定理和叠加原理一样也是分析线性电路经常用的一个网络定理，特别是当只要求分析计算电路中某条支路或某一部分电路时，利用戴维南定理可简化分析计算的复杂性，戴维南定理尤其是分析电力电路的有力工具。
戴维南定理的内容是：任何一个线性有源二端网络（或称单口网络），对外电路来说，可以用一个等值电压源来代替。该等值电压源的源电压E 等于有源二端网络的开路电压U ，其内阻R 等于网络中所独立电源不激励时的入端电阻。例如图2-3所示电路，如果将ab支路抽出，剩余部分便是一个有源二端网络。该有源二端网络对电阻R 来说，可以用一个等值电压源来代替，如图2-5所示。
如果已知有源二端网络的结构和参数，可以通过理论计算确定该有源二端网络的等值电压源的源电压E 和内阻R 。计算有源二端网络的开路电压时，当然仍可利用叠加原理、节点电压法等电路的分析计算方法。求电阻R 时，电路中所有独立电源不激励其处理方法仍然是理想电压源用短路线代替，理想电流源用开路代替。
确定一个有源二端网络的戴维南等效电路的关键是要求出其开路电压U 和入端电阻R ，下面介绍用实验方法测量U 和R 的一些方法。
（1）开路电压的测量
方法一直接测量法。当有源二端网络的等效电阻R 远小于电压表的内阻R 时，可直接用电压表测量有源二端网络开路电压U 。一般电压表的内阻并不很大，最好选用数字电压表，数字电压表的突出特点就是灵敏度高，输入电阻大，有的高达数百兆欧，对被测电路影响很小，从工程角度来说，用其所测得的电压即是有源二端网络的开路电压。
方法二补偿法测开路电压。测量电路如图2-6所示。其中E为高精度标准电源，R 、R 为标准分压电阻箱，P为高灵敏度检流计。
调节电阻箱分压比U 随之改变，当U =U 时，流过检流计的电流为零，则U =U =U = E=KE。式中K= 为电阻箱的分压比，可直接读出。
由于此种测量方法在电路平衡时I =0，不能消耗能量，所以补偿测量精度要比直接测量法精度高。
（2）等效电阻的的测量
方法一用数字万用表的电阻档直接测量。测量时首先让有源二端网络中的所有独立电源不激励，即理想电压源用短路线代替，理想电流源用开路代替。例如测量图2-3所示电路抽取后R 所剩有源二端网络的等效电阻时，开关S 应合向右侧，使U 用短路线代替，开关S 断开，使I 开路，变为一个无源二端网络，用万用表电阻档直接测量a、b间的电阻值即可。
方法二 加压求流法。让有源二端网络中所有独立电源不激励，在a、b端施加一已知直流电压U，测量流入二端网络的电流I，如图2-9所示，那么等效电阻为R = 。
实际电压源和电流源都是具有一定内阻的，内阻并不能与电源本身分开，因此让独立电源不激励的同时，电源的内阻也被丢掉了，这样将影响测量的精度。因此以上两种方法仅适用于电压源很小和电流源内阻很大的场合。
三、任务
1.叠加原理实验
（1）根据图2-3的原理电路接好试验电路。测量当U =18V和I =90mA，两电源共同激励时a、b支路的电流I 。利用开关S 和S 控制作用，测量U 和I 分别单独激励时a、b支路的电流I′ 和I″ 。
（2）将U 调节为6V，电源I 大小不变而方向反接，重复上述实验步骤及测试内容，测量时注意电流表正负端的联接。
2.戴维南定理实验
实验原理电路如图2-3所示。图中U =18V，I =90mA，开关S 合向左侧，S 合向右侧，使U 和I 同时激励。
（1）测量ab支路的电流I ，然后断开ab支路，去掉R ，将剩余的部分电路作为待测量及变换的有源二端网络。
（2）用数字电压表或数字万用表的电压档直接测量上述有源二端网络的开路电压U ，再根据图2-7所示的补偿法测开路电压的电路，联接好测量电路，重新测量该有源二端网络开路电压。
注：“本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文。”